本發(fā)明涉及一種電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)控制方法。

背景技術(shù)：

驅(qū)動(dòng)器拖動(dòng)交流電機(jī)時(shí)常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。在沖床以及壓力機(jī)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(biāo)材質(zhì)的時(shí)候會(huì)頻繁發(fā)生。

電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況通常發(fā)生在兩種狀態(tài)下，一種是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)；另外一種則是在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中。在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)具有零速或極低速的特點(diǎn)，電機(jī)如果啟動(dòng)時(shí)就需要克服較高的轉(zhuǎn)矩和慣量，由于此時(shí)電機(jī)的過(guò)載能力相對(duì)較差，因此發(fā)熱較為嚴(yán)重。而在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況較為特殊，由于電機(jī)已經(jīng)具有一定的初速度，堵轉(zhuǎn)后因負(fù)載工況的不同電機(jī)的發(fā)熱情況也會(huì)各有差別。

出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)后，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)電流急劇增大并出現(xiàn)發(fā)熱，直至到達(dá)驅(qū)動(dòng)器模塊物理承載上限。常見(jiàn)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(fèi)模塊資源；（2）設(shè)定電流上限值，到達(dá)之后驅(qū)動(dòng)器為保護(hù)模塊而自動(dòng)跳轉(zhuǎn)為保護(hù)模式，其缺陷在于：電機(jī)使用工況較為復(fù)雜，限定值難以確定，設(shè)置過(guò)高會(huì)浪費(fèi)模塊資源，過(guò)低則驅(qū)動(dòng)器模塊或者電機(jī)易受損，并且，常規(guī)的保護(hù)模式是直接讓電機(jī)斷電，但是這樣操作對(duì)于具有位能性負(fù)載以及其它機(jī)械勢(shì)能存在的情況下是相當(dāng)危險(xiǎn)的，而對(duì)于不具有機(jī)械勢(shì)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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)控制方法，其目的是：在不改變驅(qū)動(dòng)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(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)控制方法，在交直交變頻驅(qū)動(dòng)器的主控程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊；

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)直流母線電壓的變化趨勢(shì)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(guò)階梯式降低電機(jī)電流的方式降低電機(jī)的發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。

作為上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)直流母線電壓值，并實(shí)時(shí)計(jì)算直流電壓相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)d1和二階導(dǎo)數(shù)d2；

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

如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)的電機(jī)高低轉(zhuǎn)速分界值、d1小于0、d1絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的一階閾值二、d2小于0、同時(shí)d2絕對(duì)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(jī)的轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)的電機(jī)高低轉(zhuǎn)速分界值、d1大于0、d1絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的一階閾值三、d2大于0、同時(shí)d2絕對(duì)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(dāng)時(shí)d1大于0、絕對(duì)值等于預(yù)設(shè)的一階閾值三且d2大于0、絕對(duì)值等于二階閾值三時(shí)，電機(jī)狀態(tài)仍未達(dá)到警報(bào)跳保護(hù)的狀態(tài)。

作為上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)：當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)低速堵轉(zhuǎn)或高速堵轉(zhuǎn)時(shí)，堵轉(zhuǎn)處理模塊首先提高電機(jī)的輸入電流進(jìn)行沖擊，如果沖擊后電機(jī)仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，再通過(guò)階梯式降低電機(jī)電流的方式降低電機(jī)發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。

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

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

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

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

相對(duì)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(guò)在主控制程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊實(shí)現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)的監(jiān)測(cè)和處理，對(duì)堵轉(zhuǎn)發(fā)熱實(shí)現(xiàn)了有效控制；（2）本發(fā)明通過(guò)監(jiān)測(cè)直流母線電壓并進(jìn)行求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)的方式來(lái)判斷電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)，相較于傳統(tǒng)的根據(jù)電機(jī)電流進(jìn)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(bào)之前及時(shí)采取控制措施；（3）本發(fā)明提出了一種伴生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩抑制控制方案，使電機(jī)在保護(hù)自身的前提條件下具有一定的控制手段，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器跳轉(zhuǎn)為保護(hù)模式之前優(yōu)先判斷出堵轉(zhuǎn)狀態(tài)并進(jìn)行階梯式限制電流，在控制電機(jī)發(fā)熱的同時(shí)，為系統(tǒng)的狀態(tài)指示提供了一定的反應(yīng)時(shí)間，為使用者提供了采取措施的時(shí)間窗口，避免了直接斷電對(duì)電機(jī)造成損壞；（4）本發(fā)明針對(duì)啟動(dòng)階段、低速和高速狀態(tài)采取了不同的監(jiān)測(cè)方式和處理方法，具有判斷準(zhǔn)確性高、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)；（5）當(dāng)電機(jī)在低速或高速狀態(tài)下發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)立即嘗試解決堵轉(zhuǎn)的途徑，有效地減小了堵轉(zhuǎn)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案：

電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)控制方法，在交直交變頻驅(qū)動(dòng)器的主控程序中設(shè)置堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)模塊和堵轉(zhuǎn)處理模塊。

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)是否發(fā)生堵轉(zhuǎn)并判斷堵轉(zhuǎn)的類型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)直流母線電壓值，并實(shí)時(shí)計(jì)算直流電壓相對(duì)于時(shí)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(guò)研究意外發(fā)現(xiàn)，在電機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的電機(jī)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(shí)的直流母線電壓降低顯現(xiàn)。因?yàn)殡姍C(jī)的輸入功率有限，盡管濾波電容的存在可以負(fù)擔(dān)由于驅(qū)動(dòng)器的控制造成瞬時(shí)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(shì)與由整流引起的電壓波動(dòng)是不同的，因此可以根據(jù)瞬時(shí)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(jī)處于啟動(dòng)階段、d1小于0、d1絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的一階閾值一、d2小于0、同時(shí)d2絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的二階閾值一，則判定為啟動(dòng)堵轉(zhuǎn)。

（b-1）當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在相當(dāng)?shù)退俚那闆r下出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，由于機(jī)械能在系統(tǒng)中的存儲(chǔ)相對(duì)較少，不足以形成對(duì)于系統(tǒng)的能量回饋，因此情形與啟動(dòng)堵轉(zhuǎn)類似。因此，如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)的電機(jī)高低轉(zhuǎn)速分界值、d1小于0、d1絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的一階閾值二、d2小于0、同時(shí)d2絕對(duì)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(dāng)電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電壓的變化則完全不同，由于此時(shí)是機(jī)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(dòng)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(lái)判斷堵轉(zhuǎn)情況的發(fā)生。即，如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)的電機(jī)高低轉(zhuǎn)速分界值、d1大于0、d1絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的一階閾值三、d2大于0、同時(shí)d2絕對(duì)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(dāng)時(shí)d1大于0、絕對(duì)值等于預(yù)設(shè)的一階閾值三且d2大于0、絕對(duì)值等于二階閾值三時(shí)，電機(jī)狀態(tài)仍未達(dá)到警報(bào)跳保護(hù)的狀態(tài)。

各閾值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合實(shí)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(guò)階梯式降低電機(jī)電流的方式降低電機(jī)的發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。處理時(shí)，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)低速堵轉(zhuǎn)或高速堵轉(zhuǎn)時(shí)，堵轉(zhuǎn)處理模塊首先提高電機(jī)的輸入電流進(jìn)行沖擊，如果沖擊后電機(jī)仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，再通過(guò)階梯式降低電機(jī)電流的方式降低電機(jī)發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。具體方法為：

（a-2）如果電機(jī)被判定為啟動(dòng)堵轉(zhuǎn)，首先限制電機(jī)輸入電流至額定電流的1.2倍，持續(xù)3秒后，限制電機(jī)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(jī)輸入電流至額定電流的0.15倍。

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

（c-2）如果電機(jī)被判定為高速堵轉(zhuǎn)，首先提高電機(jī)的輸入電流進(jìn)行沖擊，如果沖擊后電機(jī)仍處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則限制電機(jī)輸入電流至額定電流的1倍，持續(xù)3秒后，限制電機(jī)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(jī)輸入電流至額定電流的0.15倍，確保電機(jī)不會(huì)燒毀。

對(duì)于是否需要進(jìn)一步持續(xù)限定電機(jī)的輸入電流，其判斷標(biāo)準(zhǔn)是：如果在電機(jī)堵轉(zhuǎn)被處理之前，不允許電機(jī)失去動(dòng)力，否則會(huì)發(fā)生設(shè)備翻轉(zhuǎn)或者設(shè)備完全失控的情況，此時(shí)需要電機(jī)盡可能地保持一定的輸出力矩，由于這是一種長(zhǎng)時(shí)間的堵轉(zhuǎn)，為保護(hù)電機(jī)，可進(jìn)一步限制電機(jī)輸入電流至額定電流的0.15倍。

所述堵轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)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(dāng)具有較高的啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)選設(shè)置在主中斷中。