安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司
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劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：對于掘進機電動機的過載保護，宜采用反時限保護的思想，為在微機計算中實現(xiàn)該思想，引入電流—時間關(guān)系式，從而引入發(fā)熱常數(shù)K；然后根據(jù)少量已知的電動機過載保護要求，求得K值的保護限值；對K值進行累加計算，當(dāng)K值超過限值時即發(fā)出電動機保護指令?，F(xiàn)對優(yōu)化后的微機算法代碼進行舉例說明，該算法相較于傳統(tǒng)的分段式算法更為準(zhǔn)確，特別是對于動態(tài)過載的情況，其效果尤為明顯。
關(guān)鍵詞：電動機；過載；微機；反時限；算法
0引言
對電動機的保護應(yīng)將溫度保護和熱(電流)保護兩者結(jié)合，組成溫度—電流保護，這是一種比較理想的過負荷保護方式。目前，以微機為基礎(chǔ)的熱(電流)保護，以其處理數(shù)據(jù)靈活、適用范圍廣等特點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要討論以微機為基礎(chǔ)的懸臂式掘進機的電動機熱(電流)保護算法。
1標(biāo)準(zhǔn)算法
礦用懸臂式掘進機電控系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《懸臂式掘進機電氣控制設(shè)備》(MT/T971—2005)，其中要求對掘進機電動機的過載短路保護應(yīng)符合表1的規(guī)定。
表1
若按照表1所列數(shù)據(jù)執(zhí)行，對于1.20倍過載保護和1.50倍過載保護，在微機上的ST語言代碼表達如下：
IFCurrent_real>(Current_rated*1.20)THEN
Mid_120:=TRUE;
ELSE
Mid_120:=FALSE;
END_IF
TON_120(IN:=Mid_120,PT:=T#1200S);
IFTON_120.QTHEN
Overload_current_120:=TRUE;
END_IF(*1.2倍過載1200s*)
IFCurrent_real>(Current_rated*1.50)THEN
Mid_150:=TRUE;
ELSE
Mid_150:=FALSE;
END_IF
TON_150(IN:=Mid_150,PT:=T#180S);
IFTON_150.QTHEN
Overload_current_150:=TRUE;
END_IF(*1.5倍過載180s*)
IFOverload_current_120OROverload_current_150THEN
Motor_stop:=TRUE;
ELSE
Motor_stop:=FALSE;
END_IF(*過載后電動機停止*)
IFResetTHEN
Overload_current_120:=FALSE;
Overload_current_150:=FALSE;
END_IF(*復(fù)位*)
備注：Current_real—實時電流；Current_rated—額定電流(整定電流)；Mid_120—1.2倍過載計算的中間變量；Overload_current_120—1.2倍過載；Motor_stop—電動機停止；Reset—復(fù)位。
對于表1所述及其在微機上的算法，有兩個問題：
(1)在1.5倍至6倍過載之間，數(shù)據(jù)缺失，沒有2倍、3倍、4倍、5倍等過載的動作時間。
(2)算法不夠合理。掘進機負載是一直變化的，電流也隨之變化，過載倍數(shù)也是一直變化的，那么過載保護的時間也應(yīng)當(dāng)是實時變化的，上文分段式算法無法準(zhǔn)確反映動態(tài)過載的情況。
2算法優(yōu)化
對于電流頻繁變化的電動機宜采用反時限電流保護。采用反時限電流保護方法，首先要建立電流—時間的關(guān)系式。
電動機短時過負荷時，發(fā)熱時間短，發(fā)熱量大，電動機繞組在發(fā)熱時與鐵芯間存在熱絕緣，且鐵芯質(zhì)量大而發(fā)熱緩慢，所以短時過負荷狀態(tài)的電動機的發(fā)熱狀態(tài)應(yīng)由繞組發(fā)熱時間常數(shù)T′決定。
額定穩(wěn)態(tài)后的過載保護時間可用下式表示：
式中，t為額定穩(wěn)態(tài)后的過載保護時間(s)；θn為額定穩(wěn)態(tài)溫升(℃)；Δθ為超出θn的溫升(℃)；Tn′為額定穩(wěn)態(tài)時的繞組發(fā)熱時間常數(shù)(s)；IZ為電流倍數(shù)，IZ=I/In。
變形得：
令：
則過載電流倍數(shù)與保護時間的關(guān)系式為：
K=(IZ2-1)t
采用反時限過流保護算法時，繞組發(fā)熱時間常數(shù)T′一般應(yīng)由電動機制造商提供，但國內(nèi)制造商一般都不提供此數(shù)據(jù)，我們可以根據(jù)制造商提供的其他數(shù)據(jù)或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來計算。
有多種方法可以計算K值大小，我們可以根據(jù)已知的電動機過載負荷能力對K值進行計算，根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算K值：
1.2倍過載時：
K=(1.22-1)×1200=528
1.5倍過載時：
K=(1.52-1)×180=225
二者取小，則K=225。
由此我們可以反推2倍、3倍、4倍、5倍等其他倍數(shù)的過載保護時間，如3倍電流過載的保護時間則為：
在變化過載電流條件下，為了在微機中實現(xiàn)電動機過載保護的計算，我們可以對K值進行累加計算，在微機上的ST語言代碼表達如下：
IFNum<5THEN
Num:=Num+1;
Current_real_sum:=Current_real_sum+Current_real;
END_IF
IFNum=5THEN
Current_real_average:=Current_real_sum/Num
(*計算5個數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)的電流平均值，5可調(diào)*)Multiple_current:=(Current_real_average/Current_rated)
K1:=(Multiple_current*Multiple_current-1)*Num*Cycle;
K:=K+K1;
Num:=0;
Current_real_sum:=0;
END_IF(*計算K值*)
IFK>225THEN
Motor_stop:=TRUE;
END_IF
IFK<0THEN
K:=0
END_IF(*電動機停止*)
IFResetTHEN
Motor_stop:=FALSE;
END_IF(*復(fù)位*)
備注：Num—計數(shù)，初始值為0；Current_real—實時電流；Current_real_sum—實時電流求和；Current_real_average—時間元內(nèi)的電流平均值；Multiple_current—電流倍數(shù)；Current_rated—額定電流；Cycle—實時電流的采集周期；K1—K值計算的中間變量；K—過載K值累加值，初始值為0。
考慮到計算量的問題，所以引入了Current_real_average—時間元內(nèi)的電流平均值，如果微機計算能力允許的話，時間元應(yīng)盡量取小，時間元越小則計算結(jié)果越真實準(zhǔn)確，直接取數(shù)據(jù)采集周期Cycle的大小，此時Num取1。
3.安科瑞智能電動機保護器介紹
3.1產(chǎn)品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。
3.2技術(shù)參數(shù)
3.2.1數(shù)字式電動機保護器
4結(jié)束語
對于掘進機電動機的過載保護，宜采用反時限保護的思想。本文引入電流—時間關(guān)系式，對關(guān)系式中的K值進行累加計算，當(dāng)K值超過限值時即發(fā)出電動機保護指令，從而將該控制思想融入到了微機上的實際算法中。該算法相較于傳統(tǒng)的分段式算法更為準(zhǔn)確，特別是對于動態(tài)過載的情況，其效果尤為明顯。
參考文獻
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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
