电动机热过负荷保护的算法与应用研究

电力系统过载保护技术研究电力系统作为现代社会中至关重要的基础设施之一，其稳定运行对社会的发展和安全至关重要。

然而，由于各种原因，如天气、设备故障等，电力系统过载保护问题一直困扰着电力行业工作者。

本文将探讨电力系统过载保护技术的研究现状及未来发展趋势。

一、电力系统过载保护的必要性电力系统的过载保护是电力系统安全运行的重要保障之一。

在电网传输能量的过程中，由于各种原因，如负载突然增大、厂站设备故障等，电力系统有可能产生过载现象，一旦出现过载，就会对电力输送的质量和电网设备造成严重的损坏。

因此，电力系统必须具备有效的过载保护措施，以保证电网设备的正常运行，并避免不必要的电网故障。

二、电力系统过载保护技术研究现状1.传统电力保护装置在传统电力保护装置中，主要采用了“直接比率法”和“时限制动法”两种算法。

其中“直接比率法”是指通过对电流、电压等元器件进行比较，从而实现电力保护的方式。

而“时限制动法”是指在一定时间内，对电流、电压等元器件进行监控，如果超过预定的值，则会自动切断断路器，从而实现对电力系统的保护。

虽然这两种方法都能够实现电力保护，但其在应对复杂过载情况时表现并不出色，容易漏掉一些过载故障。

2.数字保护技术数字保护技术是指通过数字模拟技术实现保护控制的一种新型保护方法。

与传统电力保护装置相比，数字保护技术具有更高的灵敏度和更好的抗干扰性。

数字保护技术主要通过使用数字信号处理器（DSP）进行处理，从而实现高速、准确地检测电力系统的过载情况。

数字保护技术具有较强的智能化和通讯能力，可以根据系统实时变化来调整保护参数，并通过通讯网络向运行管理人员提供更加完整的信息。

数字保护技术已经成为了大型电力系统过载保护的主要手段。

三、电力系统过载保护技术未来发展趋势1.智能化未来的电力系统过载保护技术将更加智能化。

通过引入人工智能和大数据技术，电力系统管理人员可以更好地理解电力系统的运行情况，并对电力系统中的异常情况进行快速反应。

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。

电动机过温保护装置的原理及应用研究引言电动机是现代工业生产中不可或缺的重要设备之一。

在电动机的运行过程中，由于各种原因可能导致电机过热，从而损坏电机甚至引发火灾等安全事故。

为了避免这些问题的发生，人们研发了电动机过温保护装置。

本文将探讨电动机过温保护装置的原理以及其在不同领域的应用研究。

一、电动机过温保护装置的原理1.1 热敏电阻原理电动机过温保护装置常常采用热敏电阻作为温度测量元件。

热敏电阻的电阻值会随温度的升高而发生变化，利用这个原理可以将电动机内部温度转换为电阻的变化。

通常采用的热敏电阻材料有铂、镍、铜等。

热敏电阻的电阻-温度特性曲线需提前校准，以确保准确测量电动机的温度。

1.2 温度传输原理电动机过温保护装置的另一个重要原理是温度传输。

装置通常通过接触或非接触方式与电动机及其外壳之间建立传输热路径，以确保装置能准确获得电动机的温度信息。

温度传输物质的选择要具有良好的导热性和热稳定性，以提供准确的温度测量结果。

1.3 控制原理电动机过温保护装置在测量到电动机过高温度时，会触发控制系统，采取相应的措施以防止电动机继续升温。

控制系统可以通过断开电源、减小电机负载、产生报警信号等方式进行干预。

不同的控制方式适用于不同的工作环境和应用场景。

二、电动机过温保护装置的应用研究2.1 工业应用电动机在工业生产中广泛应用于各个领域，因此对电动机过温保护装置的需求也十分迫切。

工业领域常常采用先进的电动机过温保护装置来确保电动机运行安全稳定。

这些装置通常具有高灵敏度的温度检测功能，可以及时发现电动机过热情况并触发相应的保护措施。

2.2 家用电器随着生活水平的提高，家用电器在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。

然而，由于长时间使用或过度负荷运行，家用电器内部电机也可能会发生过热现象。

因此，在家用电器设计中，也普遍采用了电动机过温保护装置，以提高家庭产品的安全性能。

2.3 交通运输电动机在交通运输领域的应用也日益增加。

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。

电动机过载保护装置在工程中的应用探讨引言：在现代工程中，电动机是一种广泛应用的设备，用于驱动各种机械设备和工业流程。

然而，由于一些外界原因或内部故障，电动机可能会超载运行，这可能会导致严重的损坏或事故。

因此，必须采取适当的措施来保护电动机免受过载的影响。

电动机过载保护装置就是为此而设计的一种设备，本文将探讨电动机过载保护装置在工程中的应用。

一、电动机的过载保护需求1. 保护电动机：电动机在运行过程中可能会因为外界原因（如过载或短路）或内部故障（如绝缘损坏）而超载运行。

过载运行会导致电动机的温度升高，可能引起电动机损坏、故障甚至起火。

因此，为保护电动机的正常运行和延长使用寿命，过载保护装置必不可少。

2. 避免事故和损失：电动机的超载运行不仅会对电动机本身造成损坏，还会对工程系统产生严重的影响。

例如，在水泵系统中，若电动机过载运行，可能导致水泵无法正常工作，从而影响到供水系统的正常运行。

因此，通过使用过载保护装置，可以避免由于电动机故障而导致的事故和损失。

二、常见的电动机过载保护装置1. 热继电器：热继电器是一种常见的电动机过载保护装置。

它基于电动机的电流和时间来判断是否发生过载。

当电动机超过一定时间或电流超过设定值时，热继电器会触发断电装置，实现过载保护。

热继电器的优点是简单可靠，成本低廉，适用于小型电动机和低功率应用。

2. 电子过载保护器：电子过载保护器是一种基于电流测量和数字计算的过载保护装置。

它可以对电动机的电流进行精确的测量和监控，并实时对电流进行分析和判断。

一旦检测到电流超过设定值，电子过载保护器将触发保护装置，保护电动机免受过载的影响。

电子过载保护器适用于中大型电动机和高功率应用。

3. 电磁式过载保护器：电磁式过载保护器是一种基于电流和磁效应的过载保护装置。

它采用电磁设备来测量电流并触发保护装置，实现过载保护。

电磁式过载保护器具有响应速度快、动作可靠的优点，适用于高功率电动机和恶劣环境条件下的应用。

热过负荷保护
热过负荷保护反映定子、转子绕组的平均发热状况，防止电动机因过负荷及不对称过负荷而过热。

反时限动作特性为：t>τ/ (K 1I 12+K 2I 22-I f 2)
I 1 为正序电流，I 2 为负序电流，I f 为热过负荷电流值。

K 1I 12+K 2I 22 为模拟正、负序电流发热效应的等效电流。

K 1在电动机起动过程中为0.5，起动完毕后为1。

K 2=6。

τ为电动机发热时间常数（120-2400）。

正序电流I 1、负序电流I 2、过负荷电流值均为标么值，计算公式分别为：
I f = I_r/ I e
推荐热过负荷电流定值I_r 整定为I_r =1.05～1.2 Ie 。

当等效电流大于过负荷电流，即 K 1I 12+K 2I 22 > I f 2
时，电动机开始热量积累；当等效 电流小于过负荷电流，即 K 1I 12+K 2I 22 < I f 2 时，热积累通过散热逐渐减少。

过热跳闸后，跳闸接点仍保持闭合，等热量散发到一定程度时才释放，允许再次合 闸。

若需要紧急起动电动机，按下装置的复归键，方可再次起动。

热过负荷保护原理逻辑图如下： （Ia+Ib e+120j +Ic
e-120j ）/3
I e I 1= I 2= （Ia+Ib e-120j +Ic e+120j ）/3 I e
IC IB
IA
归后保护信号出口
归后
板指示灯
保护动作出口热过负 控制字 图5-41 热过负荷保护原理逻辑图。

电力系统过负荷保护算法设计与优化随着电力系统规模的不断扩大和负荷需求的增加，电力系统过负荷问题成为电力行业亟待解决的难题之一。

过负荷会导致电力设备的过载和过热，进而影响电力系统的稳定运行和设备的寿命。

因此，设计有效的过负荷保护算法成为保障电力系统安全稳定运行的关键。

电力系统过负荷保护算法主要是通过监测电力系统的电流、电压、频率等参数，当发现某个参数超出预定的安全范围时，及时采取措施，如切断故障电路等，以防止事故的发生。

在设计过负荷保护算法时，我们需要考虑以下几个方面：1. 定义过负荷阈值：根据电力设备的额定容量、工作环境和负荷变化情况，合理确定过负荷阈值。

过高的阈值可能导致设备无法正常运行，过低的阈值会频繁触发保护措施，影响电力系统的正常运行。

2. 选择监测参数：电力系统中的参数繁多，如电流、电压、频率、功率因数等。

根据电力设备的特点和安全要求，选择合适的监测参数。

一般情况下，电流是判断过负荷的重要参考参数。

3. 确定保护动作：当监测到过负荷情况时，需要及时采取保护动作来遏制设备的进一步损坏。

根据过负荷程度的不同，可以引入有序离线和有序在线动作。

有序离线动作是指在检测到过负荷时切断故障线路，避免故障的扩大。

有序在线动作是指在检测到过负荷时，逐渐减小负荷流，降低风险。

4. 延时设置：为了避免误动作，合理的延时设置是非常重要的。

延时设置应该考虑到设备的额定容量、负荷的变化趋势以及系统的实时条件。

在优化电力系统过负荷保护算法时，我们需要从以下几个方面进行改进：1. 数据分析与预测：通过对电力系统历史数据的分析与预测，可以更加准确地预测未来负荷变化趋势，并根据预测结果调整过负荷保护算法的参数。

2. 过负荷阈值的动态调整：电力系统的负荷变化是动态的，因此过负荷阈值也应该根据实时数据进行动态调整。

优化算法可以基于现有数据和负荷预测，自动调整过负荷阈值，以适应不同负荷变化情况。

3. 多参数综合考虑：在过负荷保护算法中，可以综合考虑多个参数信息，如电流、电压、频率等，以提高过负荷判断的准确性。

过负荷保护的措施1. 简介过负荷保护是一种保护电器设备和系统免受电流或功率超过其额定值时可能引起的损坏的措施。

在电力系统和工业控制系统中，过负荷保护是非常重要的，以确保设备的安全运行和延长其使用寿命。

本文将介绍一些常见的过负荷保护措施，并说明其原理和应用于不同设备和系统的方法。

2. 温度保护温度保护是一种常见且有效的过负荷保护措施。

电器设备在运行过程中会产生热量，当设备超过一定温度限制时，温度保护系统将自动切断电源，以避免过热导致损坏或火灾。

2.1 电机温度保护对于电机而言，温度保护可以通过安装热敏电阻或热敏开关来实现。

这些装置可以感知电机温度的变化，并在温度超过设定值时切断电源。

另一种常见的电机温度保护方法是使用热继电器。

热继电器是一种利用电流通过电阻丝产生热量来工作的装置。

当电机电流超过额定值时，热继电器将自动触发并切断电源。

2.2 电力电缆温度保护电力电缆也需要进行温度保护，特别是在高负荷或长时间运行的情况下。

温度保护通常通过在电缆周围安装热敏电阻器或感应温度传感器来实现。

一旦电缆温度超过设定的安全限制，保护系统将切断电源。

3. 电流保护除了温度保护，电流保护也是一种常用的过负荷保护措施。

通过监测电流的变化并与额定电流进行比较，可以实现对电气设备和系统的过负荷保护。

3.1 保险丝保险丝是一种传统的电流保护装置。

它由一个金属导线构成，在电流超过其额定值时会熔断，切断电路。

保险丝通常根据额定电流和熔断特性进行选择。

不同类型的设备和系统可能需要不同类型的保险丝来实现最佳的过负荷保护。

3.2 断路器断路器是另一种常见的电流保护装置。

它包括一个电磁触发器和一个电流感应器，当电流超过设定值时，触发器会自动切断电源。

与保险丝相比，断路器具有更高的重复使用性和更快的切断速度。

它们通常用于需要频繁操作和需要更精确的电流保护的设备和系统。

4. 功率保护功率保护是一种更高级别的过负荷保护方法，它监测设备或系统的功率变化，并在功率超过设定值时采取措施。

电动机过热保护算例电动机过热保护算例电动机过负荷（过热）定值计算1过负荷的计算 t?I1 ——正序分量I2 ——负序分量Is ——额定电流k1 ——正序发热系数k2 ——负序发热系数τ1 ——发热时间常数t ——出口时间k1的说明：其范围在0~1，不论设定为多少，启动时间结束后均自动变为1。

例如k1=0，则代表在启动时间内正序分量不参与过负荷的计算。

启动时间后按实际值计算。

一般推荐为0.1~0.3k2的说明：其范围在0~10，主要作用是当发生不对称故障时，加速过负荷动作，加速的能力取决于k2的大小，越大越快。

若k2=0，则代表负序分量不参与过负荷的计算，一般推荐为1.0。

τ1的说明：——其范围在1~9999，主要作用是决定一条反时限动作曲线，取值越大，曲线越靠上，即出口时间越长。

一般推荐为90。

t的说明：——当上面各值确定后，t就可以计算出来。

另外还有相关的几个参数τ2——散热时间常数，一般推荐0.1θalarm——热告警系数，一般推荐0.5，即提前一半告警tstart——启动时间，按真实最大启动时间乘以可靠系数得来具体举例：某电动机一次额定电流为434A，启动时间为10秒，过负荷的要求是当发生2倍过负荷时，延时30秒跳闸出口，CT变比800/5 即： ?1k1.(I1/Is)2?k2.(I2/Is)2?1.052 tstart = kk . 实际值=1.2 x 10 = 12秒①根据2倍运行30秒计算。

434AIs??2.7A800/530?τ1实际可取90说明：此步计算时，不考虑负序加速的问题，故k2（I2/Is）项取0；同时计算是考虑在正常运行过程中而非启动过程，故k1取1.0②为保证能够可靠启动，反推k1，设启动电流为6倍额定 ?1?11?86.925k1x(2)2?1.0524?1.05212?k1实际可取0.24说明：此步计算时，同样不考虑负序加速的问题，由于启动过程中电流并非始终保持在6倍，所以按6倍计算出的k1一定能保证可靠启动。

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。

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.11.06C N 103384060 A (21)申请号 201210134712.3(22)申请日 2012.05.03H02H 7/085(2006.01)(71)申请人上海华建电力设备股份有限公司地址201314 上海市浦东新区沪南公路7929号(72)发明人王晓辉 戴顺辉 施红雷 彭江胡敏(54)发明名称一种交流电动机热过载保护的方法(57)摘要本发明公开了一种交流电动机热过载保护的方法。

不需要高效的处理器和昂贵的外围电路，通过软件方法实现具有电动机起动和运行不同发热系数，具有最大值和正负序可选发热模型，具有电动机运行和停止不同散热系数，具有复位可选反时限和定时限方式的一种热过载保护的方法。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号CN 103384060 A*CN103384060A*1/1页1.一种交流电动机热过载保护的方法，其特征在于它通过以下具体步骤完成：(1)装置上电后，根据设定的热过载各个参数计算相关常数；(2)根据电流判断电动机的运行状态，停机状态跳转(7)，否则进入(3)；(3)根据设定的最大值或正负序热模型、电动机的起动状态或运行状态计算单位时间的热容量；计算热容量总和；(4)判断热容量总和是否大于跳闸热容量常数，如果大于进入(5)，否则跳转(6)；(5)跳闸、闭锁电动机再一次起动，返回(2)；(6)计算电动机距离跳闸的时间，返回(2)；(7)判断是否为反时限自动复位，如果是进入(8)，否则跳转(10)。

(8)根据电动机停止散热系数计算单位时间的热容量；计算热容量总和；(9)判断热容量总和是否小于返回热容量常数，如果小于跳转(13)，否则返回(2)；(10)判断是否已经热过载跳闸闭锁再一次起动，如果不是返回(2)，否则进入(11)；(11)累加跳闸后的单位时间；(12)判断跳闸后的时间是否大于定时限返回延时时间常数，如 果不是返回(2)，否则进入(13)；(13)热过载闭锁解除，允许再一次起动电动机，返回(2)。

电动机过热保护算例在工业生产和日常生活中，电动机是一种广泛应用的动力设备。

然而，由于各种原因，电动机在运行过程中可能会出现过热的情况，如果不及时采取保护措施，可能会导致电动机损坏，甚至引发安全事故。

因此，对电动机进行过热保护是非常重要的。

电动机过热的原因有很多，比如过载运行、电源电压过高或过低、电机绕组短路或断路、通风不良等。

为了有效地保护电动机，我们需要根据具体情况选择合适的过热保护方法，并进行相应的计算和设置。

我们先来看一个简单的算例。

假设有一台三相异步电动机，其额定功率为10kW，额定电压为380V，额定电流为20A，功率因数为085，效率为 09。

该电动机在运行过程中，负载功率为 12kW，过载时间为30 分钟。

首先，我们需要计算电动机的正常运行电流。

根据公式：＼（I ＝＼frac{P}｛＼sqrt{3}U\cos\varphi\eta}＼）其中，＼（P\）为电动机的功率，＼（U\）为电压，＼（＼cos\varphi\）为功率因数，＼（＼eta\）为效率。

将数值代入公式，可得：＼（I ＝＼frac{10000}｛＼sqrt{3}×380×085×09} ≈ 198 A\）接下来，我们计算过载时的电流。

由于负载功率为 12kW，所以过载电流为：＼（I_{过载} ＝＼frac{12000}｛＼sqrt{3}×380×085×09} ≈ 238 A\）根据电动机的过载特性，我们知道过载电流持续时间过长会导致电动机过热。

假设该电动机允许的过载时间为 10 分钟，而实际过载时间为 30 分钟，显然已经超过了允许的范围。

为了保护电动机，我们可以采用热继电器进行过热保护。

热继电器的动作电流通常按照电动机额定电流的 11 12 倍进行整定。

在这个例子中，我们可以将热继电器的动作电流整定在 22 24A 之间。

另外，我们还可以考虑使用温度传感器来监测电动机的温度。