本發(fā)明涉及一種電機堵轉(zhuǎn)保護控制方法。

背景技術(shù)：

驅(qū)動器拖動交流電機時常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。在沖床以及壓力機系統(tǒng)中，堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象尤為突出，并且在調(diào)整模具以及更換目標材質(zhì)的時候會頻繁發(fā)生。

電機堵轉(zhuǎn)情況通常發(fā)生在兩種狀態(tài)下，一種是電機啟動時；另外一種則是在電機運行過程中。在電機啟動時的堵轉(zhuǎn)具有零速或極低速的特點，電機如果啟動時就需要克服較高的轉(zhuǎn)矩和慣量，由于此時電機的過載能力相對較差，因此發(fā)熱較為嚴重。而在電機運行過程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況較為特殊，由于電機已經(jīng)具有一定的初速度，堵轉(zhuǎn)后因負載工況的不同電機的發(fā)熱情況也會各有差別。

出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)后，驅(qū)動器內(nèi)電流急劇增大并出現(xiàn)發(fā)熱，直至到達驅(qū)動器模塊物理承載上限。常見的解決辦法是：（1）將模塊增大，變相提高模塊容量，其缺陷在于浪費模塊資源；（2）設(shè)定電流上限值，到達之后驅(qū)動器為保護模塊而自動跳轉(zhuǎn)為保護模式，其缺陷在于：電機使用工況較為復(fù)雜，限定值難以確定，設(shè)置過高會浪費模塊資源，過低則驅(qū)動器模塊或者電機易受損，并且，常規(guī)的保護模式是直接讓電機斷電，但是這樣操作對于具有位能性負載以及其它機械勢能存在的情況下是相當危險的，而對于不具有機械勢能的工況，直接斷電也存在傷害系統(tǒng)附件的潛在隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種電機堵轉(zhuǎn)保護控制方法，其目的是：在不改變驅(qū)動器硬件配置的前提下，控制堵轉(zhuǎn)后的發(fā)熱。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

電機堵轉(zhuǎn)保護控制方法，在交直交變頻驅(qū)動器的主控程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊；

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊根據(jù)直流母線電壓的變化趨勢判定是否發(fā)生堵轉(zhuǎn)并判斷堵轉(zhuǎn)的類型；

發(fā)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)后，堵轉(zhuǎn)處理模塊通過階梯式降低電機電流的方式降低電機的發(fā)熱風險。

作為上述方法的進一步改進：實時監(jiān)測電機直流母線電壓值，并實時計算直流電壓相對于時間的一階導(dǎo)數(shù)d1和二階導(dǎo)數(shù)d2；

如果電機處于啟動階段、d1小于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值一、d2小于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值一，則判定為啟動堵轉(zhuǎn)；

如果電機的轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)的電機高低轉(zhuǎn)速分界值、d1小于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值二、d2小于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值二，則判定為低速堵轉(zhuǎn)；

如果電機的轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)的電機高低轉(zhuǎn)速分界值、d1大于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值三、d2大于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值三，則判定為高速堵轉(zhuǎn)；所述一階閾值三和二階閾值三的設(shè)定原則為：當時d1大于0、絕對值等于預(yù)設(shè)的一階閾值三且d2大于0、絕對值等于二階閾值三時，電機狀態(tài)仍未達到警報跳保護的狀態(tài)。

作為上述方法的進一步改進：當電機出現(xiàn)低速堵轉(zhuǎn)或高速堵轉(zhuǎn)時，堵轉(zhuǎn)處理模塊首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，再通過階梯式降低電機電流的方式降低電機發(fā)熱風險。

作為上述方法的進一步改進：如果電機被判定為啟動堵轉(zhuǎn)，首先限制電機輸入電流至額定電流的1.2倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍。

作為上述方法的進一步改進：如果電機被判定為低速堵轉(zhuǎn)，首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則限制電機輸入電流至額定電流的1.2倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍。

作為上述方法的進一步改進：如果電機被判定為高速堵轉(zhuǎn)，首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則限制電機輸入電流至額定電流的1倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍。

作為上述方法的進一步改進：限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍之后，進一步限制電機輸入電流至額定電流的0.15倍。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下積極效果：（1）本發(fā)明在不改變硬件配置的情況下，通過在主控制程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊實現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)的監(jiān)測和處理，對堵轉(zhuǎn)發(fā)熱實現(xiàn)了有效控制；（2）本發(fā)明通過監(jiān)測直流母線電壓并進行求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)的方式來判斷電機是否堵轉(zhuǎn)，相較于傳統(tǒng)的根據(jù)電機電流進行判斷，能夠更快地預(yù)先判斷出堵轉(zhuǎn)，從而在系統(tǒng)發(fā)出警報之前及時采取控制措施；（3）本發(fā)明提出了一種伴生的電機轉(zhuǎn)矩抑制控制方案，使電機在保護自身的前提條件下具有一定的控制手段，在電機驅(qū)動器跳轉(zhuǎn)為保護模式之前優(yōu)先判斷出堵轉(zhuǎn)狀態(tài)并進行階梯式限制電流，在控制電機發(fā)熱的同時，為系統(tǒng)的狀態(tài)指示提供了一定的反應(yīng)時間，為使用者提供了采取措施的時間窗口，避免了直接斷電對電機造成損壞；（4）本發(fā)明針對啟動階段、低速和高速狀態(tài)采取了不同的監(jiān)測方式和處理方法，具有判斷準確性高、適應(yīng)性好的優(yōu)點；（5）當電機在低速或高速狀態(tài)下發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，首先嘗試沖擊以排除堵轉(zhuǎn)障礙，為系統(tǒng)提供了一種在堵轉(zhuǎn)剛發(fā)生時立即嘗試解決堵轉(zhuǎn)的途徑，有效地減小了堵轉(zhuǎn)對系統(tǒng)正常運行的影響。

具體實施方式

下面詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案：

電機堵轉(zhuǎn)保護控制方法，在交直交變頻驅(qū)動器的主控程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊。

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊用于監(jiān)測是否發(fā)生堵轉(zhuǎn)并判斷堵轉(zhuǎn)的類型，實時監(jiān)測電機直流母線電壓值，并實時計算直流電壓相對于時間的一階導(dǎo)數(shù)d1和二階導(dǎo)數(shù)d2，步驟為：

（a-1）經(jīng)過研究意外發(fā)現(xiàn)，在電機啟動狀態(tài)時的電機堵轉(zhuǎn)狀態(tài)除了轉(zhuǎn)速變化小，電流急劇增加以外，還存在瞬時的直流母線電壓降低顯現(xiàn)。因為電機的輸入功率有限，盡管濾波電容的存在可以負擔由于驅(qū)動器的控制造成瞬時吸取大電流引起的電壓下降，但是母線電壓的降低情況以及趨勢與由整流引起的電壓波動是不同的，因此可以根據(jù)瞬時的直流母線電壓降低現(xiàn)象判斷堵轉(zhuǎn)情況。因此，如果電機處于啟動階段、d1小于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值一、d2小于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值一，則判定為啟動堵轉(zhuǎn)。

（b-1）當電機運行在相當?shù)退俚那闆r下出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，由于機械能在系統(tǒng)中的存儲相對較少，不足以形成對于系統(tǒng)的能量回饋，因此情形與啟動堵轉(zhuǎn)類似。因此，如果電機的轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)的電機高低轉(zhuǎn)速分界值、d1小于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值二、d2小于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值二，則判定為低速堵轉(zhuǎn)。

（c-1）當電機在高速運行時出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電壓的變化則完全不同，由于此時是機械能轉(zhuǎn)化為電能，而母線濾波電容的容量有限，并且常規(guī)ac-dc-ac模式的驅(qū)動器不具備能量回饋能力，因此也可以根據(jù)直流母線的變化來判斷堵轉(zhuǎn)情況的發(fā)生。即，如果電機的轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)的電機高低轉(zhuǎn)速分界值、d1大于0、d1絕對值大于預(yù)設(shè)的一階閾值三、d2大于0、同時d2絕對值大于預(yù)設(shè)的二階閾值三，則判定為高速堵轉(zhuǎn)；所述一階閾值三和二階閾值三的設(shè)定原則為：當時d1大于0、絕對值等于預(yù)設(shè)的一階閾值三且d2大于0、絕對值等于二階閾值三時，電機狀態(tài)仍未達到警報跳保護的狀態(tài)。

各閾值可根據(jù)實驗結(jié)果結(jié)合實際工況確定合理的取值。

發(fā)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)后，堵轉(zhuǎn)處理模塊通過階梯式降低電機電流的方式降低電機的發(fā)熱風險。處理時，當電機出現(xiàn)低速堵轉(zhuǎn)或高速堵轉(zhuǎn)時，堵轉(zhuǎn)處理模塊首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，再通過階梯式降低電機電流的方式降低電機發(fā)熱風險。具體方法為：

（a-2）如果電機被判定為啟動堵轉(zhuǎn)，首先限制電機輸入電流至額定電流的1.2倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍，如果還需要持續(xù)，限制電機輸入電流至額定電流的0.15倍。

（b-2）如果電機被判定為低速堵轉(zhuǎn)，首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則限制電機輸入電流至額定電流的1.2倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍，如果還需要持續(xù)，限制電機輸入電流至額定電流的0.15倍。

（c-2）如果電機被判定為高速堵轉(zhuǎn)，首先提高電機的輸入電流進行沖擊，如果沖擊后電機仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則限制電機輸入電流至額定電流的1倍，持續(xù)3秒后，限制電機輸入電流至額定電流的0.6倍。如果還需要持續(xù)，限制電機輸入電流至額定電流的0.15倍，確保電機不會燒毀。

對于是否需要進一步持續(xù)限定電機的輸入電流，其判斷標準是：如果在電機堵轉(zhuǎn)被處理之前，不允許電機失去動力，否則會發(fā)生設(shè)備翻轉(zhuǎn)或者設(shè)備完全失控的情況，此時需要電機盡可能地保持一定的輸出力矩，由于這是一種長時間的堵轉(zhuǎn)，為保護電機，可進一步限制電機輸入電流至額定電流的0.15倍。

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊附加在主控制環(huán)路上，并且應(yīng)當具有較高的啟動優(yōu)先級，優(yōu)選設(shè)置在主中斷中。