專利名稱：基于熱積累的變頻器過載方法
技術領域：
本發明涉及變頻器的過載保護技術，特別是涉及一種基于熱積累的變頻器過載方法。
背景技術：
隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，變頻器已經廣泛地應用于交流電動機的無級調速。交流電機變頻調速是當今節約電能，改善生產工藝流程，提高產品質量，以及改善運行環境的一種主要手段。變頻調速以其高頻率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性能等諸多優點面被國內外認為是最有前途的調速方式，在鋼鐵、化工、紡織、機械電力、造紙等各個行業中被廣泛使用。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載設備造成損害，但是如果任由系統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械強度都將迅速降低，加速系統的老化，而且機械性能、電接觸性能的降低又會給其它類型的故障提供了可能性，給設備帶來很大的破壞。所以過載保護是變頻器的一項重要保護功能。但由于負載種類的千差萬別，負載變化方式多種多樣，過載保護算法很難得到有效的解決。目前，國產及日系變頻器的過載算法基本上都是根據熱量定義一條反時限曲線，過載倍數越大，過載時間越短。控制流程中，首先判斷電流是否滿足過載條件，然后按照過載時間進行計時處理，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學模型，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對反時限動作時間的影響，可能導致硬件已燒壞但過載故障沒有報出。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基于熱積累的變頻器過載方法，以克服上述現有技術存在的缺陷。本發明解決其技術問題采用以下的技術方案
本發明提供的基于熱積累的變頻器過載方法，其步驟包括
(1)根據硬件設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據；
(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所有電流基于功耗和溫升的熱積累；
(3)根據實際測試得到的過載能力的結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的熱積累值與修正過的過載閥值進行比較，超過則認為是過載；經過上述步驟，實現對變頻器過載的保護控制。本發明實現步驟(I)的方法可以是根據功率模塊特性以及結構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，結合CAE仿真和計算值，制定過載能力和熱平衡周期。本發明實現步驟(2)的方法可以是實時采樣電流有效值并對Is內數據做平均值濾波處理后存入數組，計算其I2t值，并計算當前熱平衡周期內累積的I2t值與過載閥值進行比較判斷；當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值始終是當前這個熱平衡周期內的最新值，保證過載 保護的實時性。本發明實現步驟(3)的方法可以是通過給變頻器加不同倍數的負載做過載實驗，得到一系列的變頻器實際過載能力的實驗數據，根據實驗結果對過載閥值做一定的修正計算，使得最后的程序執行結果真正滿足實際硬件條件。所述步驟(4)中，在過載的情況下，操作者根據用戶的設定，可以選擇不動作、報警或者報故障停機封鎖。本發明與現有技術相比具有以下的主要優點
其一.充分考慮具體硬件的發熱和散熱能力，適合任意負載電流，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系，不能正確反映非過載及臨界過載電流的熱效應對反時限動作時間的影響從而導致不能有效保護硬件的問題。其二.通過對硬件發熱散熱的計算以及對一個熱平衡周期內電流的熱效應的累積值計算，能準確反映具體變頻器的過載能力，解決了變頻器負載電流頻繁過載與非過載時傳統反時限過載算法無法有效保護硬件的問題，同時有效保護變頻器硬件不因過載而損壞。設計工作完成后，我們給各功率段變頻器加了不同倍數的負載做過載實驗，并且頻繁切換負載電流大小，因為設計中特意留出了一定余量，每次當功率模塊溫升達到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載電流，并且符合硬件實際發熱散熱情況，能準確反映變頻器的過載能力，并真正有效保護硬件不因過載而損壞。總之，本發明能準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的過載能力，同時有效保護變頻器硬件不因過載而損壞。


圖I是本發明典型的輕載過載運行周期。圖2是本發明典型的重載過載運行周期。圖3是本發明的程序流程圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。過載的基本特征是溫升超過額定溫升，過載保護的目的是使硬件不因過熱而燒壞。本發明的理論基礎為對輸出電流進行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)根據硬件設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據； (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所有電流基于功耗和溫升的熱積累； (3)根據實際測試得到的過載能力的結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的熱積累值與修正過的過載閥值進行比較，超過則認為是過載； 經過上述步驟，實現對變頻器過載的保護控制。
2.根據權利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現步驟(I)的方法是根據功率模塊特性以及結構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，結合CAE仿真和計算值，制定過載能力和熱平衡周期。
3.根據權利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現步驟(2)的方法是實時采樣電流有效值并對Is內數據做平均值濾波處理后存入數組，計算其I2t值，并計算當前熱平衡周期內累積的I2t值與過載閥值進行比較判斷；當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值始終是當前這個熱平衡周期內的最新值，保證過載保護的實時性。
4.根據權利要求I所述的基于熱積累的變頻器過載方法，其特征是實現步驟(3)的方法是通過給變頻器加不同倍數的負載做過載實驗，得到一系列的變頻器實際過載能力的實驗數據，根據實驗結果對過載閥值做一定的修正計算，使得最后的程序執行結果真正滿足實際硬件條件。
5.根據權利要求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，操作者根據用戶的設定選擇不動作，報警或者報故障停機封鎖。
全文摘要
本發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)根據硬件設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據；(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所有電流基于功耗和溫升的熱積累；(3)根據實際測試得到的過載能力的結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的熱積累值與修正過的過載閥值進行比較，超過則認為是過載。經過上述步驟，實現對變頻器過載的保護控制。本發明通過對硬件發熱散熱的計算以及對一個熱平衡周期內電流的熱效應的累積值計算，能準確反映具體變頻器的過載能力，同時有效保護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 優先權日2012年9月17日
發明者張旭梅, 王濤, 康現偉, 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