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試分析軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法(上)

發(fā)布時(shí)間:2014-09-02 責(zé)任編輯:stone

【導(dǎo)讀】多年研究軟起動(dòng)器,發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器對電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)有些簡單化,雖然說是反時(shí)限保護(hù),但實(shí)際是采用定時(shí)分段的辦法。如果要真正反應(yīng)電動(dòng)機(jī)的過載能力又能對電動(dòng)機(jī)起到過載保護(hù)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(hù)的靈敏性。

1 引言

多年研究電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器對電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)有些簡單化,雖然說是反時(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)。對于電動(dòng)機(jī)斷續(xù)過載保護(hù)時(shí)由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)來說,它的過載能力要比熱態(tài)的電動(dòng)機(jī)過載能力大的多。

如果要真正反應(yīng)電動(dòng)機(jī)的過載能力又能對電動(dòng)機(jī)起到過載保護(hù)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(hù)的靈敏性。

1.1 兩種典型的數(shù)學(xué)模型

軟起動(dòng)器對電動(dòng)機(jī)具有控制、保護(hù)、監(jiān)測等功能,對電動(dòng)機(jī)的熱過載保護(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:

(1)等I2t的時(shí)間電流特性

t = k / I2

(2)IEC 60255-3[1]推薦的數(shù)學(xué)模型

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法以上式中: 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)

α— 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(xué)模型為例,分別求積分值:

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法
 
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I—t對照表,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 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

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法(1)

式中:P — 發(fā)熱功率;

Kr— 散熱系數(shù);

S — 散熱表面積;

τ— 溫升;

c — 比熱;

G — 發(fā)熱體重量;

t — 時(shí)間。

微分方程的解為:

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

過載保護(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,斷開電路。

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

3 按熱平衡原理整定過載長延時(shí)脫扣


軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法
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4 動(dòng)作值和熱時(shí)間常數(shù)的計(jì)算

4.1 動(dòng)作值

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

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(dāng)A≥K時(shí)控制器動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)長延時(shí)保護(hù)功能。

式(9)和(10)可轉(zhuǎn)換為:

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

4.2 熱時(shí)間常數(shù)的計(jì)算

在已知任意—N值下要求的tr值,即可計(jì)算T。

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

4.3 延時(shí)時(shí)間的計(jì)算

按式(13)計(jì)算在不同過載電流下的延時(shí)時(shí)間,并考慮電流測量誤差的影響,計(jì)算結(jié)果見表1(計(jì)算時(shí)取T=642s)。

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法
 
5 動(dòng)作值的測量和計(jì)算

為測量智能脫扣器實(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量電流和計(jì)算A值并與K值比較。

設(shè)測量間隔為Δt,并且初始溫升為0,由式(6)和(7)

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

上列各式中N可以為變量。

逐次計(jì)算,逐次與k比較,直至Ax≥k時(shí)控制器動(dòng)作。則

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

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(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)間,以保證在恢復(fù)時(shí)間內(nèi),軟起動(dòng)器不得起動(dòng)。
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6 測量誤差分析

對式(8)微分:

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

對應(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對應(yīng)的p和f值

軟起動(dòng)器對電機(jī)過載保護(hù)的控制方法

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可以看出在較低過載倍數(shù)下由電流測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

為了滿足不同的配合需要,現(xiàn)在有的制造廠**了改變長延時(shí)保護(hù)特性斜率的調(diào)節(jié)功能[2]或參照IEC 60255標(biāo)準(zhǔn)**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)對比分析我們可以以式(7)作為基本保護(hù)特性的基本數(shù)學(xué)模型。

(2)用于斜率調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型

可選用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14598.7(等同IEC 60255-3)推薦的數(shù)學(xué)模型用于斜率調(diào)節(jié)。根據(jù)GB 14598.7:

表2 與表1中計(jì)算值tr對應(yīng)的p和f值(16)

式中:N=I/Ir

指數(shù)α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)對應(yīng)的時(shí)間tr設(shè)定。

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