用于异步电机热过载保护的控制方法与流程

1.本公开涉及一种用于异步电机热过载保护的控制方法。

背景技术：

2.传统的电机热过载保护没有提供单独的转子热模型。或者，一些电机热过载保护虽然提供了转子热模型，但仅考虑了电机启动期间的转子热模型，且没有考虑转子与电机的其他部件进行热交换。也就是说，当前的转子热模型将转子认为是绝热的。
3.没有精确的转子热水平计算，转子热过载保护就不精确。希望的是提出一种新的更精确的转子热模型以便对异步电机进行更良好的热过载保护。

技术实现要素：

4.针对上文提到的问题和需求，本公开提出了一种新型的用于异步电机热过载保护的控制方法，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。
5.一方面，本公开提出一种用于异步电机热过载保护的控制方法，其中，所述异步电机包括转子和定子，所述方法包括：确定所述异步电机的当前状态；基于异步电机处于启动状态，根据第一公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于运行状态，根据不同于第一公式的第二公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于停机状态，根据不同于第一公式且不同于第二公式的第三公式，确定所述转子的热水平；将转子的热水平与第一预定阈值和大于所述第一预定阈值的第二预定阈值进行比较，若转子的热水平大于第一预定阈值且小于第二预定阈值，则发出过热警报；若转子的热水平大于第二预定阈值，则将所述异步电机停机。
6.根据优选方案，在所述第一公式中，基于第一转子发热热量项确定转子的热水平；在所述第二公式中，基于第二转子发热热量项和定子热平衡热量项确定转子的热水平；在所述第三公式中，基于定子热平衡热量项确定转子的热水平。
7.根据优选方案，第一公式为：
8.h
rotor
(t)＝h
r1
(t)+h
rotor
(t-δt)
9.第二公式为：
[0010][0011]
第三公式为：
[0012][0013]
其中，h
rotor
(t)和h
rotor
(t-δt)分别是在t时刻和(t-δt)时刻的转子的热水平；h
r1
(t)为第一转子发热热量项；h
r2
(t)为第二转子发热热量项；hs(t)为定子热平衡热量项；δt为热计算的时间间隔，τ
rotor
是电机运行状态下的转子加热时间常数。
[0014]
根据优选方案，转子加热时间常数τ
rotor
基于如下公式算得：
[0015]
τ
rotor
＝r
thermal
·cthermal
[0016]
其中r
thermal
是转子的等效热电阻，c
thermal
是转子的等效热电容。
[0017]
根据优选方案，第一转子发热热量项和第二转子发热热量项均基于转子的等效热电流确定。
[0018]
根据优选方案，第一转子发热热量项基于如下公式获得：
[0019][0020]
其中，i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流；i
lr
是转子堵转状态的定子电流；rn是额定速度状态下的转子电阻；r
lr
是转子堵转状态下的转子电阻；t
cold
是冷态下所允许的转子堵转时间。
[0021]
根据优选方案，其中，第二转子发热热量项基于如下公式获得：
[0022][0023]
其中，i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流；i
lr
是转子堵转状态下的定子电流；rn是额定速度状态下的转子电阻；r
lr
是转子堵转状态下的转子电阻。
[0024]
根据优选方案，第二公式、第三公式的定子热平衡热量项基于如下公式确定：
[0025][0026]
其中，α是电机稳定在额定运行温度时的转子热水平；k是电机过载系数；h
stator
(t)为在t时刻的定子热水平。
[0027]
根据优选方案，转子的等效热电流i
eq.rotor
(t)基于如下公式确定：
[0028][0029]
其中，r
pos
(t)在t时刻的正序转子电阻；r
neg
(t)是在t时刻的负序转子电阻；i1(t)是在t时刻的定子中的正序电流；i2(t)是在t时刻的定子中的负序电流。
[0030]
根据优选方案，正序转子电阻r
pos
(t)和负序转子电阻r
neg
(t)基于如下公式获得：
[0031][0032]
其中，s(t)是在t时刻的异步电机的实时转差率。
[0033]
下文中将结合附图对实施本公开的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本公开的特征和优点。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下文中将对本公开实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本公开的一些实施例，而非将本公开的全部实施例限制于此。
[0035]
图1是本公开所提出的用于异步电机热过载保护的控制方法的流程框图。
具体实施方式
[0036]
为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例来对本公开的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0037]
与附图所展示或文字所描述的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的步骤、不同的步骤、不同顺序的步骤等。此外，下文描述的两个或更多个步骤可以在单个步骤中实现，或者所示或所述的单个步骤可以实现为多个分开的步骤。
[0038]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0039]
参见图1，其展示了本公开所提出的电机热过载保护控制方法的主要步骤的基本流程框图。本方法特别适用于包括转子和定子的异步电机。
[0040]
本公开所提出的热过载保护控制方法，主要包括以下步骤。
[0041]
首先确定所述异步电机的当前状态。这里，将异步电机的当前状态分为启动状态、运行状态、停机状态三种。其中，本领域中，启动状态也可称为锁定转子状态。
[0042]
在确定了异步电机的当前状态之后，则根据不同的状态，选取不同的热模型(不同的公式)进行转子的热水平的确定。
[0043]
具体地，基于确定了异步电机处于启动状态，则根据第一公式，确定所述转子的热水平。基于异步电机处于运行状态，则根据不同于第一公式的第二公式，确定所述转子的热水平。基于异步电机处于停机状态，根据不同于第一公式且不同于第二公式的第三公式，确定所述转子的热水平。
[0044]
在确定了所述转子的热水平之后，将转子的热水平与预定阈值进行比较，以判断是否过热，以及是否需要处理。具体地，将转子的热水平与第一预定阈值和大于所述第一预定阈值的第二预定阈值进行比较，若转子的热水平大于第一预定阈值且小于第二预定阈值，则发出过热警报。若转子的热水平大于第二预定阈值，则将所述异步电机停机。若热水平小于第一预定阈值，则说明电机正常运行，不需要进行过热警报或停机等操作控制。
[0045]
可以看出，本方法对电机运行的各个阶段均进行了热量监控，使得电机得到了全程保护，提高了安全性。
[0046]
优选地，在所述第一公式中，基于转子发热热量项来确定转子的热水平。其中下文中第一公式中的转子发热热量项称为第一转子发热热量项，以便于第二公式中的转子发热热量项(称为第二转子发热热量项)区分开。具体地，第一公式可以具体如下。
[0047]hrotor
(t)＝h
r1
(t)+h
rotor
(t-δt)
[0048]
其中，h
rotor
(t)和h
rotor
(t-δt)分别是在t时刻和(t-δt)时刻的转子的热水平；h
r1
(t)为第一转子发热热量项。
[0049]
优选地，在所述第二公式中，基于第二转子发热热量项和定子热平衡热量项确定转子的热水平，具体地，第二公式如下。
[0050][0051]
其中，h
r2
(t)为第二转子发热热量项，hs(t)为定子热平衡热量项。
[0052]
优选地，在所述第三公式中，基于定子热平衡热量项确定转子的热水平。具体地，第三公式如下。
[0053][0054]
其中，τ
rotor
是电机运行状态下的转子加热时间常数。该转子加热时间常数可以基于电机型号获得。更优选地，该转子加热时间常数基于如下公式算得：τ
rotor
＝r
thermal
·cthermal
，其中r
thermal
是转子的等效热电阻，c
thermal
是转子的等效热电容。其中，等效热电容可基于额定速度状态下的转子电阻rn和是转子堵转状态下的转子电阻r
lr
来计算，即：
[0055][0056]
转子的等效热电阻r
thermal
可基于堵转的转子电流i
lr
、冷态下所允许的转子堵转时间t
cold
、以及热态下所允许的转子堵转时间t
hot
计算，即：
[0057]rthermal
＝i
lr2
·
(t
cold-t
hot
)
[0058]
可以看出，本方法不同阶段对电机采用了不同的转子热模型，对启动状态基于第一转子发热热量项确定转子的热水平，对运行状态基于第二转子发热热量项和定子热平衡热量项确定转子的热水平，对停机状态基于定子热平衡热量项确定转子的热水平，使得每个阶段均具有更精确的热模型保护。
[0059]
特别地，本公开将定子热平衡热量项纳入了模型中，使得建立的热模型以及实现的热过载保护控制方法更精确，极大降低了意外跳闸和过热损坏的风险。
[0060]
根据本公开，第一公式和第二公式中的第一转子发热热量项和第二转子发热热量项均基于转子的等效热电流确定。
[0061]
具体地，第一转子发热热量项可基于如下公式获得。
[0062][0063]
其中，i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流，i
lr
是转子堵转状态下的定子电流，rn是额定速度状态下的转子电阻，r
lr
是转子堵转状态下的转子电阻，t
cold
是冷态下所允许的转子堵转时间。
[0064]
具体地，第二转子发热热量项可基于如下公式获得。
[0065][0066]
其中，i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流，i
lr
是转子堵转状态下的定子电流，rn是额定速度状态下的转子电阻，r
lr
是转子堵转状态下的转子电阻。
[0067]
对于第二公式、第三公式的定子热平衡热量项，其优选基于如下公式确定。
[0068][0069]
其中，α是电机稳定在额定运行温度时的转子热水平，k是电机过载系数，h
stator
(t)为在t时刻的定子热水平。
[0070]
将上述的第一、第二转子发热热量项以及定子热平衡热量项带入第一、第二、第三公式，则得到更具体的公式如下。
[0071]
第一公式为：
[0072][0073]
第二公式为：
[0074][0075]
第三公式为：
[0076][0077]
根据本公开的优选方案，在以上的算法中，转子的等效热电流i
eq.rotor
(t)基于如下公式确定：
[0078][0079]
其中，r
pos
(t)在t时刻的正序转子电阻，r
neg
(t)是在t时刻的负序转子电阻，i1(t)是在t时刻的定子中的正序电流，i2(t)是在t时刻的定子中的负序电流。
[0080]
根据本公开的进一步优选方案，正序转子电阻r
pos
(t)和负序转子电阻r
neg
(t)基于如下公式获得：
[0081][0082]
其中，s(t)是在t时刻的异步电机的实时转差率。当可以测量到电机速度时，转差s(t)可以基于如下公式估算。
[0083][0084]
其中，ω(t)是t时刻的电机速度，ωs是同步速度，例如，对于50hz系统可为3000/n，对于60hz系统可以为3600/n，其中n＝1,2,
…
。
[0085]
以上描述了本公开所提出的用于异步电机热过载保护的控制方法。该方法对电机运行的各个阶段建立了针对性的转子热模型，从而对电极运行全程均进行了热量监控，且使得每个阶段均具有更精确的热模型保护。
[0086]
上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

技术特征：

1.一种用于异步电机热过载保护的控制方法，其中，所述异步电机包括转子和定子，所述方法包括：确定所述异步电机的当前状态；基于异步电机处于启动状态，根据第一公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于运行状态，根据不同于第一公式的第二公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于停机状态，根据不同于第一公式且不同于第二公式的第三公式，确定所述转子的热水平；将转子的热水平与第一预定阈值和大于所述第一预定阈值的第二预定阈值进行比较，若转子的热水平大于第一预定阈值且小于第二预定阈值，则发出过热警报；若转子的热水平大于第二预定阈值，则将所述异步电机停机。2.如权利要求1所述的控制方法，其中：在所述第一公式中，基于第一转子发热热量项确定转子的热水平；在所述第二公式中，基于第二转子发热热量项和定子热平衡热量项确定转子的热水平；在所述第三公式中，基于定子热平衡热量项确定转子的热水平。3.如权利要求2所述的控制方法，其中，第一公式为：h
rotor
(t)＝h
r1
(t)+h
rotor
(t-δt)第二公式为：第三公式为：其中：h
rotor
(t)和h
rotor
(t-δt)分别是在t时刻和(t-δt)时刻的转子的热水平；h
r1
(t)为第一转子发热热量项；h
r2
(t)为第二转子发热热量项；h
s
(t)为定子热平衡热量项；δt为热计算的时间间隔；τ
rotor
是电机运行状态下的转子加热时间常数。4.如权利要求3所述的控制方法，其中，转子加热时间常数τ
rotor
基于如下公式算得：τ
rotor
＝r
thermal
·
c
thermal
其中r
thermal
是转子的等效热电阻，c
thermal
是转子的等效热电容。5.如权利要求3所述的控制方法，其中，第一转子发热热量项和第二转子发热热量项均基于转子的等效热电流确定。6.如权利要求5所述的控制方法，其中，第一转子发热热量项基于如下公式获得：
其中：i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流；i
lr
是转子堵转状态的定子电流；r
n
是额定速度状态下的转子电阻；r
lr
是转子堵转状态的转子电阻；t
cold
是冷态下所允许的转子堵转时间。7.如权利要求5所述的控制方法，其中，第二转子发热热量项基于如下公式获得：其中：i
eq.rotor
(t)是在t时刻转子的等效热电流；i
lr
是转子堵转状态的定子电流；r
n
是额定速度状态下的转子电阻；r
lr
是转子堵转状态的转子电阻。8.如权利要求3所述的控制方法，其中，第二公式、第三公式的定子热平衡热量项基于如下公式确定：其中：α是电机稳定在额定运行温度时的转子热水平；k是电机过载系数；h
stator
(t)为在t时刻的定子热水平。9.如权利要求5所述的控制方法，其中，转子的等效热电流i
eq.rotor
(t)基于如下公式确定：其中：r
pos
(t)在t时刻的正序转子电阻；r
neg
(t)是在t时刻的负序转子电阻；i1(t)是在t时刻的定子中的正序电流；i2(t)是在t时刻的定子中的负序电流。10.如权利要求9所述的控制方法，其中，正序转子电阻r
pos
(t)和负序转子电阻r
neg
(t)基于如下公式获得：其中：
s(t)是在t时刻的异步电机的实时转差率。

技术总结

本公开涉及一种用于异步电机热过载保护的控制方法，其中，所述异步电机包括转子和定子，所述方法包括：确定所述异步电机的当前状态；基于异步电机处于启动状态，根据第一公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于运行状态，根据不同于第一公式的第二公式，确定所述转子的热水平；基于异步电机处于停机状态，根据不同于第一公式且不同于第二公式的第三公式，确定所述转子的热水平；将转子的热水平与第一预定阈值和大于所述第一预定阈值的第二预定阈值进行比较，若转子的热水平大于第一预定阈值且小于第二预定阈值，则发出过热警报；若转子的热水平大于第二预定阈值，则将所述异步电机停机。述异步电机停机。述异步电机停机。