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    淺談掘進(jìn)機電動機過載保護的算法優(yōu)化

    更新時間:2021-09-01      點擊次數(shù):635

    李婧婧

    安科瑞電氣股份有限公司 

    摘要:對于掘進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)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(jìn)機電控系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《懸臂式掘進(jìn)機電氣控制設(shè)備》(MT/T971—2005),其中要求對掘進(jìn)機電動機的過載短路保護應(yīng)符合表1的規(guī)定。

    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(dá)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)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(jìn)機負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷能力對K值進(jìn)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(jìn)行累加計算,在微機上的ST語言代碼表達(dá)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(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(xiàn)

    [1] 鄭蔚,溫佶強,王寧.數(shù)字式電動機過熱保護的整定計算[J].浙江電力,2007,26(4):30-31.

    [2] 朱軍帥,陳輝.掘進(jìn)機電動機過載保護的算法優(yōu)化

    [3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

     

    作者簡介:李婧婧,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電


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