軟起動器對電機過載保護的控制方法

軟起動器對電機過載保護的控制方法 電機過載保護 1 引言 多年研究軟起動器，發(fā)現(xiàn)軟起動器對電動機的過載保護有些簡單化，雖然說是反時限保護，但實際是采用定時分段的辦法，有時誤動作，有時燒電動機。對于電動機斷續(xù)過載保護時由于電動機早已過熱，那么它的過載能力已經(jīng)減小，對于冷態(tài)的電動機來說，它的過載能力要比熱態(tài)的電動機過載能力大的多。如果要真正反應電動機的過載能力又能對電動機起到過載保護就必需通過熱積分，采用熱記憶功能。這樣才能保正系統(tǒng)的可靠性和保護的靈敏性。 1.1 兩種典型的數(shù)學模型 軟起動器對電動機具有控制、保護、監(jiān)測等功能，對電動機的熱過載保護采用的反時限保護特性有多種數(shù)學模型，其中典型的有兩類： （ 1）等 I2t的時間電流特性 （ 2） IEC 60255-3推薦的數(shù)學模型： Ir 電流整定值 I 實際電流值 t 動作時間（ 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 以兩種典型的數(shù)學模型為例，分別求積分值： 設定 K1或 K2的動作值，控制動作時間 t。 （ 2）查表法 設定 I t對照表，根據(jù)當前 I控制動作時間 t。 但是在實際運行中兩種方法均存在弊端。如用積分法上述的兩類數(shù)學模型都可能造成在低于動作值時仍能誤動作；如用查表法在通常電流不斷變化的情況下，很難合理的控制過載脫扣的延時時間。 為了較好的解決低壓斷路器的智能控制器中長延時脫扣器的延時控制，本文試圖按熱保護的基本原理進行分析和探討。 2 熱保護的基本要求 根據(jù)熱平衡關系，電氣設備的發(fā)熱應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 時間。 微分方程的解為： 過載保護元件應在小于被保護電氣設備溫升允許值的設置值動作，斷開電路。 3 按熱平衡原理整定過載長延時脫扣 4 動作值和熱時間常數(shù)的計算 4.1 動作值 按電動機起動器和斷路器的要求， k2應分別小于 1.2和 1.3，為同時滿足這兩種要求，并留有裕度，可取 k2=1.1 1.15。 由式（ 11）可取 K=k22T（ 12） 以 K作為式（ 6）或（ 7）的截止值，當 AK時控制器動作，實現(xiàn)長延時保護功能。 式（ 9）和（ 10）可轉換為： 4.2 熱時間常數(shù)的計算 在已知任意 N值下要求的 tr值，即可計算 T。 4.3 延時時間的計算 按式（ 13）計算在不同過載電流下的延時時間，并考慮電流測量誤差的影響，計算結果見表 1（計算時取 T=642s）。 5 動作值的測量和計算 為測量智能脫扣器實態(tài)通電時的 A值，可以采用數(shù)值積分的方法等間隔的測量電流和計算 A值并與 K值比較。 設測量間隔為 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。 逐次計算，逐次與 k比較，直至 Axk時控制器動作。則在有輔助電源的情況下， A值逐漸遞減，直至軟起動器重新起動， A值又開始遞增；或輔助電源斷開， A值清零。 為防止過載脫扣后，軟起動器在短時內的再接通并在短時內再分斷，可設置一定的恢復時間，以保證在恢復時間內，軟起動器不得起動。 6 測量誤差分析 對式（ 8）微分：表 2的誤差傳遞系數(shù) f的估算值與表 1的計算結果基本相符。 由表 1及表 2可以看出在較低過載倍數(shù)下由電流測量誤差所引起的延時時間誤差較大。 7 保護特性的斜率調節(jié) 7.1 建立數(shù)學模型 為了滿足不同的配合需要，現(xiàn)在有的制造廠提供了改變長延時保護特性斜率的調節(jié)功能 2或參照 IEC 60255標準提供了不同數(shù)學模型的保護特性。為了實現(xiàn)保護特性的斜率調節(jié)，本文推薦兩種數(shù)學模型并用的方案。 （ 1）基本數(shù)學模型 經(jīng)對比分析我們可以以式（ 7）作為基本保護特性的基本數(shù)學模型。 （ 2）用于斜率調節(jié)的數(shù)學模型 可選用國家標準 GB 14598.7（等同 IEC 60255-3）推薦的數(shù)學模型用于斜率調節(jié)。根據(jù) GB 14598.7： （ 16） 式中： N=I/Ir 指數(shù) 可選 K為常數(shù) 現(xiàn)以三種斜率的保護特性為例： A型反時限 tr=K/（ N0.02-1） （ 17） B型反時限 tr=K/（ N-1） （ 18） C型反時限 tr=K/（ N4-1） （ 19） K值可根據(jù)保護要求設定，或參照前述基本保護特性 NIr（如 N=2或 N=6）對應的時間 tr設定。 7.2 動作值的測量和控制 將式（ 17）、（ 18）、（ 19）變換為 A=t（ N0.02-1） （ 20） A=t（ N-1） （ 21） A=t（ N4-1） （ 22） 在實際運行中可每經(jīng)過一個等間隔 t進行一次累加，逐次計算 A值，逐次與 K值比較，直至達到設定值 K值，求出延時時間 tr。 以式（ 21）為例，設對應式（ 20）和（ 22）可以采用同樣方法進行計算和控制。 結束語 但是應用此方法計算有兩個問題需要解決： （ 1）設定 N的閾值 通常在 K的設定值范圍，在 N=1.05的條件下，計算值 tr很可能小于 1h，不能滿足軟起動器要