電動機過載保護算法術(shù)

1、精選文檔電動機過載愛護算法術(shù)摘要：電動機實際運行時，電流一般是隨負載和電網(wǎng)電壓的轉(zhuǎn)變而變化的，因此，電動機穩(wěn)定溫度也是變化的。如何計算電動機的溫度始終是學術(shù)界和工程界爭辯的熱點和難點。在充分考慮熱積累和負序電流效應(yīng)的前提條件下，通過求解熱平衡微分方程的方法，爭辯了電動機運行過程中的任意時刻的溫度變化狀況，模擬出電動機的溫度實際變化過程，為過載愛護供應(yīng)了依據(jù)。引 言 過載愛護是保障電動機正常運行的重要措施。隨著電子技術(shù)的進展，消滅了數(shù)字式過載愛護方式，尤其是接受單片機技術(shù)的數(shù)字過載愛護，穩(wěn)定性好，是熱過載愛護技術(shù)的進展趨勢。但目前單片機熱過載愛護算法仍存在肯定缺陷，不能對電動機進行精確愛護。因此

2、，每年仍有大量的電動機因過載而損壞，造成巨大的直接和間接經(jīng)濟損失。本文著力考慮熱積累的過載愛護模型，爭辯新型數(shù)字算法，克服熱過載愛護繼電器愛護特性不穩(wěn)定的問題，解決目前電子式過載愛護繼電器中愛護特性不精確、在負載變化簡單的狀況下可能發(fā)生愛護不動作等問題。1 過載特性與變負載下的熱積累電動機的過電流大小與允許過電流時間之間的關(guān)系稱為過載特性。電動機過載將導致電動機過熱，但其低倍過載又允許肯定時限，故電動機過載特性具有反時限特性(見圖1)。電動機發(fā)熱理論爭辯表明，電動機持續(xù)運行的容許負荷主要取決于定子繞組的溫度，故將定子電流的大小作為電動機過載的主要依據(jù)。電動機發(fā)熱過程溫度變化曲線如圖2所示。電動

3、機在實際運行時，電流恒定只是抱負狀況，多數(shù)狀況下電流是隨負載和電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變而變化的。因此，穩(wěn)定溫度0w也是變化的。電動 機電流變化時的溫度曲線如圖3所示。 由圖3可知，在電動機多次重復短時過載且每次過載時問均小于容許時問時，一般的愛護裝置均不會動作，但電動機自身的熱積累完全可能使電動機燒毀。因此，如何建立完善的電動機發(fā)熱和散熱數(shù)學模型，精確模擬出電動機在過載時的溫度變化過程，是研制較好愛護系統(tǒng)的重要前提。其中，如何處理電動機運行過程中的熱積累是關(guān)鍵問題。2 負序電流效應(yīng)及其計算電動機的內(nèi)部故障可分為對稱故障和不對稱故障兩種。對稱故障包括過載、堵轉(zhuǎn)、短路等，此時會消滅明顯的過電流；不對稱故障包括

4、斷相、逆相、相間短路、接地故障、三相不平衡等。發(fā)生不對稱故障時，定子電流可分解為正、負和零序重量。幅值相同的正序電流，+和負序電流，一在電動機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量并不相同。定子繞組的，+和，一產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場對定子自身而言為正反同步速度；但對正常運行的轉(zhuǎn)子來說(設(shè)轉(zhuǎn)率s0)，前者差不多相對靜止，后者近似為2倍同步速度。假設(shè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子正序電阻(折合到定子側(cè))近似為直流電阻尺 ，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子負序電阻(折合到定子側(cè))為溝通電阻尺：，對異步電動機則有：R2= KR=1256 (1)即與，+大小相同的，一產(chǎn)生的損耗為，+的 倍。因此，當有，一消滅時，轉(zhuǎn)子損耗將顯著增加。特殊是在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流流過轉(zhuǎn)子表面，導致

5、轉(zhuǎn)子局部過熱而燒毀。為了反映，+和，一的不同發(fā)熱效應(yīng)，英國GEC公司提出了一個反映上述發(fā)熱效應(yīng)的“等效電流”，e。的概念，定義為 =K e+ (2) 式中： 為正序電流系數(shù)(05，10)，在電動機起動時問t 內(nèi)， =05，相當于愛護動作提高1倍，使愛護動作避開正常的起動電流；在 之后，K1=1； 為負序電流系數(shù)， =310，一般取6。在爭辯電動機過載愛護模型時，用，。來代替定子電流，對電動機運行時的不對稱故障中的斷相、逆相、相問短路、接地故障、三相不平衡等，通過負序電流效應(yīng)進行了充分的考慮，故本文所指過載愛護意為等效過載愛護。正、負序電流可通過測量三相電流的大小，用軟件計算得出。基于對稱重量法

6、，若以 相為基準，可得r，+=(，A+ ，B+ ，c)3，一=( A+ ， + c)3 (3)I tio= (、l +I B+l c 3式中， =e 。設(shè)置一個電流周期的采樣點數(shù)為fi，完成和 即要求移相120。和240。若取fi=12，移相120。就是取第4個采樣點，移相240。就是取第8個采樣點。依據(jù)軟件算法，由式(3)可得，fi=12時的第k個采樣點的正、負序電流的表達式為)= ( )+iB( +4)+ic( +8)】)= )+iB( +8)+ic( +4)(4)為利用前一周期的采樣值進行計算，將式(4)改寫為微機可便利地計算出一個電流周期內(nèi)各采樣點的正、負序電流。依據(jù)采樣的i+(k)與

7、i_(k)，利用均方根算法并進行離散化處理，可得到電流的正序和負序重量有效值，+和，一：3 動態(tài)過載愛護數(shù)學模型分析電動機不是一個均質(zhì)物體，其發(fā)熱和散熱過程比較簡單。在電動機熱計算中，假定電動機是一個均質(zhì)物體，只計算平均溫度。依據(jù)能量守恒定理，電動機在實際運行過程中的熱平衡微分方程為Pdt=cGdO+aS(0一Oo)dt (7)式中 Pdd時間內(nèi)電動機總發(fā)熱量(J)cGd 電動機的蓄熱量。G為電動機的重量；c為電動機的比熱；dO為dt時間內(nèi)電動機的溫度變化值(。C)aS(0一Oo)dd時間內(nèi)電動機總散熱量(J) 定子繞組的溫度 定子繞組的初始溫度S 電動機的散熱面積 散熱系數(shù)式(7)在考慮發(fā)熱

8、的同時，也考慮了熱量向四周介質(zhì)的散失，完全可用來描述電動機在恒定負載、變負載和斷續(xù)工作狀況下溫度的真實變化過程。式(7)為一階微分方程，其通解為： e_fr+ + (8)式中：P為電動機損耗；T為電動機的熱時間常數(shù)，T= cG。留意：發(fā)熱時間常數(shù)與散熱時間常數(shù)不同，散熱時間常數(shù)一般是發(fā)熱時間常數(shù)的25倍，可依據(jù)電動機實際狀況，由軟件確定。由式(8)可知，穩(wěn)定溫度0= +Oo (9)設(shè)t=0時，0=Oo，為電動機初始溫度，則A = 一 = Oo一0w將上述數(shù)據(jù)代人式(8)，可得0=(0w一0o)(1一e )+Oo (1O)P主要由電動機繞組線圈的損耗P 和鐵芯的渦流與磁滯損耗P 組成。P 與，2

9、成正比；P取決磁場強度日。由P 與日的關(guān)系曲線可知，P 與 基本成正比，而日與，成正比。因此，P 與，2基本成正比關(guān)系，P與，2基本成正比關(guān)系。由式(9)知，當電動機電流肯定時，電動機的穩(wěn)定溫升與P成正比，故電動機的穩(wěn)定溫升就與成正比，即丁w =Kf (1 1) (12)式中 丁w 電動機電流為，時的穩(wěn)定溫升，_ 電動機的線電流有效值穩(wěn)定溫升比例系數(shù)，由電動機的各參數(shù)確定， 電動機的額定電流，可從電動機銘牌上獲得丁 電動機電流為， 時的穩(wěn)定溫升，可由工廠供應(yīng)的技術(shù)數(shù)據(jù)或閱歷獲得如前所述，電動機在實際運行時電流是變化的，0 也隨之變化，在整個運行時間范圍內(nèi)，無法用一個函數(shù)表達式計算電動機的溫度。

10、因此，把電動機的運行過程離散成一個個小區(qū)間，在每個小區(qū)間上，可把電流看成定值。在此區(qū)間上，利用式(10)、(12)求解電動機的溫度，同時考慮負序電流效應(yīng)，把式(10)改寫成離散區(qū)間的形式，得0 = ( 一0 一1)(1一e-Atr)+0 1(13)i = 1，2，式中Oi第i段時間的最終溫度0 第i一1段時間的最終溫度把前一區(qū)間的最終溫度作為下一區(qū)間的開頭溫度，同時考慮電動機初始溫度為環(huán)境溫度 ，即可求解電動機任意時間的溫度。依據(jù)式(13)，電動機任意工作時間的繞組溫度應(yīng)不超過極限溫度 ，其值依據(jù)GB 75581電機基本技術(shù)要求(見表1)可得到。國家標準規(guī)定的極限溫度是在環(huán)境溫度為40。c時做

11、出的。表1 各種絕緣等級材料的極限溫度為了充分發(fā)揮電動機過載力量，避開頻繁起停，對各類堵轉(zhuǎn)故障、過負荷故障等，愛護動作判據(jù)為 (14)在每個時間內(nèi)計算1次，它不會無限增大，只要電流小于動作電流， 就不會超過 。在電流大于動作電流狀況下，只要 ，電動機仍舊運行，此時處于過載運行狀態(tài)；當 時，愛護器動作，主電路被切斷。在主電路切斷后，電流為0，這時 就會減小，但 值不會無限減小，當 = (即電動機溫度下降到與四周環(huán)境溫度相同)時， 將穩(wěn)定 在上。在 Oo時，電動機起動后，將在當前溫度下進行熱積累。假如 較大，應(yīng)通過軟件進行起動閉鎖，防止在過載后馬上起動電動機，造成電動機的損壞。電動機的短路故障要接

12、受速斷愛護，短路故障判據(jù)為I，e qj_8 (15)當電動機發(fā)生嚴峻的堵轉(zhuǎn)故障時，要接受反時限愛護，堵轉(zhuǎn)故障判據(jù)為8 5 ( 6)4 結(jié) 語本文在分析了變負載下電動機的溫度變化過程后指出，建立完善的電動機發(fā)熱和散熱數(shù)學模型，精確模擬出電動機在過載時的溫度變化過程是研制出較好的愛護系統(tǒng)的重要前提。電動機的故障有對稱故障和不對稱故障兩種，發(fā)生不對稱故障會產(chǎn)生負序電流，通過考慮負序電流效應(yīng)，實現(xiàn)對電動機各種故障的完善愛護。最終，建立了動態(tài)過載愛護模型，在過載狀況下，精確地模擬出電動機的實際溫度變化過程，為各種過載愛護提供了依據(jù)。本文建立的過載愛護模型完全適用于電動機的變負載、反復短時工作制及發(fā)生非對稱故障等的愛護，并能充分發(fā)揮電動機的過載力量?！緟⒖嘉墨I】1 LI Kui，WANG Jingqin，LI Wenhua，et a1Study onReliability for Overload RelayC1 st InternationalConference on Reliab ility of Electric