专利名称：基于热积累的变频器过载方法
技术领域：
本发明涉及变频器的过载保护技术，特别是涉及一种基于热积累的变频器过载方法。
背景技术：
随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，变频器已经广泛地应用于交流电动机的无级调速。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高频率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点面被国内外认为是最有前途的调速方式，在钢铁、化工、纺织、机械电力、造纸等各个行业中被广泛使用。一般变频器都有一定的过载能力，因为使用过程中电流多少都会有一定的波动范 围，或多或少都会出现电流超过额定电流的情况，若短时工作在过载情况下，其程度不会立即对变频器或负载设备造成损害，但是如果任由系统长时间工作在超过其额定电流的情况下，不论是绝缘还是各部件的机械强度都将迅速降低，加速系统的老化，而且机械性能、电接触性能的降低又会给其它类型的故障提供了可能性，给设备带来很大的破坏。所以过载保护是变频器的一项重要保护功能。但由于负载种类的千差万别，负载变化方式多种多样，过载保护算法很难得到有效的解决。目前，国产及日系变频器的过载算法基本上都是根据热量定义一条反时限曲线，过载倍数越大，过载时间越短。控制流程中，首先判断电流是否满足过载条件，然后按照过载时间进行计时处理，如果在过载故障报出之前，电流降低了，则将过载时间减少。这种方法只是过载数学模型，只描述在过载情况下电流与动作时间之间的反时限关系，没有考虑散热周期，也没有考虑不同电流和条件下散热的不同，不能正确反映非过载及临界过载电流的热效应对反时限动作时间的影响，可能导致硬件已烧坏但过载故障没有报出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于热积累的变频器过载方法，以克服上述现有技术存在的缺陷。本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的基于热积累的变频器过载方法，其步骤包括
(1)根据硬件设计计算出符合硬件实际条件的包括散热能力、热平衡周期和过载能力的数据；
(2)使用滑窗的办法，通过积分计算每个最新的热平衡周期内所有电流基于功耗和温升的热积累；
(3)根据实际测试得到的过载能力的结果对过载阀值做出修正计算；
(4)将计算得到的一个热平衡周期内的热积累值与修正过的过载阀值进行比较，超过则认为是过载；经过上述步骤，实现对变频器过载的保护控制。本发明实现步骤(I)的方法可以是根据功率模块特性以及结构外观尺寸计算额定和不同过载时热损耗值；在保证不超过功率模块温升40°C条件下，结合CAE仿真和计算值，制定过载能力和热平衡周期。本发明实现步骤(2)的方法可以是实时采样电流有效值并对Is内数据做平均值滤波处理后存入数组，计算其I2t值，并计算当前热平衡周期内累积的I2t值与过载阀值进行比较判断；当累积运行时间超过一个热平衡周期后，每秒钟采集计算得到新的电流值，然后用新的电流值取代最早时间的电流值，并计算其I2t值，从而保证累积的I2t值始终是当前这个热平衡周期内的最新值，保证过载 保护的实时性。本发明实现步骤(3)的方法可以是通过给变频器加不同倍数的负载做过载实验，得到一系列的变频器实际过载能力的实验数据，根据实验结果对过载阀值做一定的修正计算，使得最后的程序执行结果真正满足实际硬件条件。所述步骤(4)中，在过载的情况下，操作者根据用户的设定，可以选择不动作、报警或者报故障停机封锁。本发明与现有技术相比具有以下的主要优点
其一.充分考虑具体硬件的发热和散热能力，适合任意负载电流，解决了常用的反时限特性曲线只描述在过载情况下电流与动作时间之间的反时限关系，不能正确反映非过载及临界过载电流的热效应对反时限动作时间的影响从而导致不能有效保护硬件的问题。其二.通过对硬件发热散热的计算以及对一个热平衡周期内电流的热效应的累积值计算，能准确反映具体变频器的过载能力，解决了变频器负载电流频繁过载与非过载时传统反时限过载算法无法有效保护硬件的问题，同时有效保护变频器硬件不因过载而损坏。设计工作完成后，我们给各功率段变频器加了不同倍数的负载做过载实验，并且频繁切换负载电流大小，因为设计中特意留出了一定余量，每次当功率模块温升达到38°C左右时，变频器即会报过载，这充分证明了过载算法适合任意负载电流，并且符合硬件实际发热散热情况，能准确反映变频器的过载能力，并真正有效保护硬件不因过载而损坏。总之，本发明能准确反映变频器的过载能力，即在硬件允许的条件下使变频器具有较强的过载能力，同时有效保护变频器硬件不因过载而损坏。
图I是本发明典型的轻载过载运行周期。图2是本发明典型的重载过载运行周期。图3是本发明的程序流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。过载的基本特征是温升超过额定温升，过载保护的目的是使硬件不因过热而烧坏。本发明的理论基础为对输出电流进行I2t计算，该值反映了变频器功耗和温升的累积。其理论公式如下
权利要求
1.一种基于热积累的变频器过载方法，其特征是采用包括以下步骤的方法 (1)根据硬件设计计算出符合硬件实际条件的包括散热能力、热平衡周期和过载能力的数据； (2)使用滑窗的办法，通过积分计算每个最新的热平衡周期内所有电流基于功耗和温升的热积累； (3)根据实际测试得到的过载能力的结果对过载阀值做出修正计算； (4)将计算得到的ー个热平衡周期内的热积累值与修正过的过载阀值进行比较，超过则认为是过载； 经过上述步骤，实现对变频器过载的保护控制。
2.根据权利要求I所述的基于热积累的变频器过载方法，其特征是实现步骤(I)的方法是根据功率模块特性以及结构外观尺寸计算额定和不同过载时热损耗值；在保证不超过功率模块温升40°C条件下，结合CAE仿真和计算值，制定过载能力和热平衡周期。
3.根据权利要求I所述的基于热积累的变频器过载方法，其特征是实现步骤(2)的方法是实时采样电流有效值并对Is内数据做平均值滤波处理后存入数组，计算其I2t值，并计算当前热平衡周期内累积的I2t值与过载阀值进行比较判断；当累积运行时间超过ー个热平衡周期后，毎秒钟采集计算得到新的电流值，然后用新的电流值取代最早时间的电流值，并计算其i2t值，从而保证累积的I2t值始终是当前这个热平衡周期内的最新值，保证过载保护的实时性。
4.根据权利要求I所述的基于热积累的变频器过载方法，其特征是实现步骤(3)的方法是通过给变频器加不同倍数的负载做过载实验，得到一系列的变频器实际过载能力的实验数据，根据实验结果对过载阀值做一定的修正计算，使得最后的程序执行结果真正满足实际硬件条件。
5.根据权利要求I所述的基于热积累的变频器过载方法，其特征是所述步骤(4)中，在过载的情况下，操作者根据用户的设定选择不动作，报警或者报故障停机封锁。
全文摘要
本发明公开了一种基于热积累的变频器过载方法，该方法的步骤是(1)根据硬件设计计算出符合硬件实际条件的包括散热能力、热平衡周期和过载能力的数据；(2)使用滑窗的办法，通过积分计算每个最新的热平衡周期内所有电流基于功耗和温升的热积累；(3)根据实际测试得到的过载能力的结果对过载阀值做出修正计算；(4)将计算得到的一个热平衡周期内的热积累值与修正过的过载阀值进行比较，超过则认为是过载。经过上述步骤，实现对变频器过载的保护控制。本发明通过对硬件发热散热的计算以及对一个热平衡周期内电流的热效应的累积值计算，能准确反映具体变频器的过载能力，同时有效保护变频器硬件不因过载而损坏。
文档编号H02H7/10GK102856884SQ20121034351
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者张旭梅, 王涛, 康现伟, 周虎军, 陶文涛, 姜晓林 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司