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

朱軍帥 陳輝

摘要：對(duì)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(duì)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。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(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負(fù)荷保護(hù)方式[1]。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[2]。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/T 971—2005），其中要求對(duì)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[3]。

若按照表1所列數(shù)據(jù)執(zhí)行，對(duì)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(yǔ)言代碼表達(dá)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倍過載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倍過載180 s*）

IF Overload_current_120 OR Overload_current_150? THEN

Motor_stop：=TRUE;

ELSE

Motor_stop：=FALSE;

END_IF

（*過載后電動(dòng)機(jī)停止*）

IF Reset THEN

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(duì)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(wú)法準(zhǔn)確反映動(dòng)態(tài)過載的情況[4]。

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)[2]。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)繞組在最初發(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[1]。

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）;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：

則過載電流倍數(shù)與保護(hù)時(shí)間的關(guān)系式為[1]：

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(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[5]。

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(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倍過載時(shí)：

1.5倍過載時(shí)：

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(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：

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

（*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*）

IF K>225 THEN

Motor_stop：=TRUE;

END_IF

IF K<0 THEN

K：=0

END_IF

（*電動(dòng)機(jī)停止*）

IF Reset THEN

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，最小直接取數(shù)據(jù)采集周期Cycle的大小，此時(shí)Num取1。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

對(duì)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(duì)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(duì)于動(dòng)態(tài)過載的情況，其效果尤為明顯。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[2] 黃彥全，肖建，蔡勇，等.新型微機(jī)反時(shí)限電流保護(hù)時(shí)間—電流特性的工程應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（23）：71-73.

[3] 懸臂式掘進(jìn)機(jī) 電氣控制設(shè)備：MT/T 971—2005[S].

[4] 牟龍華，邢錦磊.反時(shí)限過載保護(hù)精確算法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28（6）：36-38.

[5] 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.

收稿日期：2019-12-24

作者簡(jiǎn)介：朱軍帥（1985—），男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：機(jī)械電氣自動(dòng)化。