專利名稱：基于熱積累的變頻器過載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻器的過載保護(hù)技術(shù)，特別是涉及一種基于熱積累的變頻器過載方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于交流電動機(jī)的無級調(diào)速。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高頻率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點面被國內(nèi)外認(rèn)為是最有前途的調(diào)速方式，在鋼鐵、化工、紡織、機(jī)械電力、造紙等各個行業(yè)中被廣泛使用。一般變頻器都有一定的過載能力，因為使用過程中電流多少都會有一定的波動范 圍，或多或少都會出現(xiàn)電流超過額定電流的情況，若短時工作在過載情況下，其程度不會立即對變頻器或負(fù)載設(shè)備造成損害，但是如果任由系統(tǒng)長時間工作在超過其額定電流的情況下，不論是絕緣還是各部件的機(jī)械強(qiáng)度都將迅速降低，加速系統(tǒng)的老化，而且機(jī)械性能、電接觸性能的降低又會給其它類型的故障提供了可能性，給設(shè)備帶來很大的破壞。所以過載保護(hù)是變頻器的一項重要保護(hù)功能。但由于負(fù)載種類的千差萬別，負(fù)載變化方式多種多樣，過載保護(hù)算法很難得到有效的解決。目前，國產(chǎn)及日系變頻器的過載算法基本上都是根據(jù)熱量定義一條反時限曲線，過載倍數(shù)越大，過載時間越短?？刂屏鞒讨?，首先判斷電流是否滿足過載條件，然后按照過載時間進(jìn)行計時處理，如果在過載故障報出之前，電流降低了，則將過載時間減少。這種方法只是過載數(shù)學(xué)模型，只描述在過載情況下電流與動作時間之間的反時限關(guān)系，沒有考慮散熱周期，也沒有考慮不同電流和條件下散熱的不同，不能正確反映非過載及臨界過載電流的熱效應(yīng)對反時限動作時間的影響，可能導(dǎo)致硬件已燒壞但過載故障沒有報出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于熱積累的變頻器過載方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的基于熱積累的變頻器過載方法，其步驟包括
(1)根據(jù)硬件設(shè)計計算出符合硬件實際條件的包括散熱能力、熱平衡周期和過載能力的數(shù)據(jù)；
(2)使用滑窗的辦法，通過積分計算每個最新的熱平衡周期內(nèi)所有電流基于功耗和溫升的熱積累；
(3)根據(jù)實際測試得到的過載能力的結(jié)果對過載閥值做出修正計算；
(4)將計算得到的一個熱平衡周期內(nèi)的熱積累值與修正過的過載閥值進(jìn)行比較，超過則認(rèn)為是過載；經(jīng)過上述步驟，實現(xiàn)對變頻器過載的保護(hù)控制。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(I)的方法可以是根據(jù)功率模塊特性以及結(jié)構(gòu)外觀尺寸計算額定和不同過載時熱損耗值；在保證不超過功率模塊溫升40°C條件下，結(jié)合CAE仿真和計算值，制定過載能力和熱平衡周期。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(2)的方法可以是實時采樣電流有效值并對Is內(nèi)數(shù)據(jù)做平均值濾波處理后存入數(shù)組，計算其I2t值，并計算當(dāng)前熱平衡周期內(nèi)累積的I2t值與過載閥值進(jìn)行比較判斷；當(dāng)累積運行時間超過一個熱平衡周期后，每秒鐘采集計算得到新的電流值，然后用新的電流值取代最早時間的電流值，并計算其I2t值，從而保證累積的I2t值始終是當(dāng)前這個熱平衡周期內(nèi)的最新值，保證過載 保護(hù)的實時性。本發(fā)明實現(xiàn)步驟(3)的方法可以是通過給變頻器加不同倍數(shù)的負(fù)載做過載實驗，得到一系列的變頻器實際過載能力的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果對過載閥值做一定的修正計算，使得最后的程序執(zhí)行結(jié)果真正滿足實際硬件條件。所述步驟(4)中，在過載的情況下，操作者根據(jù)用戶的設(shè)定，可以選擇不動作、報警或者報故障停機(jī)封鎖。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點
其一.充分考慮具體硬件的發(fā)熱和散熱能力，適合任意負(fù)載電流，解決了常用的反時限特性曲線只描述在過載情況下電流與動作時間之間的反時限關(guān)系，不能正確反映非過載及臨界過載電流的熱效應(yīng)對反時限動作時間的影響從而導(dǎo)致不能有效保護(hù)硬件的問題。其二.通過對硬件發(fā)熱散熱的計算以及對一個熱平衡周期內(nèi)電流的熱效應(yīng)的累積值計算，能準(zhǔn)確反映具體變頻器的過載能力，解決了變頻器負(fù)載電流頻繁過載與非過載時傳統(tǒng)反時限過載算法無法有效保護(hù)硬件的問題，同時有效保護(hù)變頻器硬件不因過載而損壞。設(shè)計工作完成后，我們給各功率段變頻器加了不同倍數(shù)的負(fù)載做過載實驗，并且頻繁切換負(fù)載電流大小，因為設(shè)計中特意留出了一定余量，每次當(dāng)功率模塊溫升達(dá)到38°C左右時，變頻器即會報過載，這充分證明了過載算法適合任意負(fù)載電流，并且符合硬件實際發(fā)熱散熱情況，能準(zhǔn)確反映變頻器的過載能力，并真正有效保護(hù)硬件不因過載而損壞?？傊?，本發(fā)明能準(zhǔn)確反映變頻器的過載能力，即在硬件允許的條件下使變頻器具有較強(qiáng)的過載能力，同時有效保護(hù)變頻器硬件不因過載而損壞。


圖I是本發(fā)明典型的輕載過載運行周期。圖2是本發(fā)明典型的重載過載運行周期。圖3是本發(fā)明的程序流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。過載的基本特征是溫升超過額定溫升，過載保護(hù)的目的是使硬件不因過熱而燒壞。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)為對輸出電流進(jìn)行I2t計算，該值反映了變頻器功耗和溫升的累積。其理論公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是采用包括以下步驟的方法 (1)根據(jù)硬件設(shè)計計算出符合硬件實際條件的包括散熱能力、熱平衡周期和過載能力的數(shù)據(jù)； (2)使用滑窗的辦法，通過積分計算每個最新的熱平衡周期內(nèi)所有電流基于功耗和溫升的熱積累； (3)根據(jù)實際測試得到的過載能力的結(jié)果對過載閥值做出修正計算； (4)將計算得到的ー個熱平衡周期內(nèi)的熱積累值與修正過的過載閥值進(jìn)行比較，超過則認(rèn)為是過載； 經(jīng)過上述步驟，實現(xiàn)對變頻器過載的保護(hù)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現(xiàn)步驟(I)的方法是根據(jù)功率模塊特性以及結(jié)構(gòu)外觀尺寸計算額定和不同過載時熱損耗值；在保證不超過功率模塊溫升40°C條件下，結(jié)合CAE仿真和計算值，制定過載能力和熱平衡周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現(xiàn)步驟(2)的方法是實時采樣電流有效值并對Is內(nèi)數(shù)據(jù)做平均值濾波處理后存入數(shù)組，計算其I2t值，并計算當(dāng)前熱平衡周期內(nèi)累積的I2t值與過載閥值進(jìn)行比較判斷；當(dāng)累積運行時間超過ー個熱平衡周期后，毎秒鐘采集計算得到新的電流值，然后用新的電流值取代最早時間的電流值，并計算其i2t值，從而保證累積的I2t值始終是當(dāng)前這個熱平衡周期內(nèi)的最新值，保證過載保護(hù)的實時性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現(xiàn)步驟(3)的方法是通過給變頻器加不同倍數(shù)的負(fù)載做過載實驗，得到一系列的變頻器實際過載能力的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果對過載閥值做一定的修正計算，使得最后的程序執(zhí)行結(jié)果真正滿足實際硬件條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是所述步驟(4)中，在過載的情況下，操作者根據(jù)用戶的設(shè)定選擇不動作，報警或者報故障停機(jī)封鎖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于熱積累的變頻器過載方法，該方法的步驟是(1)根據(jù)硬件設(shè)計計算出符合硬件實際條件的包括散熱能力、熱平衡周期和過載能力的數(shù)據(jù)；(2)使用滑窗的辦法，通過積分計算每個最新的熱平衡周期內(nèi)所有電流基于功耗和溫升的熱積累；(3)根據(jù)實際測試得到的過載能力的結(jié)果對過載閥值做出修正計算；(4)將計算得到的一個熱平衡周期內(nèi)的熱積累值與修正過的過載閥值進(jìn)行比較，超過則認(rèn)為是過載。經(jīng)過上述步驟，實現(xiàn)對變頻器過載的保護(hù)控制。本發(fā)明通過對硬件發(fā)熱散熱的計算以及對一個熱平衡周期內(nèi)電流的熱效應(yīng)的累積值計算，能準(zhǔn)確反映具體變頻器的過載能力，同時有效保護(hù)變頻器硬件不因過載而損壞。
文檔編號H02H7/10GK102856884SQ20121034351
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者張旭梅, 王濤, 康現(xiàn)偉, 周虎軍, 陶文濤, 姜曉林 申請人:中冶南方(武漢)自動化有限公司