变频器反时限过流保护的数字化实现方法

0引言
 在变频器与电动机的过流保护中，根据国标JB3905的描述：
 

    而对于电机主要是考虑电机的温升特性而设置，相对时间较长，但对于变频器的保护，此时间就太长，但在一般的要求中基本仍有类似的要求，在数字方法的实现中，一般采用直接数据存储法，就是预先把计算好的反时限曲线的数据存储起来，然后根据计算的过电流值来查获对应的动作时间，该算法获取动作时间简单迅速，而且可以通过增加存储曲线上的点的密度来提高精度，适用于具有固定反时限特征曲线的装置， 但是直接数据存储法需要占用大量的储存空间来存储数据，而且修改任何一条已经设计好的反时限曲线都需要重新存储全部数据，在变频器的保护中一般没有明确的时间要求，大多情况下只要求在120%或150%额定电流的情况下一分钟，其他情况下就很少要求；用这种方法实现起来就比较麻烦。
 考虑反时限控制要求，用数字方式控制，如果不采用查表的方式，就需要建立数学模型，采取一种较简易的控制方式，来实现这种保护，就是本文研究的重心。
 实际中，反时限控制曲线类似于指数函数，因此用指数函数的近似计算方法来模拟数学模型，就可以达到进行相应保护的目的。
1 数学模型的建立
 我们来看下面这个简单的电容充放电电路，
 

                                                   图1 时间常数与电压关系曲线
 
     我们看时间常数 ,也就是当输入电压一样时，电容容量相同时，在不同的时间常数情况下，达到同样的电压所需的时间就不一样，反过来，如果时间常数一样，输入电压不一样，达到同样的电压值的时间也应不一样，输入电压高的时间短，输入电压低的时间长，如下所示：
 

                                                    图2 时间与输出电压关系曲线

其中输入电压 ,时间常数相同，如果达到同一电压值100时，则相应的时间 ，并且不成线性。
 针对这种情况，可以考虑反时限采用电容充电放电的方式，同时可以考虑根据电流的大小不一样来调整时间常数，充电到设定的额定电流值作为保护界限，这样就建立了电流与时间常数的关系。
 实际调试中只要调整基本的时间常数值即可，如下所示，基本时间常数不变，电流与额定电流相比，比值越大，整个时间常数就越小，相应的充电时间就越快，保护就越快，电流小，比值就越小，整个时间常数相对就比较大，充电时间就越慢；
 

     如额定电流为600，电流大，保护比较动作就快，反之就慢，运行在额定600A时，基本就达不到保护的值，可以长时间运行。
 

2 反时限过流保护应用
 
在变频器的过流及过载保护中，通常要求在1.5倍的额定电流时延时60s保护，而1.8倍额定电流时2s保护，因此采用上述指数函数关系就比较容易实现。
 

3 结论
    以上通过数字化反时限过流保护的探讨，说明了通过简易的数学指数函数关系，就可以比较明确的将原来做起来比较困难的直接数据存储法来确定反时限过流保护的做法变得比较简易、好求了，只要确定好RC时间常数的数值，就可以根据电流的指数关系，很容易的实现各种保护，而且为变频器及电动机提供更为合理的保护界限，从而有效的保护电机及变频器，使其能够正常运行不致于损坏。
 

作者简介: 尹彭飞，男，山东新风光电子科技发展有限公司技术副总工，现从事于电力电子方面的研究。