掘进机电动机过载保护的算法优化

2020-06-26 06:24朱军帅陈辉
机电信息 2020年6期
关键词:微机电动机算法

朱军帅 陈辉

摘要:对于掘进机电动机的过载保护,宜采用反时限保护的思想,为在微机计算中实现该思想,引入电流—时间关系式,从而引入发热常数K;然后根据少量已知的电动机过载保护要求,求得K值的保护限值;对K值进行累加计算,当K值超过限值时即发出电动机保护指令。现对优化后的微机算法代码进行举例说明,该算法相较于传统的分段式算法更为准确,特别是对于动态过载的情况,其效果尤为明显。

关键词:电动机;过载;微机;反时限;算法

0    引言

对电动机的保护应将温度保护和热(电流)保护两者结合,组成温度—电流保护,这是一种比较理想的过负荷保护方式[1]。目前,以微机为基础的热(电流)保护,以其处理数据灵活、适用范围广等特点,得到了越来越广泛的应用[2]。本文主要讨论以微机为基础的悬臂式掘进机的电动机热(电流)保护算法。

1    标准算法

矿用悬臂式掘进机电控系统执行标准《悬臂式掘进机 电气控制设备》(MT/T 971—2005),其中要求对掘进机电动机的过载短路保护应符合表1的规定[3]。

若按照表1所列数据执行,对于1.20倍过载保护和1.50倍过载保护,在微机上的ST语言代码表达如下:

IF Current_real>(Current_rated*1.20)  THEN

Mid_120:=TRUE;

ELSE

Mid_120:=FALSE;

END_IF

TON_120(IN:=Mid_120,PT:=T#1200S);

IF TON_120.Q  THEN

Overload_current_120:=TRUE;

END_IF

(*1.2倍过载1 200 s*)

IF Current_real>(Current_rated*1.50)  THEN

Mid_150:=TRUE;

ELSE

Mid_150:=FALSE;

END_IF

TON_150(IN:=Mid_150,PT:=T#180S);

IF TON_150.Q  THEN

Overload_current_150:=TRUE;

END_IF

(*1.5倍过载180 s*)

IF Overload_current_120 OR Overload_current_150  THEN

Motor_stop:=TRUE;

ELSE

Motor_stop:=FALSE;

END_IF

(*过载后电动机停止*)

IF Reset THEN

Overload_current_120:=FALSE;

Overload_current_150:=FALSE;

END_IF

(*复位*)

备注:Current_real—实时电流;Current_rated—額定电流(整定电流);Mid_120—1.2倍过载计算的中间变量;Overload_current_120—1.2倍过载;Motor_stop—电动机停止;Reset—复位。

对于表1所述及其在微机上的算法,有两个问题:

(1)在1.5倍至6倍过载之间,数据缺失,没有2倍、3倍、4倍、5倍等过载的动作时间。

(2)算法不够合理。掘进机负载是一直变化的,电流也随之变化,过载倍数也是一直变化的,那么过载保护的时间也应当是实时变化的,上文分段式算法无法准确反映动态过载的情况[4]。

2    算法优化

对于电流频繁变化的电动机宜采用反时限电流保护[2]。采用反时限电流保护方法,首先要建立电流—时间的关系式。

电动机短时过负荷时,发热时间短,发热量大,电动机绕组在最初发热时与铁芯间存在热绝缘,且铁芯质量大而发热缓慢,所以短时过负荷状态的电动机的发热状态应由绕组发热时间常数T′决定[1]。

额定稳态后的过载保护时间可用下式表示:

式中,t为额定稳态后的过载保护时间(s);θn为额定稳态温升(℃);Δθ为超出θn的温升(℃);Tn′为额定稳态时的绕组发热时间常数(s);IZ为电流倍数,IZ=I/In。

变形得:

则过载电流倍数与保护时间的关系式为[1]:

采用反时限过流保护算法时,绕组发热时间常数T′一般应由电动机制造商提供,但国内制造商一般都不提供此数据,我们可以根据制造商提供的其他数据或相应标准来计算[5]。

有多种方法可以计算K值大小,我们可以根据已知的电动机过载负荷能力对K值进行计算,根据表1数据计算K值:

1.2倍过载时:

1.5倍过载时:

二者取小,则K=225。

由此我们可以反推2倍、3倍、4倍、5倍等其他倍数的过载保护时间,如3倍电流过载的保护时间则为:

在变化过载电流条件下,为了在微机中实现电动机过载保护的计算,我们可以对K值进行累加计算,在微机上的ST语言代码表达如下:

IF Num<5 THEN

Num:=Num+1;

Current_real_sum:=Current_real_sum+Current_real;

END_IF

IF Num=5 THEN

Current_real_average:=Current_real_sum/Num

(*计算5个数据采集周期内的电流平均值,5可调*)

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

(*计算K值*)

IF K>225 THEN

Motor_stop:=TRUE;

END_IF

IF K<0 THEN

K:=0

END_IF

(*电动机停止*)

IF Reset THEN

Motor_stop:=FALSE;

END_IF

(*复位*)

备注:Num—计数,初始值為0;Current_real—实时电流;Current_real_sum—实时电流求和;Current_real_average—时间元内的电流平均值;Multiple_current—电流倍数;Current_

rated—额定电流;Cycle—实时电流的采集周期;K1—K值计算的中间变量;K—过载K值累加值,初始值为0。

考虑到计算量的问题,所以引入了Current_real_average—时间元内的电流平均值,如果微机计算能力允许的话,时间元应尽量取小,时间元越小则计算结果越真实准确,最小直接取数据采集周期Cycle的大小,此时Num取1。

3    结语

对于掘进机电动机的过载保护,宜采用反时限保护的思想。本文引入电流—时间关系式,对关系式中的K值进行累加计算,当K值超过限值时即发出电动机保护指令,从而将该控制思想融入到了微机上的实际算法中。该算法相较于传统的分段式算法更为准确,特别是对于动态过载的情况,其效果尤为明显。

[参考文献]

[1] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,1997.

[2] 黄彦全,肖建,蔡勇,等.新型微机反时限电流保护时间—电流特性的工程应用[J].电力系统自动化,2003,27(23):71-73.

[3] 悬臂式掘进机 电气控制设备:MT/T 971—2005[S].

[4] 牟龙华,邢锦磊.反时限过载保护精确算法[J].电力自动化设备,2008,28(6):36-38.

[5] 郑蔚,温佶强,王宁.数字式电动机过热保护的整定计算[J].浙江电力,2007,26(4):30-31.

收稿日期:2019-12-24

作者简介:朱军帅(1985—),男,江苏徐州人,工程师,研究方向:机械电气自动化。

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