基于热积累的电动机过载保护数学模型_张浩

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交流电动机热过载及堵转保护原理研究及建模的开题报告

交流电动机热过载及堵转保护原理研究及建模的开题报告一、选题背景交流电动机广泛应用于各种机械设备中，但在实际使用中，由于环境、负载和使用条件等因素的影响，电动机容易出现热过载和堵转等故障，导致设备停机、故障率增加，并可能带来安全隐患。

因此，热过载及堵转保护技术成为电动机控制领域的重要问题。

目前，国内外对于热过载及堵转保护技术已经进行了广泛的研究，其中包括基于传统功率保护方式的保护技术和基于电机运行状态监测的保护技术等。

但这些技术存在着一些缺陷和不足，例如保护动作精度低、适应性差等问题。

因此，研究交流电动机热过载及堵转保护原理，并建立有效的数学模型，能够提高电动机保护控制系统的效率和可靠性，具有重要的理论和应用价值。

二、研究内容本次毕业设计将重点研究交流电动机热过载及堵转保护原理，并建立相应的数学模型。

具体研究内容包括：1. 实验测量电动机空载运行参数，分析电动机的性能曲线；2. 设计并搭建电动机保护控制系统，实现热过载及堵转保护功能；3. 建立交流电动机热过载及堵转保护的数学模型，包括传统功率保护方式和基于电机运行状态监测的保护方式等；4. 对比和分析数学模型的保护精度、适应性和运行效率等指标，验证模型的可行性和有效性。

三、研究方法1. 实验测量法：通过设置不同负载和工况条件，测量电动机的空载运行参数，并分析电动机的性能曲线。

2. 控制系统设计法：设计并搭建电动机保护控制系统，实现热过载及堵转保护功能。

控制系统包括传感器、信号处理模块、控制器和执行机构等。

3. 数学建模法：建立交流电动机热过载及堵转保护的数学模型，包括传统功率保护方式和基于电机运行状态监测的保护方式等。

使用MATLAB软件进行模型的建立、仿真和优化等。

4. 对比分析法：对比分析数学模型的保护精度、适应性和运行效率等指标，并验证模型的可行性和有效性。

四、预期成果1. 交流电动机空载特性曲线测量和分析报告；2. 电动机保护控制系统的设计和搭建报告；3. 交流电动机热过载及堵转保护的数学模型建立和仿真报告；4. 数学模型的比对分析报告，以及模型优化方案的提出；5. 实现电动机热过载及堵转保护的系统和应用软件。

TOP9140M-20E电动机保护控制器使用说明书(v2[1].01)OK

2.6 机械性能
振动：冲击：碰撞：
测控仪能承受IEC标准规定的严酷等级为I 级的振动耐久能力试验测控仪能承受IEC标准规定的严酷等级为I 级的冲击耐久能力试验测控仪能承受IEC标准规定的严酷等级为I 级的碰撞耐久能力试验
2.7 抗电磁干扰（EMC）性能
测控仪能够通过以下几种国家、国际标准的抗电磁干扰实验：
交流输入电流： 250A 以内，采用内置 CT（6.3A/25A/100A /250A 等）；（2 倍过载连续工作，10 倍过载 20S） 250A 以上，采用标准 CT（二次侧额定 5A 或 1A）；（10 倍过载连续工作）
开关量输入：共 12 路，可全部采用干接点输入或有源输入，有源输入电源可以是 DC220V/110V/48/24V 或 AC220V/110V
2
TOP9140M-20E 使用说明书
第二章技术指标
2.1 环境要求指标
工作环境：
海拔：抗震：
工作温度：-10℃～55℃ 贮存温度：-20℃～75℃ 相对湿度: <95%，可达 2000 米 10g/5ms
2.2 技术参数
装置电源：
频率: 功率消耗：
85～265VAC 或 88V～346VDC （订货时请注明）对于比较重要的电动机可以选择配置双电源模块输入（两路电源均交直流通用） 50Hz（额定）电源回路不大于 8W（正常运行） /12W（保护动作）交流电压回路不大于 0.5VA/相交流电流回路不大于 0.5VA/相
3
第一章概
TOP9140M-20E 使用说明书
述
1.1 概述
TOP9140M-20E 电动机保护控制器是一种数字式智能型电动机保护控制设备，直接针对一台低压电动机设计，能够完成一台低压电动机的测量、控制及辅助保护功能，具有很高的性能价格比。

基于热积累的电动机过载保护数学模型

基于热积累的电动机过载保护数学模型
张浩;迟长春
【期刊名称】《江苏电器》
【年(卷),期】2008(0)11
【摘要】过载保护技术是低压电器智能化技术的蕈要组成部分,是保证电动机、配电线路安全运行的重要技术.以热保护为研究对象,充分考虑电机的热积累现象,通过求解热平衡微分方程的方法,给出了新的电动机过载保护判据.与常用反时限保护特性相比较,此保护模型更符合负载的实际运行规律及保护要求.
【总页数】4页(P28-31)
【作者】张浩;迟长春
【作者单位】天津市人民低压电器厂,天津,300118;天津城市建设学院,电子与信息工程系,天津,300384
【正文语种】中文
【中图分类】TM771
【相关文献】
1.基于热积累的过载保护算法 [J], 迟长春;李奎;岳大为
2.基于热网络的电动机过载保护技术 [J], 李洪涛;倪素娟;王建永
3.基于发热-散热积累模型的电动机过载保护研究 [J], 罗建锋;唐轶;陈奎;张丽
4.基于热网络的电动机过载保护技术 [J], 易长华
5.基于热网络的电动机过载保护技术 [J], 易长华
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电动机热过负荷保护的算法与应用研究

电动机热过负荷保护的算法与应用研究摘要：热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，它能在电动机损害前检测出故障并发出报警信号或跳闸。

不同保护装置的热过负荷动作特性和算法会有很大差别，需要根据电动机的发热特性提出一种比较接近电动机实际发热曲线的热过载反时限算法及应用方案，保证电动机充分发挥过载能力的同时又免于损坏，提高电力拖动系统的可靠性。

关键词：热过负荷；发热特性；算法0.引言随着发电厂机组容量的不断提高，厂用系统电动机的功率也越来越大，对电动机保护也提出了更严格的要求。

算法最复杂的热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，由于能对电动机发热和散热进行合理数学模拟计算而越来越受到重视。

根据电动机的发热特性提出以一种比较接近电动机实际发热曲线的热过载反时限计算和实现方法，使电动机充分发挥过载能力的同时免于损坏，提高电力拖动系统的可靠性。

1.热过负荷保护动作特性热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，主要反映定子、转子绕组的平均发热状况，它能在电动机损害前检测出故障并发出报警信号或跳闸。

（1）国产保护的热过负荷特性目前，国内电动机保护中的热过负荷是基于GB/T14598.15-1998中给出的热过负荷模型：（2）瑞士SPAM150C热过负荷特性SPAM150C电动机热过负荷单元稳态值决定于负载电流的平方值，热元件的动作值用两种继电器设定值规定。

热元件包括两根不同的热曲线，一根说明过负荷实现跳闸，另一根曲线保持热背景的轨迹。

加权系数P决定两根曲线热增加的比例，一般设定在20%-100%之间[2]。

对于直接启动有热点情况的电动机，加权系数P通常设定在50%，动作特性如图1-1所示：图1-1 SPAM150C热元件跳闸曲线（热曲线P=50%）2.热过负荷特性的算法研究从保护的动作特性和定值算法上，不同保护装置之间会有很大差别，这就给热过负荷保护的整定和应用带来难题。

基于热网络的电动机过载保护技术

ＬＩＨｏｎｇｔａｏ，ＮＩＳｕｊｕａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎｙｏｎｇ
（１．ＴｈｅＦｏｕｒｔｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆＣｏＮＮＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｖｅｒｈａｕｌＢｒａｎｃｈｆｏＨｅｂｅｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００４，Ｃｈｉｎａ）
摘
要：电动机在工农业中有着广泛的应用，因此对其保护技术的研究具有重要的意义。在电动机的各种故障中，
最普遍的现象是电动机因过载而被烧毁。因此，为能够真实地、及时地反映出电动机运行时其内部绕组的温度变化
情况，使电动机更好地得到保护，本文采用热网络法建立了电动机热网络模型。基于热网络模型热网络模型；过载保护
中图分类号：ＴＭ３４６＋．２文献标志码：Ａ文章编号：１００１．６８４８（２０１３）１０．００６４．０５
ＭｏｔｏｒＯｖｅｒｌｏａｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｒｍａｌＮｅｔｗｏｒｋ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｉｃｒｍｏｔｏｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｍｏｔｏｒｐｒｏｔｅｃ — ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｃｅ．Ｉｔｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｍｏｎｇｖａｒｉｏｕｓｆａｕｌｔｓｏｆｍｏｔｏｒｔｈａｔｔｈｅｍｏｔｏｒｉｓｄａｍａｇｅｄｃａｕｓｅｄｂｙｏｖｅｌｏｒａｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｌｅｆｃｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｗｉｎｄｉｎｇｓｔｒｕｌｙａｎｄｔｉｍｅｌｙ，ａｍｏｔｏｒｔｈｅｒｍａｌｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍａｒｌｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｃｃｏｒｄ — ｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｎｏｄｅｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｌｏｃａｌｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｐｒｏ－ｔｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒ，ｔｈｅｍｏｔｏｒｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｉｖｆｅｐａｒｔｓａｓｉｖｆｅｎｏｄｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｓｔａｔｏｒｃｏｒｅ，ｓｔａｔｏｒｓｌｏｔｗｉｎｄｉｎｇ，ｓｔａｔｏｒｅｎｄｗｉｎｄｉｎｇ，ｒｏｔｏｒｃａｇｅａｎｄｒｏｔｏｒｃｏｒｅ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ａｉｆｆｔｈ－ｏｒｄｅｒｔｈｅｒｍａｌｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｉｃｒｍｏｔｏｒ；ｔｈｅｍａｒｌｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ；ｏｖｅｒｌｏａｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ

基于热网络的异步电机过载保护模型及数字算法

关键词：步电机；网络；热过载；极点对消异热零中图分类号：Ｍ４文献标志码：文章编号：６３６４（０１１－５－５Ｔ３３Ａ１７－５０２１）００４００
ＯｖｒｏｄＰｒｔｃｉｎＭｏｌｏｙｈｒｎｕｏｏｓｎｇｏｅｌａｏｅｔｏｄｅｆＡｓｎｃ００ｓＭｔｒＢａｉｎＴｈｒａｔｒｎｇｔｌＡｌｏｉｈｍｅｍｌＮｅｗｏｋａｄＤｉｉａｇｒｔ
ｓｌ，ｗｏｄｒｈｒａｎｔｏｋｍｏｅｓｗｉｈｈｄｎａｌｔａｒｅｐｎｅｈｒｃｒｔｓｎｔｅｆｑｅｃａｄｕｔａｌ —ｒｅｅｍｅｒｄｌ，ｈｃａｅｒｅｍｊｓｏｓａａｔｉｉｅｕｎｙｂｎｏｔｌｗｙｈｏｒｃｅｓｃｉｈｒ
组、定子绕组端部、转子导条和转子铁心，分别应用集总参数法建立了五阶的热网络分布模型。在保证模型精度
的前提下，利用零极点对消法对五阶热模型进行了降阶简化，而得到了反应电机温升主要特性、从精度高、计算
简单的低阶热网络模型。对低阶热模型进行离散化，得到了适用于智能电机过载保护继电器的数字算法。
ｌｔｔｔｒｃｒｔｅｓａｏｌｔｗｉｉｒｔｒｂｒａｄｒｔｒｃｏｅ．ｈｎｔｅｌｙ，ｈｅｓａｏｏｅ，ｈｔｔｒｓｏｎｄｎｇ，ｏｏａｎｏｏｒｔｅｈｕｍｐｄｐｒｍｅｅｒｍｅｈｏｗａｅｐｃｉｅｙｅａａｔｔｄｓｒｓｅｔｖｌ

TOP700M系列电动机保护控制器说明书--V6.42版

·TOP700M 系列电动机保护控制器说明书
重要提示
感谢您使用珠海拓普智能电气股份有限公司的产品。为了安全、正确、高效地使用本装置，请您务必注意以下重要提示： 1）在拆除装置包装后，请先认真阅读本说明书，务必按照说明书的规定进行安装、调试和操作。 2）本装置只能由专业人士进行安装。 3）对于因不遵守本手册的说明而引起的故障，厂家将不承担任何责任。 4）本说明书适用于TOP700M系列电动机保护控制器。如有随机资料，请以随机资料为准。 5）为防止装置损坏，严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板上的芯片和器件。 6）请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。 7）装置在使用中应提供正确的额定电压，不能超过额定工作电压。 8）装置如出现异常或需维修，请及时与本公司服务热线联系。 9）本装置的初始操作密码是：1000。
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·TOP700M 使用说明书
2.3 电磁兼容性
● 脉冲群干扰：装置能承受 GB/T14598.13（eqv IEC60255 -22-1）规定的 1MHz 和 100kHz 脉冲群干扰试验（第一半波电压幅值共模为 2.5kV，差模为 1kV）。 ● 静电放电干扰：装置能承受 GB/T 14598.14 （idt IEC60255-22 -2）规定的Ⅳ级（接触放电 8kV）静电放电干扰试验。 ● 辐射电磁场干扰：装置能承受 GB/T 14598.9 （idt IEC60255-22 -3）规定的Ⅲ级（10V/m）的辐射电磁场干扰试验。 ● 快速瞬变干扰：装置能承受 GB/T 14598.10（idt IEC60255 -22-4）规定的Ⅳ级（通信端口 2kV，其它端口 4kV）的快速瞬变干扰试验。
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·TOP700M 使用说明书

电动机热过载保护研究

电动机热过载保护研究陆征军;王红青;赵华军;赵希才【摘要】正在制定的IEC 60255-149电热继电器的功能要求和修订的DL/T 744微机电动机综合保护装置通用技术条件,均涉及到电动机热过载保护.阐述了电动机热过载的物理过程和热过载保护的构成、整定、试验和运行,并将基于电动机热模型的热过载保护与普通过流反时限保护进行定量对比分析,以便保护电动机免受热过载危害的同时,合理地利用电动机的过载能力.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】4页(P20-23)【关键词】电动机保护;热过载保护;热模型;反时限特性【作者】陆征军;王红青;赵华军;赵希才【作者单位】南京南瑞继保电气有限公司,江苏南京211102;华东电力试验研究院有限公司,上海200437;安徽开发矿业有限公司,安徽六安237400;南京南瑞继保电气有限公司,江苏南京211102【正文语种】中文【中图分类】TM588.1国际电工委员会正在制定IEC60255-149电热继电器的功能要求以取代原来的IEC60255-8—1990[1]（转化后的国家标准为GB/T14598.15—1998电气继电器第8部分：电热继电器[2]），其中重点考虑的正是电动机热过载保护。

与此同时，电力行业标准DL/T744—2001微机电动机综合保护装置通用技术条件[3]也正在修订当中。

因此有必要对电动机热过载机理和热过载保护的构成、整定和试验进行总结，以便更好地保护电动机免受热过载的危害。

1 可能导致电动机热过载的运行工况在电机上电起动阶段，可能由于电动机所带动的负荷过大或其他原因致使电动机不能转动，即发生堵转。

在加速阶段，如果在某些转速下加速转矩低于临界转速，电动机可能长时间运行在低速上而不能达到额定速度。

此时电流仍大于稳态额定电流，持续时间过长可能导致热过载。

在稳定运行阶段，额定转速附近电动机拖动的负荷增大可能导致出现持续过载，甚至发生堵转。

基于热模型的电动机过热保护

ｉｐｅｎｏｔｒｉｇａｄｒｎｉｍｌｍｅｔｆｓａｔｎｎｕｎｎｇｏｅｈｅｔｒｔｃｉｎａｅｄｓｕｓｅａｄｓｉｅＯｎｐｌａｉｎｅａｌｓｅｏｖｒｆｔｅｒｓａｃｓｖｒａｐｏｅｔｏｒｉｃｓｄｎｔｕｄｄ．ｅａｐｉｔｏｘｍｐｅｉｕｓｄｔｅｉｈｅｒｈｅ．ｃｙｅ
经验交流
曩，＿ｊ＿＾
基于热模型的电动机过热保护
张建华，珲任
（东韶关钢铁集团有限公司热电厂，东韶关５２２）广广１１３
摘
要：２Ｅ一４Ｍ电动机保护装置为例，基于热模型的电动机过热保护原理进行阐述，ｖＳＬ７９对分别就电动机起动时和
一
电动机热模型的简单等效电路模拟图如图１示。所
Ｌ
～、、
源
图１电动机热模型等效模拟图般的感应电动机的热量主要由，尺产生，考虑ｚ但
到电流中的负序分量及其产生的热效应，电动机的热
其中，正序电流分量、。正序电流的发热系，为为数；２负序电流分量、为负序电流的发热系数。、１为分别由电动机转子的正序电阻＋转子的负序电阻Ｒ、一
决定。
现保护；于热模型的电动机过热保护。厂家根据基各
运行时的过热保护的实现进行了探讨与研究，并通过一个应用实例对其进行了例证。

基于热网络的电动机过载保护技术

基于热网络的电动机过载保护技术
基于热网络的电动机过载保护技术可以有效地保护电动机，防止其在长时间高负载运行时过热而受到损坏。

该技术基于热网络模型，利用热风扇、热灯等传感器来检测电动机的温度，并根据检测结果控制电机的运行状态以达到保护的目的。

正常情况下，电动机的温度随着其负载增加而升高，但是如果负载过高、运行时间过长，电动机就会达到过高的温度，可能会引发火灾等安全事故。

因此要对电动机的温度进行实时检测。

基于热网络的电动机过载保护技术通过热风扇、热灯等传感器来检测电动机的温度。

这些传感器通过通讯模块将温度数据传输到控制系统，控制系统内部设有一个热网络模型，该模型可以模拟电动机的热量分布情况。

根据模型的计算结果，控制系统可以实时掌握电动机的温度变化并作出相应的控制决策，例如警报、停机、减负等操作。

基于热网络的电动机过载保护技术还可以有效地减少电动机的能源消耗。

在电动机运行时，电机的温度变化会对其能源利用效率产生重要影响。

随着时间的推移，电动机可能因为过度温升而产生能量损失，从而浪费电能。

采用基于热网络的电动机过载保护技术，可以有效地减少此类能量损失，同时提高电动机的效率和可靠性。

总之，基于热网络的电动机过载保护技术是目前最有效的保护电动机的方法之一，其可以减少能量损失并提高电动机的效率和可靠性，使得电动机运行更加可靠、安全、稳定和经济。

未
来随着技术的不断进步，基于热网络的电动机过载保护技术定会在电力设备行业得到越来越广泛的应用。

基于 STM32的异步交流电机热过载保护

基于 STM32的异步交流电机热过载保护
佚名
【期刊名称】《湖北工业大学学报》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】针对全波傅里叶算法无法有效滤除电机热过载故障信号中的非周期直流
分量，给出一种带差分滤波器的Morlet 复小波算法保护器设计。

详细分析了电机热过载保护及Morlet 复小波算法的原理并在MATLAB/simu-link 下进行了仿真，验证了该算法比全周傅里叶算法能更好的滤除衰减直流分量。

最终搭建基于
STM32F103的硬件平台，并结合 Morlet 复小波给出了对应软件设计流程。

【总页数】4页(P29-32)
【正文语种】中文
【中图分类】TM34
【相关文献】
1.热积累在电机过载保护中的应用 [J], 王德胜
2.基于STM32的交流异步电机变页空制实验装置设计 [J], 宋林桂
3.Sepam在异步电机热过载保护中的应用 [J], 王立山
4.基于热网络的异步电机过载保护模型及数字算法 [J], 李洪涛;李奎;倪素娟
5.基于STM32的三相交流异步电机调速系统的设计 [J], 王昆;原艺博;邱顺
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基于热积累的电动机过载保护数学模型_张浩

是取第16个采样点。根据计算机的软件算法，由
式(4)可得到n =24时的第k 个采样点的正序电流和
负序电流的表达式为：
i +(k )=
1 3
[i A(k )+i B(k -16)+i C(k -8)]
i -(k )=
1 3
[i A(k )+i B(k -8)+i C(k -16)]
(5)
计算机可以很方便地计算出一个电流周期内
目前采用单片机进行热过载保护的算法仍然有一定的缺陷，不能对电动机进行准确保护[1-2]。文中充
动作，但电动机自身的热积累完全可能使电动机烧毁。多项国家标准亦考虑了此问题。
分考虑电动机运行的特点，从热平衡的角度出发，着力研究考虑热积累的过载保护模型，解决目前电子式过载保护继电器中保护特性不精确，在负载变化复杂的情况下可能发生保护不动作等问题。
因此，在研究电动机过载保护模型时，用等
效电流I eq来代替定子电流I ，即将电动机运行时的不对称故障中的断相、逆相、相间短路、接地
故障、三相不平衡等通过负序电流效应进行了充
分的考虑，所以文中所指过载保护意为等效过载
保护。
正序、负序电流可通过测量三相电流的大小，采
用对称分量法，利用软件计算得出[5]。若以A相为
1.1 在IEC 255-8标准中的规定
IEC 255-8标准中要求包括电动机保护器在内
的热继电器的动作特性具有简单的平方指数规律。
I2 t =τ1n I 2-(KI B)2 (冷态)
(1)
基金项目：天津市自然科学基金资助项目(05YFJMC05900) 作者简介：张浩(1964- )，男，工程师，本科，从事低压电器制造及机电一体化系统研究工作；

基于发热—散热积累模型的牵引变压器过载保护应用

基于发热—散热积累模型的牵引变压器过载保护应用陈小卫【摘要】针对现有牵引变压器过载保护存在误动的问题,提出了基于发热—散热积累模型的牵引变压器过载保护新方案.该保护方案根据牵引负载时变特性和充分考虑牵引变压器的热积累现象,采用热传递微分方程建立了牵引变压器温升模型,通过求解暂态热平衡微分方程的方法,给出了新的牵引变压器过载保护判据和数字算法实现.为满足牵引变压器具有较强的过负荷能力,给出了依据满足典型负荷曲线的热过载保护整定方法.通过实测数据分析,验证了此新型保护即可满足充分利用牵引变压器过负荷能力的要求,又能可靠地保护牵引变压器免遭过热受损.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】4页(P108-111)【关键词】发热—散热积累模型;温升;过载保护;典型负荷曲线【作者】陈小卫【作者单位】国电南瑞科技股份有限公司,南京 211106【正文语种】中文随着电气化铁路朝着高速、重载方向发展，牵引变压器过负荷现象越来越频繁，部分牵引变压器出现过负荷保护动作跳闸现象，影响铁路正常运行[1-5]。

经分析大部分原因是：传统牵引变压器过负荷保护已不能完全适应新情况。

因此必须研究新原理的过负荷保护，解决既可充分利用变压器过负荷能力，又能保证牵引变压器过热时正确动作之一矛盾。

如何实现既能充分合理利用牵引变压器本身实际过负荷能力，又能保证真正过负荷造成过高的温升而降低电气设备的使用寿命时保护装置能够正确动作成为急需研究解决的问题。

例如，文献[6]分析了随着高速、重载铁路的发展，定时限过负荷保护和反时限过负荷保护因没有考虑变压器的热积累效应，不能体现变压器内的实际温度，在负荷变化复杂的情况下起不到有效的保护作用，而处于避免变压器过热损坏的考虑，保护整定值留有很大的裕度，导致变压器过负荷能力利用率不足。

文献[7]提出了利用负荷各时间段内平均负荷电流和过负荷整定电流进行比较计算，以决定保护动作与否的方案。

基于热模型的电动机灵敏过载保护

基于热模型的电动机灵敏过载保护
卢庆港;乐晓蓉
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2009(035)006
【摘要】常规电动机保护采用反时限过流继电器实现过载保护功能,但反时限过流继电器无法实现电动机轻微过载检测及频繁过载运行时的保护.针对上述问题,文章提出了一种基于热模型的电动机灵敏过载保护方案,分析了热过负荷的数学模型和实现原理,采用热保护整定方法给出了相关时间参数的计算以及轻微过载灵敏保护的解决方法.实例应用表明,通过合理设置相关参数,基于热模型的电动机灵敏过载保护能够实时跟踪电动机运行中的热积累状态,灵敏检测轻微过载工况,有效避免电动机过热运行的现象.
【总页数】4页(P46-49)
【作者】卢庆港;乐晓蓉
【作者单位】上海宝钢安大电能质量有限公司,上海,201901;苏州工艺美术职业技术学院,江苏,苏州,215104
【正文语种】中文
【中图分类】TM307.3
【相关文献】
1.基于电机热模型的电动机保护方法的研究 [J], 宗鸣;高艺;孙一丹;赫明山
2.基于电动机热模型的微机反时限保护方法研究 [J], 张清枝;李新雷
3.基于热模型的电动机过热保护 [J], 张建华;任珲
4.基于PLC的一种电动机过载保护方法及应用 [J], 谷龙飞
5.基于参数辨识的电动机过载保护原理研究 [J], 周林俏;马少华
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迟长春(1966-)，女，教授，博士，研究方向为智能电器及楼宇自动化控制系统。
28
基于热积累的电动机过载保护数学模型
江苏电器 (2008 No.11)
t
=τ1n
I
I
2-I
2 B
2-(KI B)2
(热态)
(2)
式中：t 为动作时间；τ为热时间常数；I 为电
动机定子绕组的电流；I B为电动机定子绕组的额定电流；K 为电流整定倍数。
基准，可以得到式(4)：
I += (I A+αI B+α2I C)/3
I -= (I A+α2I B+αI C)/3
(4)
I 0= (I A+I B+I C)/3
其中α=ej2π/3。设置一个电流周期的采样点数为n ，完成α和α2即要求移相120。和240。。若取 n =24，移相120。就是取第8个采样点，移相240。就
为定子绕组的初始温升；T 为电动机的热时间常数，
T =cG/αS。
过载保护元件应在小于电动机温升允许值的设
置值τm动作，断开电路，得：
τm=τw(1-e-t m/T )+τ0e-t m/T
(9)
当τ0= 0时，τm=τw(1-e-tm/T)。
动作时间：
t m=-T
1n(1-
τm τw
)
(10)
电动机的损耗P 主要由电动机绕组线圈的损
是取第16个采样点。根据计算机的软件算法，由
式(4)可得到n =24时的第k 个采样点的正序电流和
负序电流的表达式为：
i +(k )=
1 3
[i A(k )+i B(k -16)+i C(k -8)]
i -(k )=
1 3
[i A(k )+i B(k -8)+i C(k -16)]
(5)
计算机可以很方便地计算出一个电流周期内
质物体，只计算平均温升。根据能量守恒定理，电
动机在实际运行过程中，其热平衡微分方程为：
P dt =cG dτ+αSτdt
(7)
式中，P dt 为在dt 时间内电动机总的发热量
(J)；cG dτ为电动机的蓄热量，其中G 为电动机的
重量，c 为电动机的比热，dτ为dt 时间内电动机的
温升变化值(℃)；αSτdt 为在dt 时间内电动机总的
电动机的内部故障可分为对称故障和不对称故
障两种。对称故障包括过载、堵转、短路等，此时
会出现明显的过电流；不对称故障包括断相、逆
相、相间短路、接地故障、三相不平衡等。发生不
对称故障时，定子电流可以分解为正序、负序和零
序分量。幅值相同的正序电流I +和负序电流I -在电动机内部产生的热量并不相同。为了反映I +和I -的不同发热效应，英国GEC公司提出了一个反映上述
)+…+i
+2(n
)]
(6)
I -=
1 n
[i
-2(1)+i
-2(2)+…+i
-2(k
)+…+i
-2(n
)]
3 电动机动态过载保护数学模型分析
电动机不是一个均质物体，其中的发热和散
热过程比较复杂。电动机的发热程度应以最高温
度来衡量，但最热点温度计算起来相当困难且不准
确。通常在电机热计算中，假定电动机是一个均
1.1 在IEC 255-8标准中的规定
IEC 255-8标准中要求包括电动机保护器在内
的热继电器的动作特性具有简单的平方指数规律。
I2 t =τ1n I 2-(KI B)2 (冷态)
(1)
基金项目：天津市自然科学基金资助项目(05YFJMC05900) 作者简介：张浩(1964- )，男，工程师，本科，从事低压电器制造及机电一体化系统研究工作；
温度的任何一侧应至少为10 K。
表1 反时限过电流断开脱扣器在基准温度下的
断开动作特性
所有相极通电
约定时间
约定不脱扣电流
约定脱扣电流
/h
1.05倍整定电流
1.30倍整定电流
2*
注：*表示当In≤63 A时，为1 h。
在不同的过载倍数下，GB 14048.2中所规定的
允许过载时间为电器制造商和使用用户检验产品性
关键词：电动机；热积累；等效电流；过载保护；对称分量法中图分类号：TM771 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2008)11-0028-04
Mathematical Model for Motor Over-Load Protection
Based on Heat Accumulation
耗P r和铁心的涡流与磁滞损耗P m组成。P r与I 2成正比；P m取决磁场强度H ，由硅钢片铁损P m与磁场强度H 的关系曲线可知，P m与H 2基本成正比，而磁场
强度H 与电流I 成正比，因此，铁心的涡流和磁滞
损耗P m与I 2基本成正比关系。所以，电动机的损耗 P 与电流的平方基本成正比关系。当电动机电流一
至电流整定值的1.30倍，即达到约定脱扣电流(见
GB/T 14048.1-2000中2.5.31)，断路器应在小于后
者规定的约定时间内脱扣。(注：基准温度是指断
路器的时间-电流特性所基于的周围空气温度。)
如果制造商说明脱扣器实质上与周围温度无
关，则表1中的电流值将在制造商公布的温度带内
适用，允差范围在0.3 %/K内。温度带的宽在基准
功能。
1.2 在GB 14048.2标准中的规定
在国家标准GB 14048.2中规定了断路器过载反
时限的动作特性。在基准温度下，电流整定值的
1.05倍时，即在约定不脱扣电流时，断开脱扣器的
各相极同时通电，断路器从冷态开始，即断路器在
基准温度下，在小于约定时间的时间内不应发生脱
扣。
此外，在约定时间结束后，立即使电流上升
散热量(J)；τ为定子绕组的温升；S 为电动机的散
热面积；α为散热系数。
式(7)在考虑发热的同时，也考虑了热量向周
围介质的散失，完全可用来描述电动机在恒定负
载、变负载和断续工作情况下的温升的真实变化
过程。
该微分方程的解为：
τ=τw(1-e-t/T)+τ0e-t/T
(8)
式中，τw 为定子绕组的稳定温升，τw=P/αS ；τ0
Abstract: The over-load protection technology is an indispensable constituent of the low-voltage apparatus intellectualization, ensuring the electric motor and the distribution line safe operation. Taking the heat protection as the object of study in full consideration of the heat accumulation phenomena, this paper gave the new electric motor over-load protection criterion by the means of heat balance differential equation. Different from the common inverse-time characteristic, this model conforms to actual operating law and protection requirements of the load further.
发热效应的“等效电流”I eq的概念[3-4]，定义为：
I
2eq=K
1I
2 +
+
K
2I
2 -
(3)
式中：K 1为正时间t STA内，K 1=0.5，相当于保护动作提高1
倍，以使保护动作避开正常的起动电流；在t STA之
后，K 1=1。K 2为负序电流系数(3～10)，一般取6。
目前采用单片机进行热过载保护的算法仍然有一定的缺陷，不能对电动机进行准确保护[1-2]。文中充
动作，但电动机自身的热积累完全可能使电动机烧毁。多项国家标准亦考虑了此问题。
分考虑电动机运行的特点，从热平衡的角度出发，着力研究考虑热积累的过载保护模型，解决目前电子式过载保护继电器中保护特性不精确，在负载变化复杂的情况下可能发生保护不动作等问题。
能提供了参考依据。但该标准设定范围比较宽泛，只
能用来检验断路器的保护性能，而不能作为单片机
式电动机保护器的热保护模型。
因此如何建立完善的电动机发热和散热数学模
型，准确模拟出电动机在过载时的温升变化过程，是
研制出较好的保护系统的重要前提。这其中，如何
处理电动机运行过程中的热积累问题是关键。
2 等效电流的计算
各个采样点的正序电流、负序电流。根据采样的
i +(k )与i -(k )，利用均方根算法，并进行离散化处
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江苏电器 (2008 No.11)
基于热积累的电动机过载保护数学模型
理，可得到电流的正序分量有效值I +和负序分量的
有效值I -为：
I +=
1 n
[i
+2(1)+i
+2(2)+…+i
+2(k
电动机发热理论研究表明，电动机持续运行的容许负荷，主要取决于定子绕组的温度，即以定子电流的大小作为电动机过载的主要依据。但电动机

基于热积累的电动机过载保护数学模型_张浩

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