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簡(jiǎn)談掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的算法優(yōu)化

瀏覽次數(shù):1110更新時(shí)間:2021-08-30
  劉丹
 
  安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
  摘要:對(duì)于掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù),宜采用反時(shí)限保護(hù)的思想,為在微機(jī)計(jì)算中實(shí)現(xiàn)該思想,引入電流—時(shí)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(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)要求,求得K值的保護(hù)限值;對(duì)K值進(jìn)行累加計(jì)算,當(dāng)K值超過(guò)限值時(shí)即發(fā)出電動(dòng)機(jī)保護(hù)指令。現(xiàn)對(duì)優(yōu)化后的微機(jī)算法代碼進(jìn)行舉例說(shuō)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(duì)于動(dòng)態(tài)過(guò)載的情況,其效果尤為明顯。
 
  
 
  關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī);過(guò)載;微機(jī);反時(shí)限;算法
 
  0引言
 
  對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)應(yīng)將溫度保護(hù)和熱(電流)保護(hù)兩者結(jié)合,組成溫度—電流保護(hù),這是一種比較理想的過(guò)負(fù)荷保護(hù)方式。目前,以微機(jī)為基礎(chǔ)的熱(電流)保護(hù),以其處理數(shù)據(jù)靈活、適用范圍廣等特點(diǎn),得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文主要討論以微機(jī)為基礎(chǔ)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的電動(dòng)機(jī)熱(電流)保護(hù)算法。
 
  1標(biāo)準(zhǔn)算法
 
  礦用懸臂式掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《懸臂式掘進(jìn)機(jī)電氣控制設(shè)備》(MT/T971—2005),其中要求對(duì)掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載短路保護(hù)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(duì)于1.20倍過(guò)載保護(hù)和1.50倍過(guò)載保護(hù),在微機(jī)上的ST語(yǔ)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(guò)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(guò)載180s*)
 
  IFOverload_current_120OROverload_current_150THEN
 
  Motor_stop:=TRUE;
 
  ELSE
 
  Motor_stop:=FALSE;
 
  END_IF(*過(guò)載后電動(dòng)機(jī)停止*)
 
  IFResetTHEN
 
  Overload_current_120:=FALSE;
 
  Overload_current_150:=FALSE;
 
  END_IF(*復(fù)位*)
 
  備注:Current_real—實(shí)時(shí)電流;Current_rated—額定電流(整定電流);Mid_120—1.2倍過(guò)載計(jì)算的中間變量;Overload_current_120—1.2倍過(guò)載;Motor_stop—電動(dòng)機(jī)停止;Reset—復(fù)位。
 
  對(duì)于表1所述及其在微機(jī)上的算法,有兩個(gè)問(wèn)題:
 
  (1)在1.5倍至6倍過(guò)載之間,數(shù)據(jù)缺失,沒(méi)有2倍、3倍、4倍、5倍等過(guò)載的動(dòng)作時(shí)間。
 
  (2)算法不夠合理。掘進(jìn)機(jī)負(fù)載是一直變化的,電流也隨之變化,過(guò)載倍數(shù)也是一直變化的,那么過(guò)載保護(hù)的時(shí)間也應(yīng)當(dāng)是實(shí)時(shí)變化的,上文分段式算法無(wú)法準(zhǔn)確反映動(dòng)態(tài)過(guò)載的情況。
 
  2算法優(yōu)化
 
  對(duì)于電流頻繁變化的電動(dòng)機(jī)宜采用反時(shí)限電流保護(hù)。采用反時(shí)限電流保護(hù)方法,首先要建立電流—時(shí)間的關(guān)系式。
 
  電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)負(fù)荷時(shí),發(fā)熱時(shí)間短,發(fā)熱量大,電動(dòng)機(jī)繞組在發(fā)熱時(shí)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(shí)過(guò)負(fù)荷狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)應(yīng)由繞組發(fā)熱時(shí)間常數(shù)T′決定。
 
  額定穩(wěn)態(tài)后的過(guò)載保護(hù)時(shí)間可用下式表示:
 
  式中,t為額定穩(wěn)態(tài)后的過(guò)載保護(hù)時(shí)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(shí)的繞組發(fā)熱時(shí)間常數(shù)(s);IZ為電流倍數(shù),IZ=I/In。
 
  變形得:
 
令:
 
       則過(guò)載電流倍數(shù)與保護(hù)時(shí)間的關(guān)系式為:
 
  K=(IZ2-1)t
 
  采用反時(shí)限過(guò)流保護(hù)算法時(shí),繞組發(fā)熱時(shí)間常數(shù)T′一般應(yīng)由電動(dòng)機(jī)制造商提供,但國(guó)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(lái)計(jì)算。
 
  有多種方法可以計(jì)算K值大小,我們可以根據(jù)已知的電動(dòng)機(jī)過(guò)載負(fù)荷能力對(duì)K值進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)表1數(shù)據(jù)計(jì)算K值:
 
  1.2倍過(guò)載時(shí):
 
  K=(1.22-1)×1200=528
 
  1.5倍過(guò)載時(shí):
 
  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(guò)載保護(hù)時(shí)間,如3倍電流過(guò)載的保護(hù)時(shí)間則為:
 
  在變化過(guò)載電流條件下,為了在微機(jī)中實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的計(jì)算,我們可以對(duì)K值進(jìn)行累加計(jì)算,在微機(jī)上的ST語(yǔ)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(jì)算5個(gè)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(jì)算K值*)
 
  IFK>225THEN
 
  Motor_stop:=TRUE;
 
  END_IF
 
  IFK<0THEN
 
  K:=0
 
  END_IF(*電動(dòng)機(jī)停止*)
 
  IFResetTHEN
 
  Motor_stop:=FALSE;
 
  END_IF(*復(fù)位*)
 
  備注:Num—計(jì)數(shù),初始值為0;Current_real—實(shí)時(shí)電流;Current_real_sum—實(shí)時(shí)電流求和;Current_real_average—時(shí)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(shí)時(shí)電流的采集周期;K1—K值計(jì)算的中間變量;K—過(guò)載K值累加值,初始值為0。
 
  考慮到計(jì)算量的問(wèn)題,所以引入了Current_real_average—時(shí)間元內(nèi)的電流平均值,如果微機(jī)計(jì)算能力允許的話,時(shí)間元應(yīng)盡量取小,時(shí)間元越小則計(jì)算結(jié)果越真實(shí)準(zhǔn)確,直接取數(shù)據(jù)采集周期Cycle的大小,此時(shí)Num取1。
 
  3.安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹
 
  3.1產(chǎn)品介紹
 
  智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器),采用單片機(jī)技術(shù),具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)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(hù),并設(shè)有SOE故障事件記錄功能,方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)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(hù)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(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)保護(hù)器
 
       4結(jié)束語(yǔ)
 
  對(duì)于掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù),宜采用反時(shí)限保護(hù)的思想。本文引入電流—時(shí)間關(guān)系式,對(duì)關(guān)系式中的K值進(jìn)行累加計(jì)算,當(dāng)K值超過(guò)限值時(shí)即發(fā)出電動(dòng)機(jī)保護(hù)指令,從而將該控制思想融入到了微機(jī)上的實(shí)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(duì)于動(dòng)態(tài)過(guò)載的情況,其效果尤為明顯。
 
  參考文獻(xiàn)
 
  [1] 鄭蔚,溫佶強(qiáng),王寧.數(shù)字式電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)的整定計(jì)算[J].浙江電力,2007,26(4):30-31.
 
  [2] 朱軍帥,陳輝.掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的算法優(yōu)化
 
  [3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
 
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