軟起動(dòng)器對(duì)電機(jī)過(guò)載保護(hù)控制方法

1、軟起動(dòng)器對(duì)電機(jī)過(guò)載保護(hù)的控制方法1 引言多年研究軟起動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)有些簡(jiǎn)單化，雖然說(shuō)是反時(shí)限保護(hù)，但實(shí)際是采用定時(shí)分段的辦法，有時(shí)誤動(dòng)作，有時(shí)燒電動(dòng)機(jī)。對(duì)于電動(dòng)機(jī)斷續(xù)過(guò)載保護(hù)時(shí)由于電動(dòng)機(jī)早已過(guò)熱，那么它的過(guò)載能力已經(jīng)減小，對(duì)于冷態(tài)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它的過(guò)載能力要比熱態(tài)的電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力大的多。如果要真正反應(yīng)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力又能對(duì)電動(dòng)機(jī)起到過(guò)載保護(hù)就必需通過(guò)熱積分，采用熱記憶功能。這樣才能保正系統(tǒng)的可靠性和保護(hù)的靈敏性。 1.1 兩種典型的數(shù)學(xué)模型軟起動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)具有控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)等功能，對(duì)電動(dòng)機(jī)的熱過(guò)載保護(hù)采用的反時(shí)限保護(hù)特性有多種數(shù)學(xué)模型，其中典型的有兩類(lèi)：（1）等I2t的

2、時(shí)間電流特性（2）IEC60255-3推薦的數(shù)學(xué)模型以上式中：Ir電流整定值I實(shí)際電流值t動(dòng)作時(shí)間（s）K表征特性的常數(shù)函數(shù)指數(shù)1.2脫扣器的控制方式脫扣器的控制方式可采用：（1）積分法以?xún)煞N典型的數(shù)學(xué)模型為例，分別求積分值：設(shè)定K1或K2的動(dòng)作值，控制動(dòng)作時(shí)間t。（2）查表法設(shè)定It對(duì)照表，根據(jù)當(dāng)前I控制動(dòng)作時(shí)間t。但是在實(shí)際運(yùn)行中兩種方法均存在弊端。如用積分法上述的兩類(lèi)數(shù)學(xué)模型都可能造成在低于動(dòng)作值時(shí)仍能誤動(dòng)作；如用查表法在通常電流不斷變化的情況下，很難合理的控制過(guò)載脫扣的延時(shí)時(shí)間。為了較好的解決低壓斷路器的智能控制器中長(zhǎng)延時(shí)脫扣器的延時(shí)控制，本文試圖按熱保護(hù)的基本原理進(jìn)行分析和探討。2

3、熱保護(hù)的基本要求根據(jù)熱平衡關(guān)系，電氣設(shè)備的發(fā)熱應(yīng)等于散熱與蓄熱之和，即（1）式中：P發(fā)熱功率；Kr散熱系數(shù)；S散熱表面積；溫升；c比熱；G發(fā)熱體重量；t時(shí)間。微分方程的解為：過(guò)載保護(hù)元件應(yīng)在小于被保護(hù)電氣設(shè)備溫升允許值的設(shè)置值動(dòng)作，斷開(kāi)電路。3 按熱平衡原理整定過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)脫扣4 動(dòng)作值和熱時(shí)間常數(shù)的計(jì)算4.1 動(dòng)作值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器和斷路器的要求，k2應(yīng)分別小于1.2和1.3，為同時(shí)滿(mǎn)足這兩種要求，并留有裕度，可取k2=1.11.15。由式（11）可取K=k22T（12）以K作為式（6）或（7）的截止值，當(dāng)AK時(shí)控制器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)功能。式（9）和（10）可轉(zhuǎn)換為：4.2 熱時(shí)間常數(shù)的計(jì)算

4、在已知任意N值下要求的tr值，即可計(jì)算T。4.3 延時(shí)時(shí)間的計(jì)算按式（13）計(jì)算在不同過(guò)載電流下的延時(shí)時(shí)間，并考慮電流測(cè)量誤差的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1（計(jì)算時(shí)取T=642s）。 5 動(dòng)作值的測(cè)量和計(jì)算為測(cè)量智能脫扣器實(shí)態(tài)通電時(shí)的A值，可以采用數(shù)值積分的方法等間隔的測(cè)量電流和計(jì)算A值并與K值比較。設(shè)測(cè)量間隔為t,并且初始溫升為0，由式（6）和（7）上列各式中N可以為變量。逐次計(jì)算，逐次與k比較，直至Axk時(shí)控制器動(dòng)作。則 在有輔助電源的情況下，A值逐漸遞減，直至軟起動(dòng)器重新起動(dòng)，A值又開(kāi)始遞增；或輔助電源斷開(kāi)，A值清零。為防止過(guò)載脫扣后，軟起動(dòng)器在短時(shí)內(nèi)的再接通并在短時(shí)內(nèi)再分?jǐn)?，可設(shè)置一定的恢復(fù)時(shí)

5、間，以保證在恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，軟起動(dòng)器不得起動(dòng)。 6 測(cè)量誤差分析對(duì)式（8）微分：對(duì)應(yīng)表1中的計(jì)算值tr，在表2中列出p和f的相應(yīng)值。表2 與表1中計(jì)算值tr對(duì)應(yīng)的p和f值表2的誤差傳遞系數(shù)f的估算值與表1的計(jì)算結(jié)果基本相符。由表1及表2可以看出在較低過(guò)載倍數(shù)下由電流測(cè)量誤差所引起的延時(shí)時(shí)間誤差較大。7 保護(hù)特性的斜率調(diào)節(jié)7.1 建立數(shù)學(xué)模型為了滿(mǎn)足不同的配合需要，現(xiàn)在有的制造廠(chǎng)提供了改變長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)特性斜率的調(diào)節(jié)功能或參照IEC60255標(biāo)準(zhǔn)提供了不同數(shù)學(xué)模型的保護(hù)特性。為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)特性的斜率調(diào)節(jié)，本文推薦兩種數(shù)學(xué)模型并用的方案。（1）基本數(shù)學(xué)模型經(jīng)對(duì)比分析我們可以以式（7）作為基本保護(hù)特性的基本數(shù)

6、學(xué)模型。（2）用于斜率調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型可選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14598.7（等同IEC60255-3）推薦的數(shù)學(xué)模型用于斜率調(diào)節(jié)。根據(jù)GB14598.7：（16）式中：N=I/Ir 指數(shù)可選K為常數(shù)現(xiàn)以三種斜率的保護(hù)特性為例： A型反時(shí)限 tr=K/（N0.02-1） （17） B型反時(shí)限 tr=K/（N-1） （18） C型反時(shí)限 tr=K/（N4-1） （19）K值可根據(jù)保護(hù)要求設(shè)定，或參照前述基本保護(hù)特性NIr（如N=2或N=6）對(duì)應(yīng)的時(shí)間tr設(shè)定。7.2 動(dòng)作值的測(cè)量和控制將式（17）、（18）、（19）變換為A=t（N0.02-1） （20）A=t（N-1） （21）A=t（N4-1） （

7、22）在實(shí)際運(yùn)行中可每經(jīng)過(guò)一個(gè)等間隔t進(jìn)行一次累加，逐次計(jì)算A值，逐次與K值比較，直至達(dá)到設(shè)定值K值，求出延時(shí)時(shí)間tr。以式（21）為例，設(shè)對(duì)應(yīng)式（20）和（22）可以采用同樣方法進(jìn)行計(jì)算和控制。但是應(yīng)用此方法計(jì)算有兩個(gè)問(wèn)題需要解決：（1）設(shè)定N的閾值通常在K的設(shè)定值范圍，在N=1.05的條件下，計(jì)算值tr很可能小于1h，不能滿(mǎn)足軟起動(dòng)器要求。為了防止在1.05Ir及以下的誤脫扣，需設(shè)定閾值,如設(shè)定Nd=1.15，當(dāng)NNd時(shí)可仍按基本數(shù)學(xué)模型控制和計(jì)算。（2）閾值上下數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換如在N>Nd時(shí)，按式（20）（22）的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算和控制?，F(xiàn)舉例說(shuō)明如下 保護(hù)特性取式（21），設(shè)定K=

8、13.5根據(jù)式（12）計(jì)算T值，取k2=1.15T=13.5/1.152=10.2在NNd時(shí)按前面第4節(jié)所述方法進(jìn)行計(jì)算和控制。在N>Nd時(shí)按式（21）的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，如果在尚未達(dá)到動(dòng)作值時(shí)電流又下降使NNd，并且當(dāng)前A值為Ay。則此后需按基本數(shù)學(xué)模型累加計(jì)算A值：（24）式中初始值A(chǔ)y為原數(shù)學(xué)模型下保留的A值。以下按前面第4節(jié)所述方法進(jìn)行計(jì)算和控制。如果此后又回復(fù)N>Nd條件，應(yīng)重新按式（21）的數(shù)學(xué)模型計(jì)算和控制。在反復(fù)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型時(shí)不需改變K值和當(dāng)前的A值。 保護(hù)特性取式（22），設(shè)定K=1200根據(jù)式（12）計(jì)算T值，取k2=1.15T=1200/1.152=907.4

9、在NNd時(shí)按前面第4節(jié)所述方法進(jìn)行計(jì)算和控制。在N>Nd時(shí)按式（22）的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，如果在尚未達(dá)到動(dòng)作值電流又下降至NNd，并且當(dāng)前A值為Ay。則需按式（24）計(jì)算A值。如果此后又回復(fù)N>Nd條件，應(yīng)重新按式（22）的數(shù)學(xué)模型計(jì)算和控制。在反復(fù)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型時(shí)不需改變K值和當(dāng)前A值。7.3 誤差分析對(duì)式（16）微分 式（19）、（20）和（21）三種數(shù)學(xué)模型時(shí)間相對(duì)誤差與電流相對(duì)誤差之間的傳遞系數(shù)計(jì)算值見(jiàn)表3。 表3 三種數(shù)學(xué)模型時(shí)間相對(duì)誤差與電流相對(duì)誤差之間的傳遞系數(shù)計(jì)算值由表3中可見(jiàn)，當(dāng)=0.02和=1時(shí)在Nr1.5的情況下，要滿(mǎn)足延時(shí)時(shí)間的誤差不超過(guò)±10%的要求并不困難；但是在=4時(shí)，因特性曲線(xiàn)斜率值大，要達(dá)到同樣的指標(biāo)是有一定難度的，即使電流測(cè)量誤差為±2%，再考慮K的控制誤差和數(shù)值化整等因素，延時(shí)時(shí)間的誤差也可能大于±10%。 8 結(jié)束語(yǔ)本文提出的一套利用數(shù)值積分法解決反時(shí)限保護(hù)特性的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制方法，既可比較合理、方便的