為wei解jie決jue電dian機ji使shi用yong過guo程cheng中zhong發fa熱re和he燒shao壞huai的de問wen題ti，需xu要yao對dui電dian機ji電dian流liu進jin行xing檢jian測ce，以yi實shi現xian對dui電dian機ji限xian流liu保bao護hu。結jie合he工gong業ye企qi業ye生sheng產chan的de實shi際ji情qing況kuang
，在zai電dian機ji過guo流liu保bao護hu數shu學xue模mo型xing的de基ji礎chu上shang，提ti出chu了le適shi用yong於yuPLC的電機反時限過流保護方案


，給出了方案的軟硬件設計。本方案的電機保護性能，已經在實際生產申得到驗證。

　　

在工業企業生產中會用到大容量的電機，由於這些電機的長時間連續工作


，並且長期受企業生產環境中粉塵
、電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)等(deng)影(ying)響(xiang)，電(dian)機(ji)很(hen)容(rong)易(yi)發(fa)熱(re)。如(ru)果(guo)電(dian)機(ji)不(bu)超(chao)過(guo)限(xian)定(ding)發(fa)熱(re)量(liang)

，則(ze)可(ke)以(yi)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)
，如(ru)果(guo)發(fa)熱(re)量(liang)超(chao)過(guo)限(xian)定(ding)值(zhi)，且(qie)長(chang)時(shi)間(jian)持(chi)續(xu)運(yun)轉(zhuan)，電(dian)機(ji)溫(wen)度(du)就(jiu)會(hui)逐(zhu)漸(jian)升(sheng)高(gao)，導(dao)致(zhi)電(dian)機(ji)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)，甚(shen)至(zhi)會(hui)燒(shao)壞(huai)電(dian)機(ji)，因(yin)此(ci)對(dui)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)熱(re)保(bao)護(hu)就(jiu)顯(xian)得(de)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。電(dian)機(ji)發(fa)熱(re)的(de)原(yuan)因(yin)通(tong)常(chang)是(shi)電(dian)流(liu)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)值(zhi)引(yin)起(qi)的(de)


，啟(qi)動(dong)時(shi)的(de)瞬(shun)間(jian)電(dian)流(liu)過(guo)高(gao)是(shi)允(yun)許(xu)的(de)
，但(dan)持(chi)續(xu)的(de)過(guo)流(liu)必(bi)須(xu)在(zai)限(xian)定(ding)時(shi)間(jian)內(nei)降(jiang)下(xia)來(lai)，否(fou)則(ze)就(jiu)需(xu)要(yao)啟(qi)動(dong)斷(duan)電(dian)電(dian)路(lu)來(lai)保(bao)護(hu)電(dian)機(ji)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)電(dian)機(ji)熱(re)保(bao)護(hu)的(de)實(shi)質(zhi)是(shi)：判定電機的過流性質。

　　

　　

反時限過流保護可以理解為保護動作時間隨電機電流變化而變化。其關鍵點有兩個：一是電機電流超過額定電流規定時間保護將被啟動;二是電機電流越大保護動作時間越短。各國專家都在研究這種保護方式，最早采用常規雙金屬片熱繼電器，上世紀七、八十年代采用模擬電路設計的反時限過流保護電路，九十年代後采用功能強大的智能化儀器，現代企業是以PLC為核心的電機保護係統。常規雙金屬片熱繼電器的缺點是不可靠、不穩定，模擬電路設計的反時限過流保護電路是利用電容恒流充電設計的過流保護器
，缺點是電路設計繁雜、通用性較差、電子器件多，以單片機為核心的電機保護器采樣精度有了質的飛躍

，PLC為核心的電機保護係統采樣精度更進一步。

圖1 反時限過流保護曲線圖

 

　　

電機正常運行時電機發熱量和電機散熱量相等可達到熱平衡

，電機連續運行不會燒壞，保護電路不啟動。設Ie為該電機額定電流值，在時間段t內的額定電流發熱量為：

在(zai)電(dian)機(ji)過(guo)載(zai)運(yun)行(xing)時(shi)，電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)不(bu)是(shi)恒(heng)定(ding)的(de)，而(er)是(shi)不(bu)同(tong)時(shi)刻(ke)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)可(ke)能(neng)不(bu)同(tong)，過(guo)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)熱(re)效(xiao)應(ying)隨(sui)時(shi)間(jian)累(lei)積(ji)
，過(guo)載(zai)熱(re)量(liang)對(dui)時(shi)間(jian)積(ji)分(fen)。因(yin)此(ci)式(shi)(1)可以表示為：

式(3)隻適用於1.05≤n≤7時的熱效應變化情況。實際使用中還有兩種種情況
，一是當計算機隻能處理離散數據，而式(3)積分形式是連續曲線，因此，將式(3)進行離散化處理整理得：

式中啟動前熱量累加求和的次數為N.采樣時間間隔為△t
，取循環中斷OB38的時長100 ms.因△t很小
，假設采樣電流基本不變。當累積熱量小於C時，清除過載閉鎖，電機重新啟動。

　　

程序實現：根據行業標準
，考慮熱量積累快慢不同，散熱速度不同，結合實際及現場的通風散熱，經反複計算和測試
，調整數學模型中參數C，最終為提高電機的反時限過流保護精度，確定采用：

　　

本方案的主控製器選PLC，原因是其具有易擴展、故障率低、穩定性高

、可靠性強等優點。

　　

電機保護係統包括硬件和軟件兩部分。

　　

硬件主要包括主控計算機
、模數轉換模塊、控製接觸器和模擬信號提取等部分。主控計算機由主控製器PLC(西門子公司的可編程邏輯控製器PLC)、鍵盤
、鼠標
、顯xian示shi器qi構gou成cheng，控kong製zhi接jie觸chu器qi由you中zhong間jian繼ji電dian器qi和he主zhu接jie觸chu器qi構gou成cheng，模mo擬ni信xin號hao提ti取qu由you電dian流liu互hu感gan和he變bian送song器qi構gou成cheng，模mo數shu轉zhuan換huan模mo塊kuai由you外wai部bu擴kuo展zhan數shu字zi量liang輸shu出chu模mo塊kuaiDO
、數字量輸入模塊DI和模擬量輸入模塊AI等構成。硬件設計框圖如圖2所示。

軟件部分采用STEP7軟件的STL語言編程。

　　

設計思路：一是測當前的電流值；二是根據電流過載倍數分段
；三是計算出隨實時電流變化的保護時間(根據電流過載倍數)；四是按固定時間延時保護。

　　

設計缺點：這是一個時間的累積過程，隻能估計熱量的變化，不能反映電機熱量的實時變化(忽略了電流上升的升溫過程)，需經反複實驗得程序流程圖如圖3。

圖3 軟件流程圖

 

　　

電流恒定實驗：設為實際恒定電流值，當n=4.87倍時
，保護時間14 s。

可ke見jian，電dian流liu動dong態tai變bian化hua時shi的de保bao護hu時shi間jian小xiao於yu計ji算suan公gong式shi算suan出chu的de保bao護hu時shi間jian，電dian流liu波bo動dong時shi能neng較jiao好hao的de保bao護hu
，體ti現xian了le電dian機ji反fan時shi限xian過guo流liu保bao護hu程cheng序xu的de積ji分fen效xiao應ying。

　　

抗幹擾實驗：超2倍額定值時
，50 s不保護
，突然加以幹擾時，超額定電流6倍時
，電機停2 s後回到額定電流值正常工作
，按時間累加立即跳閘
，抗幹擾實驗成功。