淺談掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的算法優(yōu)化

張娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：對于掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過載保護(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)過載保護(hù)要求，求得K值的保護(hù)限值；對K值進(jìn)行累加計(jì)算，當(dāng)K值超過限值時(shí)即發(fā)出電動(dòng)機(jī)保護(hù)指令?，F(xiàn)對優(yōu)化后的微機(jī)算法代碼進(jìn)行舉例說明，該算法相較于傳統(tǒng)的分段式算法更為準(zhǔn)確，特別是對于動(dòng)態(tài)過載的情況，其效果尤為明顯。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；過載；微機(jī)；反時(shí)限；算法

0引言

對電動(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），其中要求對掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過載短路保護(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，對于1.20倍過載保護(hù)和1.50倍過載保護(hù)，在微機(jī)上的ST語言代碼表達(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倍過載180s*）

IFOverload_current_120OROverload_current_150THEN

Motor_stop:=TRUE;

ELSE

Motor_stop:=FALSE;

END_IF（*過載后電動(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倍過載計(jì)算的中間變量；Overload_current_120—1.2倍過載；Motor_stop—電動(dòng)機(jī)停止；Reset—復(fù)位。

對于表1所述及其在微機(jī)上的算法，有兩個(gè)問題：

（1）在1.5倍至6倍過載之間，數(shù)據(jù)缺失，沒有2倍、3倍、4倍、5倍等過載的動(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，過載倍數(shù)也是一直變化的，那么過載保護(hù)的時(shí)間也應(yīng)當(dāng)是實(shí)時(shí)變化的，上文分段式算法無法準(zhǔn)確反映動(dòng)態(tài)過載的情況。

2算法優(yōu)化

對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)后的過載保護(hù)時(shí)間（s）；θ_n為額定穩(wěn)態(tài)溫升（℃）；Δθ為超出θ_n的溫升（℃）；T_n′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)，I_Z=I/I_n。

變形得：

令：

則過載電流倍數(shù)與保護(hù)時(shí)間的關(guān)系式為：

K=（I_Z2-1）t

采用反時(shí)限過流保護(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)過載負(fù)荷能力對K值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)表1數(shù)據(jù)計(jì)算K值：

1.2倍過載時(shí)：

K=（1.2²-1）×1200=528

1.5倍過載時(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)的過載保護(hù)時(shí)間，如3倍電流過載的保護(hù)時(shí)間則為：

在變化過載電流條件下，為了在微機(jī)中實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的計(jì)算，我們可以對K值進(jìn)行累加計(jì)算，在微機(jī)上的ST語言代碼表達(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—過載K值累加值，初始值為0。

考慮到計(jì)算量的問題，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)器能對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、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

對于掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的過載保護(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，對關(guān)系式中的K值進(jìn)行累加計(jì)算，當(dāng)K值超過限值時(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，特別是對于動(dòng)態(tài)過載的情況，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.2020.06版

作者簡介：張娟，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電