电动机双速起动的保护控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种电动机双速起动的保护控制系统。


背景技术：

2.电动机可用于航天、汽车、电力以及化工等多领域，各领域中的诸多设备多采用电机控制，若采用普通电机直接启动，启动过程产生的额定电流较大，极易对输配电线路产生严重干扰，为了降低电流对输配电线路产生干扰，采用双速电动机控制设备的启动，双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速，以降低电流，防止输配电线路产生干扰。
3.然而现有的双速电机在对设备控制的过程中，由时间内置互感器kt完成从低速起动，自动地转为高速运行的过程，只允许低速起动和高速运行，而无法低速运行，也无法高速起动，工作条件受限制，不能根据实际情况对电机的转速做出合适的调整，影响设备的使用。
4.并且电机对设备制动时，由于电机直流电只通入到一相绕组中，另外根据公式：n1＝60f/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降到原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的，但这种调速方法是有级的，不能平滑调速，形成的制动磁场易导致电机震动、发出较大的噪音，影响工作人员的操作。


技术实现要素：

5.本发明提供一种电动机双速起动的保护控制系统，以实现电动机保护控制器的平滑调速、降低噪音。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.一种电动机双速起动的保护控制装置，包括：主电路、驱动电路、采样电路、显示模块以及用以控制前述电路和模块的保护控制装置，所述保护控制装置包括控制器；
8.所述主电路上对应的连接主断路器qf、保护控制装置、接触器后接入电动机，电动机上形成两组接线端，其中一组接线端与主电路连接，另一组接线端处对应地连接有两组接触器kma和接触器kmb；
9.所述驱动电路包括继电器、开关量输入电路di和开关量输出电路do，所述开关量输入电路di的子电路di3和子电路di5中对应地连接有启动按钮sb3和启动按钮sb4，以对应地向所述控制器发出电动机以速度a或速度b的启动信号；
10.所述采样电路包括从所述主电路采样模拟量信息的内置互感器、漏电互感器、电压采样电阻或接触器，以对应的向所述控制器发送采样数字信号；
11.所述控制器包括：
12.保护分析模块，对采样电流或电压数字信号进行保护分析并输出保护信息；
13.启动控制模块，根据所述驱动电路的开关量输入电路di发来的启动信号，进入开
关量输出电路do处理，并对应地控制开关量输出电路do上对应的继电器工作，以对应地控制接触器kma或接触器kmb；
14.脱扣控制模块，使得对最先达到脱扣条件的保护信息发出命令。
15.作为进一步改进，所述保护分析模块对采样数字信号进行热过载保护分析并输出保护信息，具体步骤包括：
16.a.获取实际电流i；
17.b.按照下式输出延时保护信息：
[0018][0019]
其中：n＝i/ir1，k为曲线速率，t为实际动作时间；i为实际电流，i
r1
为电机额定电流；
[0020]
c.按照i2t计算电机的实际热容量；
[0021]
d.根据时间常数和电机额定电流按照i
r12
t计算电机的定值热容量；
[0022]
e.对电动机的热容以百分数计,实际热容量/定值热容量
×
100％，最大值为100％。
[0023]
作为进一步改进，所述a步骤中，获取的为a或b任一速度的实际电流i；
[0024]
所述e步骤中，获取a或b任一速度的在一段时间t的热容量百分比，并通过所述控制器进行如下判断：当所述热容量百分比均大于或等于100％时，保护控制系统报警。
[0025]
作为进一步改进，所述e步骤中，当所述热容量百分比均小于100％时，电动机正常运行。
[0026]
作为进一步改进，所述e步骤中，当一段时间内连续的所述热容量百分比大于预设值90％、且小于100％时，则调低校正系数γ，用该系数重新计算热容量为i2tγ，使得实际热容量降低，以对应地保护电动机以b或a速度的运行。
[0027]
作为进一步改进，所述保护分析模块对采样数字信号进行电动机冷却分析并输出保护信息，当电动机从运行进入停车时或运行中电动机运行电流下降时,控制器根据电机的冷却特性控制电机的冷却:
[0028]
cc＝c
ch
×
e-t/t
[0029]
其中：cc为当前热容，
[0030]cch
为停车前电机热容或电机运行电流下降时刻的热容，若电动机因为过载故障过作，则此值为100％；
[0031]
t为设定的冷却时间/5，t为已经过去的冷却时间。
[0032]
作为进一步改进，通过显示模块或者主机操作界面中在数据清除菜单中清除或者通过上位机清除，以实现对电动机热容清除。
[0033]
作为进一步改进，电动机控制过程包括如下步骤：
[0034]
s1、初始化所述控制器，通过初始化所述控制器，并建立与外部终端的信息连接，获得系统设定预值所形成的初始信息；
[0035]
s2、控制器根据所述系统设定的预值，建立与所述采样电路的连接，获取所述采样电路的模拟量信息，并转换为数字量信息；
[0036]
s3、检测所述数字量信息是否满足所述系统设定预值，并对应地将数字量信息在保护分析模块或启动控制模块分析处理。
[0037]
作为进一步改进，所述s3中检测的数字量信息若不满足系统设定预值；则根据对检测的初始信息分析处理后发出启动信号至开关量输入电路di和开关量输出电路do处理，以控制开关量输出电路do上对应的继电器工作，使得输出端对应的接触器kma或kmb动作，当启动a，起动控制主电路接触器的kma吸合，电机以对应地速度a启动，当启动b，起动主电路接触器的kmb吸合,电机以对应地速度b启动。
[0038]
作为进一步改进，所述s3中检测的数字量信息若满足所述系统设定预值；则对检测的初始信息的分析处理后发出保护信号至开关量输入电路di，开关量输入电路di的断路器qf断开，报警并输出停止信息至跳闸出口，同时生成故障异常信息，并发送保护信号及故障异常信息至显示模块。
[0039]
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明电动机双速起动的保护控制系统可实现电机的平滑变极调速，运行可靠，既可适用于恒转矩调速，也可适用于恒功率调速。不易导致电机震动、噪音低，便于工作人员操作，该保护控制系统可对电机转动过程出现的热过载进行保护。
附图说明
[0040]
图1为本发明电动机双速起动的保护控制系统的电路原理图；
[0041]
图2为本发明电动机双速起动的保护控制系统的控制方法流程图；
[0042]
图3为本发明电动机双速起动的保护控制系统的显示模块示意图；
[0043]
图4为本发明电动机双速起动的保护控制系统对电动机形成热过载保护的热过载动作特性时间表；
[0044]
图5为本发明电动机双速起动的保护控制系统对电动机形成热过载保护的特性曲线图；
[0045]
图6为本发明电动机双速起动的保护控制系统中保护分析模块逻辑流程图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式进行详细说明。
[0047]
请参阅图1所示，在一些实施例中，电动机双速起动的保护控制系统，包括主电路、驱动电路、采样电路以及用以控制前述电路和模块的控制装置，主电路接线并对应的连接主断路器qf、保护控制装置、接触器和开关k3后接入电机，电机上形成两组接线端，其中一组接线端与主电路的开关k3连接，另一组接线端处对应地并联有两组接触器kma和kmb；驱动电路包括继电器、开关量输入电路di和开关量输出电路do，主电路上连接有内置互感器，内置互感器的每一接线端对应地与控制电路连接；保护控制装置包括控制器，控制器包括：保护分析模块，以对采样电路进行分析检测，对采样电流或电压数字信号进行保护分析并输出保护信息；启动控制模块，根据所述驱动电路的开关量输入电路di发来的启动信号，进入开关量输出电路do处理，并对应地控制开关量输出电路do上对应的继电器工作，以对应地控制接触器kma或接触器kmb；脱扣控制模块，使得对最先达到脱扣条件的保护信息发出命令。
[0048]
主电路包括三相火线a、b、c和零线n，以形成三相交流电，三相火线a、b、c上分别引出接线并对应的连接主断路器qf和开关k3后接入电机，电机的其中一组接线端对应地连接三相火线a、b、c上的开关k3，三相火线a、b、c上对应地设有内置互感器，三相火线a、b、c上对应地连接有内置互感器的主电路与微电路的连接处之间形成一采样电路，具体地址，内置互感器的上接线端与微电路的连接处对应地形成a相电流ia、b相电流ib、c相电流ic，内置互感器的下接线端与微电路的连接处形成额定电流in，内置互感器的下端与微电路的连接处对应地形成有a相电压ua、b相电压ub、c相电压uc，a相电流ia、b相电流ib、c相电流ic、额定电流in、a相电压ua、b相电压ub、c相电压uc对应地与控制电路连接，
[0049]
采样电路包括从主电路采样模拟量信息的内置互感器、漏电互感器、电压电阻或接触器，以对应的向控制器发送采样数字信号，并通过控制器对应地模块处理。具体为：保护分析模块，对采样电流或电压数字信号进行保护分析并输出保护信息。启动控制模块，驱动电路的开关量输入电路di发来的启动信号，进入开关量输出电路do处理，并对应地控制开关量输出电路do上对应的继电器工作，以对应地控制接触器kma或接触器kmb实现电机按照速度a或速度b启动。
[0050]
所述开关量输入电路di的子电路di3和子电路di5中对应地连接有启动按钮sb3和启动按钮sb4，以对应地实现电动机以速度a或速度b启动，开关量输出电路do对应地子电路do12中连接有急停控制按钮sb1，以手动控制停止。数字输入电路di的子电路的di1连接有断路器qf，用于感应故障信号的输入。
[0051]
请结合参阅图4至图6所示，当电机在过负载故障运行时，保护分析模块，根据电动机的发热特性,对采样数字信号进行热过载保护分析并输出保护信息，对电动机双速起动形成热过载保护，具体步骤包括：
[0052]
a.获取实际电流i；
[0053]
b.按照下式输出延时保护信息：
[0054][0055]
其中：n＝i/ir1，k为曲线速率，t为实际动作时间；i为实际电流，ir1为电机额定电流；
[0056]
c.按照i2t计算电机的实际热容量；
[0057]
d.根据时间常数和电机额定电流按照i
r12
t计算电机的定值热容量；
[0058]
e.对电动机的热容以百分数计,实际热容量/定值热容量
×
100％，最大值为100％。
[0059]
a步骤中，获取的为a速度的实际电流ia，e步骤中，获取a速度的在一段时间t的的热容量百分比，并通过控制器的保护分析模块进行如下判断：当热容量百分比均大于或等于100％时，保护控制系统报警；
[0060]
当热容量百分比均小于100％时，电动机正常运行；
[0061]
当热容量百分比大于预设值90％、且小于100％时，则调低校正系数γ，譬如该段时间内的连续热容量百分比为98％、96％、97％
……
，则将原校正系数γ调低至0.9，用该系数重新计算热容量为i2tγ，使得实际热容量降低，以对应地保护电动机以b速度的运行。
[0062]
也或，获取的为b速度的实际电流ib，e步骤中，获取b速度在一段时间t的热容量百分比，并通过控制器的保护分析模块进行如下判断：当热容量百分比均大于或等于100％时，保护控制系统报警；
[0063]
当热容量百分比均小于100％时，电动机正常运行；
[0064]
当热容量百分比大于预设值90％、且小于100％时，譬如该段时间内的连续热容量百分比为95％、99％、96％
……
，则调低校正系数γ，用该系数重新计算热容量为i2tγ，使得实际热容量降低，以对应地保护电动机以a速度的运行。
[0065]
如果a速或b速使用较少，a速或b速由于i2tγ降低了，报警的阈值也就低了，不会对b速或a速有影响；如果a速或b速使用比较多，a速或b速也会基于累计数据，对应地影响b速或a速的i2tγ，即处理器会收集使用较多的其中一种速度的热容量百分比数据，来影响另一速度的热容量，并且可在一段时间后，通过显示模块或者主机操作界面中在数据清除菜单中清除、或通过上位机清除，清空历史数据。
[0066]
保护控制器以对电动机形成稳态热容，
[0067][0068]
其中：cc为热容量，
[0069]
i为电动机实际运行电流，
[0070]ir1
为电动机额定电流，
[0071]kt
为电动机冷热态曲线比例,其选择的范围为20％～100％；
[0072][0073]
当电机从运行进入停车时或运行中电机运行电流下降时,控制器根据电机的冷却特性控制电动机的冷却:
[0074]
cc＝c
ch
×
e-t/t
[0075]
其中：cc为当前热容，
[0076]cch
为停车前电机热容或电机运行电流下降时刻的热容，若电动机因为过载故障过作，则此值为100％；t为设定的冷却时间/5，t为已经过去的冷却时间。譬如：电机因过载故障过作，设定冷却时间为30分钟，则热容冷却到15％的时间为：
[0077]
15＝100
×
e-t/(30/5)
,则:t＝-ln(15/100)
×
6＝11.38分钟。
[0078]
请结合参阅图3，控制电路处连接有显示模块10，显示模块10连接保护控制器，显示模块10通过db9通信连接线与控制电路连接，显示模块10上设有对应的按键以及显示屏11，以通过启动对应按键使得显示屏出现对应的信息，譬如：显示模块的显示屏可对应地显示电机运行的实时数据、运行状态以及设备参数信息，本实施例中，显示屏采用122*32点阵液晶屏。显示模块10实现电机操作控制和显示功能以及实现参数设定功能。系统运行时，运行按键1秒闪烁一次，表示保护装置工作正常；停车/启动时，停车/启动按键闪烁；故障/告警时，故障/告警按键闪烁，发生故障动作后恒亮；复位时，故障停车后按此按键清除故障指示，退出故障状态。为防止误操作，上述按键双击有效，双击时间间隔小于0.5秒。电动机热容通过显示模块或者主机操作界面中在数据清除菜单中清除、或通过上位机清除。
[0079]
请结合参阅图2，工作时，初始化保护控制系统的控制器，通过处理模块建立与外
部终端的信息连接，获得系统设定预值所形成的初始信息，建立与采样电路的连接，获取采样电路的模拟量信息，并转换为数字量信息，控制器检测数字量信息是否满足初始信息：若不满足初始信息，则根据检测的初始信息发出信号至开关量输入电路di处理和开关量输出电路do处理，以控制开关量输出电路do上对应的继电器工作，使得输出端对应的接触器kma或kmb动作，当启动a，起动控制主电路接触器的kma吸合，kma线圈回路通电并自锁，kma主触点闭合，kma常闭触点断开实现与kmb的联锁，kmb线圈均不得电，电机以对应地速度a启动，当启动b，起动主电路接触器的kmb吸合,kmb线圈回路通电并自锁，kmb主触点闭合，kmb常闭触点断开实现与kma的联锁，kma线圈均不得电,电机以对应地速度b启动，并发送数字量信息至外部终端的显示模块，实现电机的平滑变级调速功能；若满足所述初始信息，开关量输入电路di的子电路中的di1连接的断路器qf感应故障信号的输入，子电路中的di1连接的断路器qf断开，报警并输出停止信息至跳闸出口，同时生成故障异常信息，并发送对应数字量信息及故障异常信息至保护控制器并对应至显示模块。
[0080]
综上所述，本发明电动机双速起动的保护控制系统可实现电机的平滑变极调速，运行可靠，既可适用于恒转矩调速，也可适用于恒功率调速，不易导致电机震动、噪音低，便于工作人员操作；且该保护控制系统可对电机转动过程的出现的热过载进行保护。
[0081]
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。