[發明專利]一種電機過力矩的保護方法

有效

• 申請號: 201510001539.3
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104505811B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉國耀;吳明所;徐艷超;王成
• 申請（專利權）人: 南京科遠自動化集團股份有限公司
• 主分類號: H02H7/085
• 分類號: H02H7/085
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 陳揚

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，涉及一種電機過力矩的保護方法。

背景技術

電動執行機構作為工業過程控制系統中一個十分重要的現場驅動設備，廣泛應用于電力、石油、冶金、化工等行業。在現場流體控制中被驅動設備在運轉中出現問題，就會在電動執行機構中體現出來。因此電動執行機構還擁有另一個身份——“被驅動設備保護者”，它的作用就體現在對被驅動設備正常使用的監測，這當中最終要的一點就是過力矩保護。它的控制精度直接決定著執行器能否對自身和連接的閥門起到保護作用。

目前電動執行機構的力矩保護動作比較遲緩，存在比較大的誤差，控制精度不準。這樣就導致電動執行機構在運行時很容易導致被驅動設備的損壞，在運行中力矩動作遲緩無法達到應用要求。所以需要讓力矩保護措施，提高控制精度，減少設備損壞。

發明內容

本發明的目的是提供一種電機過力矩的保護方法，該方法解決了當前對電動執行機構的力矩保護過程中存在比較大的誤差，控制精度不準等問題，在實際應用中更快更準的響應力矩保護。該方法不僅用于電動執行機構技術領域，也可廣泛用于各類電機驅動設備中存在的力矩保護的領域。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種電機過力矩的保護方法，其特征在于：該方法通過電流采樣電路、電壓采樣電路、處理器電路和位置傳感器電路對電機過力矩進行保護，其中，電流采樣電路包括電流互感器，電壓采樣電路包括電壓互感器，處理器電路包括單片機，位置傳感器電路包括絕對光電隔離編碼器，具體步驟如下：

步驟1，實時獲取電機的電壓、電流和電機控制開關運行位置信息：電流采樣電路、電壓采樣電路、位置傳感器電路分別采集電機的電壓、電流和電機控制開關運行位置，輸入給處理器電路；

步驟2，計算電機力矩：處理器電路依據以下公式計算當前的電機力矩：

F＝(P×η)/V，其中P＝U*I*cosθ，

式中：F為力矩；P為電機輸入功率；U為電壓；電流為I；cosθ為電機功率因數；V為電機輸出軸轉速；η為機電總效率；

步驟3，判定電機是否啟動：如果電機已啟動，進入步驟4；如果電機未啟動，進入步驟5；

步驟4，判定電機是否在運行至末端位置換向，所述的運行至末端位置換向是電動執行機構控制閥門開關至全開位置或全關位置時電機換相反轉工作；如果是，延時2s-6s后進入步驟5；如果否，延時100ms-2s后進入步驟5；

步驟5，比較當前力矩F是否大于等于設定值，處理器電路將當前力矩F與用戶設定過力矩保護的力矩設定值進行比較，如果大于等于設定值，進入步驟6；否則，返回步驟3進入下一輪過力矩保護分析；

步驟6，輸出報警和停閥信號。

在上述方法中，力矩F是基于公式U×I×η＝F×V進行換算的，其中，η作為機電總效率，應實際測量獲得，據實測情況，其與電機速度密切相關，關系式如下：

η＝α×V²+β×V+γ

式中：V為電機速度，α為二次項系數，β為一次項系數，γ為常數項系數。

需要補充說明的是，在機械傳動上，順時針和逆時針的傳動效率不一樣，順時針相對于逆時針傳動效率為0.95，因此，單片機運算中應設定根據電機運行狀態自動對機電總效率η值的修正。

在電機輸入功率計算上，P＝U×I×cosθ，其中：U是固定值，二相是220V，三相是380V。cosθ是電機功率因數，本發明是根據以下方法計算功率因數cosθ的θ值。

θ值就是同一時刻電壓和電流的相位差。因此，我們在某一時刻采樣獲取電壓u和電流i瞬時值，緊跟其后進行200us的采樣，由于電流電壓的頻率都是工頻，為50HZ，這樣一個周期就采樣100次，與之對應間隔圓周角度值就是3.6度，分別記錄電壓采樣過零點時間T1和電流采樣過零點時間T2，則：

過零點時電壓的相位：

過零點時電流的相位：

電壓U和電流I過零點相位差：θ＝|θ₁-θ₂|

上述求值利用單片機的計算能力可以輕松計算得到。

采用本發明，電動執行機構在控制和驅動設備時，對電機出現過力矩進行準確的判斷和保護，優點在于：

1.在高精度的控制執行機構時避免了電機啟動電流帶來的影響而產生的誤動作。

2.只有在電機正在啟動時，設置避讓開過力矩檢測時間，其余時間正常檢測比較，不影響其在正常情況下的及時性。