交流異步電機(jī)及其電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種交流異步電機(jī)及其有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的發(fā)展，電動機(jī)尤其是交流異步電動機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)及人們生活中作為不 可替代的動力和驅(qū)動裝置應(yīng)用越來越廣泛。由于過載導(dǎo)致電機(jī)燒毀的情況時(shí)有發(fā)生。
[0003] 現(xiàn)有過載保護(hù)方法，主要包括:首先判斷電機(jī)是否發(fā)生或?qū)⒁^載，在判斷過載時(shí) 采用停機(jī)、降低轉(zhuǎn)速或輸出功率的方式保護(hù)電機(jī)。
[0004] 對于判斷電機(jī)發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生過載的方法，現(xiàn)有技術(shù)中主要包括：
[0005] ①熱繼電器保護(hù)法。熱繼電器是利用雙金屬片膨脹性原理研制的。但金屬片的離 散性大，需要經(jīng)常對金屬片進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0006] ②通過埋設(shè)溫度傳感器直接測溫的方法。該方法需要電機(jī)廠的配合，目前某些大 型電動機(jī)中已埋設(shè)了溫度傳感器，但大部分中小型電動機(jī)中還沒有埋設(shè)溫度傳感器。
[0007] ③建立電機(jī)的熱模型。該方法是一種比較切實(shí)可行的方法，可實(shí)現(xiàn)熱累計(jì)。目前在 電動機(jī)熱保護(hù)器中采用的多為一階或二階的熱模型，模型比較簡單，但電機(jī)熱模型中關(guān)鍵 參數(shù)的獲取相對比較困難。
[0008] ④利用反時(shí)限過流來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。該方法是通過設(shè)定限制線對I-t特性曲線進(jìn) 行判斷來實(shí)現(xiàn)熱過載保護(hù)，但該方法沒有反映出熱積累效應(yīng)。
[0009] ⑤利用電機(jī)電流的大小進(jìn)行判斷，而采集電機(jī)電流會導(dǎo)致計(jì)算值滯后。
[0010] 另外，在判斷過載發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生以后，如果設(shè)置轉(zhuǎn)速不當(dāng)仍會產(chǎn)生燒毀的情況。
[0011] 因此，現(xiàn)有方法的缺陷主要在于：1，采集電機(jī)電流有滯后性;2,電機(jī)熱模型獲取困 難;3，設(shè)置轉(zhuǎn)速不當(dāng)仍導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法，用以解決采集電 機(jī)電流的滯后性問題。同時(shí)本發(fā)明還提供利用上述電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法的 異步電機(jī)。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0014] 交流異步電機(jī)電流有效值計(jì)算方法，米集任兩相電流，進(jìn)行計(jì)算：電流有效值
[0015] 交流異步電機(jī)過載保護(hù)方法，采集任兩相電流，計(jì)算電流有效值I，
為所采集的相電流；根據(jù)計(jì)算出的電流有效值，判斷是否過 載，若過載則限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0016] 判斷是否過載的步驟包括：
[0017] 對12-12額進(jìn)行零下限積分，并計(jì)算積分結(jié)果與發(fā)熱動作值的差值；同時(shí)計(jì)算I與I最 的差值；
[0018] 比較上述兩差值的大小，令較大的一個為過載啟動量;若過載啟動量不小于零，則 限制電機(jī)轉(zhuǎn)速;其中，發(fā)熱動作值為k(I2最-I2額)，k為設(shè)定系數(shù)，I額為電機(jī)的額定電流，I最為電 機(jī)的最大電流。
[0019]若過載啟動量大于零，則過載保護(hù)速度取目標(biāo)速度；
[0020] 若過載啟動量不小于零，則過載保護(hù)速度取校驗(yàn)速度與目標(biāo)速度的較小值；
[0021] 其中，所述過載保護(hù)速度是經(jīng)過載保護(hù)方法計(jì)算出的速度給定值;校驗(yàn)速度是經(jīng) 過過載保護(hù)速度的校驗(yàn)產(chǎn)生的。
[0022]所述校驗(yàn)的步驟包括：
[0023]若(Kp*PI_E)*V大于零，且限制值*V也大于零，則校驗(yàn)速度為限制值；
[0024] 若(Kp*PI_E)*V小于零，且（（Kp*PI_E)+V)*V也小于零，則校驗(yàn)速度為（（Kp*PI_E) +V)/2；
[0025]其中，V為過載保護(hù)速度，
[0026] 所述限制值為經(jīng)過限幅的(Kp*PI_E)+V，
[0027]PI_E為目標(biāo)電流與電流有效值I的差值，Kp為根據(jù)過載保護(hù)速度V動態(tài)調(diào)整的系 數(shù)，根據(jù)過載保護(hù)速度的大小確定；目標(biāo)電流為最大電流或額定電流。
[0028]所述Kp的動態(tài)調(diào)整方法為：過載保護(hù)速度400以內(nèi)時(shí)，Kp= 1;過載保護(hù)速度超過 400時(shí)，Kp=過載保護(hù)速度/100;過載保護(hù)速度超過600時(shí)，Kp=過載保護(hù)速度/60;過載保護(hù) 速度超過800時(shí)，Kp=過載保護(hù)速度/50;過載保護(hù)速度超過1000時(shí)，Kp=過載保護(hù)速度/40。
[0029]本發(fā)明還提供了一種交流異步電機(jī)，交流異步電機(jī)包括控制器，控制器根據(jù)采集 到的任兩相電流，
計(jì)算電流有效值I，Ia、Ib為所采集的兩相電 流。
[0030]本發(fā)明還提供了又一種交流異步電機(jī)，交流異步電機(jī)包括控制器，控制器根據(jù)過 載保護(hù)方法確定過載保護(hù)速度，所述過載保護(hù)速度是經(jīng)過過載保護(hù)方法確定的速度給定 值。
[0031]本發(fā)明的電流有效值計(jì)算方法利用兩相電流實(shí)時(shí)值直接計(jì)算出電流有效值，具備 實(shí)時(shí)有效電流的特性，能夠解決采集電機(jī)電流滯后的問題。
[0032]在將這種有效值計(jì)算方法應(yīng)用于過載保護(hù)，由于過載保護(hù)首先需要檢測電流有效 值才能進(jìn)行后續(xù)的判斷和處理，因此，迅速檢測出電流有效值有助于后續(xù)處理，避免因電流 采集的滯后性而使過載保護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例異步電機(jī)控制系統(tǒng)框圖；
[0034]圖2是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)方法的原理圖；
[0035]圖3是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)邏輯結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖4a、圖4b、圖4c是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0038]有效值計(jì)算方法實(shí)施例
[0039]交流異步電機(jī)電流有效值計(jì)算方法，利用兩相實(shí)時(shí)電流進(jìn)行計(jì)算，在使用時(shí)，只需 采集任兩相電流。比如a、b相，則電流有效值計(jì)算部分通過以下公式實(shí)現(xiàn)
[0041] 其中Ia、Ib為a、b相電流，I為電流有效值。也可以是采集b、c相或者a、c相電流。
[0042]該方法用于過載保護(hù)，但不限于此，也能夠用于交流異步電機(jī)的其他控制。
[0043]過載保護(hù)方法實(shí)施例
[0044] 如圖1所示，采集任兩相電流，計(jì)算電流有效值I， a、b相電流;根據(jù)計(jì)算出的電流有效值(根據(jù)電流有效值，但并不僅根據(jù)電流有效值，還包括 電機(jī)參數(shù)和其他檢測值），判斷是否過載，若過載則限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0045]由于過載保護(hù)首先需要檢測電流有效值才能進(jìn)行后續(xù)的判斷和處理，因此，迅速 檢測出電流有效值有助于后續(xù)處理，避免因電流采集的滯后性而使過載保護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致電 機(jī)燒毀。
[0046] 判斷過載時(shí)，可以僅依靠有效值大小判斷或者依照現(xiàn)有技術(shù)中的其他方法。對于 判斷過載時(shí)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，可以直接給定一個較小的給定轉(zhuǎn)速，或者通過現(xiàn)有技術(shù)中 的特定算法計(jì)算出一個給定轉(zhuǎn)速。
[0047]如圖2、3、4給出了一種優(yōu)選的方式，判斷過載的方式和對電機(jī)轉(zhuǎn)速限制的方式，都 采用了優(yōu)化的、不同于現(xiàn)有技術(shù)的方式:在判斷過載時(shí)（即過載啟動條件），體現(xiàn)了熱積累效 應(yīng)，而且不需要借助現(xiàn)有方法中的難以獲取的電機(jī)參數(shù)(除電流有效值以外的參數(shù)）；在對 電機(jī)轉(zhuǎn)速限制時(shí)，計(jì)算出校驗(yàn)速度。
[0048] 如圖2，根據(jù)過載啟動條件，若符合過載啟動條件，則過載保護(hù)速度取校驗(yàn)速度，若 不符合過載啟動條件，則過載保護(hù)速度取目標(biāo)速度。其中，目標(biāo)速度是上位控制系統(tǒng)或電機(jī) 控制器提供的給定速度，過載保護(hù)速度是經(jīng)過過載保護(hù)方法確定的速度給定值，如圖1所 不。
[0049]下面結(jié)合圖3、圖4(截取為圖4a、圖4b、圖4c)進(jìn)行具體說明。
[0050]如圖3所示的過載保護(hù)方法，包括電流有效值計(jì)算部分、目標(biāo)電流選擇部分1、校驗(yàn) 速度計(jì)算部分2、過載保護(hù)啟動部分3共四部分。其中，過載保護(hù)啟動部分對應(yīng)圖2中的過載 啟動條件模塊，目標(biāo)電流選擇部分、校驗(yàn)速度計(jì)算部分對應(yīng)圖2中的校驗(yàn)速度模塊。
[0051]還需要輸入的參數(shù)包括電流額定值、電流最大值和目標(biāo)速度。
[0052]目標(biāo)電流選擇部分1包括1通過差值計(jì)算器11、零比較器12、觸發(fā)計(jì)時(shí)器13和14、與 邏輯15、真值選擇器16、差值計(jì)算器17。
[0053]電流有效值和最大電流輸入差值計(jì)算器11。差值比較器11的輸出輸入零比較器 12。零比較器12輸出一方面輸入觸發(fā)計(jì)時(shí)器13和14,另一方面和觸發(fā)計(jì)時(shí)器13和14的輸出 一起輸入與邏輯15。與邏輯15的輸出作為判據(jù)輸入真值選擇器16,真值選擇器16輸出目標(biāo) 電流，當(dāng)判據(jù)為真時(shí)真值選擇器16輸出最大電流作為目標(biāo)電流，當(dāng)為假時(shí)額定電流作為目 標(biāo)電流。
[0054]目標(biāo)電流和電流有效值輸入差值計(jì)算器17計(jì)算出電流差值PI_E，S卩PI_ES目標(biāo)電 流-電流有效值。
[0055] 述校驗(yàn)速度計(jì)算部分2包括增益21、23、25、27和215,速度選擇器22、24、26和28,乘 法器29、210和214,加法器211，加速度限制器212,正值選擇器213和216。
[0056] 速度選擇器22、24、26和28，增益21、23、25和27根據(jù)過載保護(hù)速度V動態(tài)調(diào)節(jié)KpIp 和電流差值PI_E通過乘法器29確定速度修正量Kp*PI_E，然后和過載保護(hù)速度V-起輸入乘 法器210,得到速度修正判據(jù)(Kp*PI_E)*V。
[0057]Kp為根據(jù)過載保護(hù)速度V動態(tài)調(diào)整的系數(shù)，根據(jù)過載保護(hù)速度的大小確定；圖3中 有具體說明。除了圖3中給出的具體數(shù)值關(guān)系，Κρ也可以采用另外的具體數(shù)值關(guān)系，這種Κρ 確定方式是采用分段函數(shù)確定的，也可以采用線性函數(shù)關(guān)系確定 [0058]速度修正量和過載保護(hù)速V-起通過加法器211構(gòu)成待檢速度(Kp*PI_E)+V。
[0059] 速度修正判據(jù)(Kp*PI_E)*V輸入正值選擇器213,當(dāng)速度修正判據(jù)為正值時(shí)待檢速 度通過加速度限制器212對211輸出的待檢速度(Kp*PI_E)+V進(jìn)行限制，為零或負(fù)值時(shí)直接 輸出待檢速度(Kp*PI_E)+V。
[0060] 正值選擇器213的輸出結(jié)果和過載保護(hù)速度V通過乘法器214檢測速度是否出現(xiàn)了 反向，正值選擇器216確定速度沒有反向時(shí)校驗(yàn)速度取正值選擇器213的輸出結(jié)果，反向時(shí) 取待檢速度(Kp*PI_E)+V的一半。
[0061] 即若速度修正判據(jù)(Kp*PI_E)*V大于零，且限制值*V也大于零，則校驗(yàn)速度為限制 值;所述限制值為經(jīng)過限幅的（Kp*PI_E)+V。若(Kp*PI_E)*V小于零，且（（Kp*PI_E)+V)*V也 小于零，則校驗(yàn)速度為（(Kp*PI_E)+V)/2;