【導讀】多年研究軟起動(dòng)器，發(fā)現軟起動(dòng)器對電動(dòng)機的過(guò)載保護有些簡(jiǎn)單化，雖然說(shuō)是反時(shí)限保護，但實(shí)際是采用定時(shí)分段的辦法。如果要真正反應電動(dòng)機的過(guò)載能力又能對電動(dòng)機起到過(guò)載保護就必需通過(guò)熱積分，采用熱記憶功能。這樣才能保正系統的可靠性和保護的靈敏性。
1 引言
多年研究電動(dòng)機保護器，發(fā)現軟起動(dòng)器對電動(dòng)機的過(guò)載保護有些簡(jiǎn)單化，雖然說(shuō)是反時(shí)限保護，但實(shí)際是采用定時(shí)分段的辦法，有時(shí)誤動(dòng)作，有時(shí)燒電動(dòng)機。對于電動(dòng)機斷續過(guò)載保護時(shí)由于電動(dòng)機早已過(guò)熱，那么它的過(guò)載能力已經(jīng)減小，對于冷態(tài)的電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，它的過(guò)載能力要比熱態(tài)的電動(dòng)機過(guò)載能力大的多。
如果要真正反應電動(dòng)機的過(guò)載能力又能對電動(dòng)機起到過(guò)載保護就必需通過(guò)熱積分，采用熱記憶功能。這樣才能保正系統的可靠性和保護的靈敏性。
1.1 兩種典型的數學(xué)模型
軟起動(dòng)器對電動(dòng)機具有控制、保護、監測等功能，對電動(dòng)機的熱過(guò)載保護采用的反時(shí)限保護特性有多種數學(xué)模型，其中典型的有兩類(lèi)：
（1）等I2t的時(shí)間電流特性
t = k / I2
（2）IEC 60255-3[1]推薦的數學(xué)模型
以上式中： Ir — 電流整定值I — 實(shí)際電流值
t — 動(dòng)作時(shí)間（s）
K — 表征特性的常數
α— 函數指數
1.2 脫扣器的控制方式
脫扣器的控制方式可采用：
（1）積分法
以?xún)煞N典型的數學(xué)模型為例，分別求積分值：
（2）查表法
設定I—t對照表，根據當前I控制動(dòng)作時(shí)間t。
但是在實(shí)際運行中兩種方法均存在弊端。如用積分法上述的兩類(lèi)數學(xué)模型都可能造成在低于動(dòng)作值時(shí)仍能誤動(dòng)作；如用查表法在通常電流不斷變化的情況下，很難合理的控制過(guò)載脫扣的延時(shí)時(shí)間。
為了較好的解決低壓斷路器的智能控制器中長(cháng)延時(shí)脫扣器的延時(shí)控制，本文試圖按熱保護的基本原理進(jìn)行分析和探討。
2 熱保護的基本要求
根據熱平衡關(guān)系，電氣設備的發(fā)熱應等于散熱與蓄熱之和，即
（1）式中：P — 發(fā)熱功率；
Kr— 散熱系數；
S — 散熱表面積；
τ— 溫升；
c — 比熱；
G — 發(fā)熱體重量；
t — 時(shí)間。
微分方程的解為：
過(guò)載保護元件應在小于被保護電氣設備溫升允許值的設置值動(dòng)作，斷開(kāi)電路。
3 按熱平衡原理整定過(guò)載長(cháng)延時(shí)脫扣
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4 動(dòng)作值和熱時(shí)間常數的計算
4.1 動(dòng)作值
按電動(dòng)機起動(dòng)器和斷路器的要求，k2應分別小于1.2和1.3，為同時(shí)滿(mǎn)足這兩種要求，并留有裕度，可取k2=1.1～1.15。
由式（11）可取
K=k22T（12）
以K作為式（6）或（7）的截止值，當A≥K時(shí)控制器動(dòng)作，實(shí)現長(cháng)延時(shí)保護功能。
式（9）和（10）可轉換為：
4.2 熱時(shí)間常數的計算
在已知任意—N值下要求的tr值，即可計算T。
4.3 延時(shí)時(shí)間的計算
按式（13）計算在不同過(guò)載電流下的延時(shí)時(shí)間，并考慮電流測量誤差的影響，計算結果見(jiàn)表1（計算時(shí)取T=642s）。
為測量智能脫扣器實(shí)態(tài)通電時(shí)的A值，可以采用數值積分的方法等間隔的測量電流和計算A值并與K值比較。
設測量間隔為Δt,并且初始溫升為0，由式（6）和（7）
上列各式中N可以為變量。
逐次計算，逐次與k比較，直至Ax≥k時(shí)控制器動(dòng)作。則
在有輔助電源的情況下，A值逐漸遞減，直至軟起動(dòng)器重新起動(dòng)，A值又開(kāi)始遞增；或輔助電源斷開(kāi)，A值清零。
為防止過(guò)載脫扣后，軟起動(dòng)器在短時(shí)內的再接通并在短時(shí)內再分斷，可設置一定的恢復時(shí)間，以保證在恢復時(shí)間內，軟起動(dòng)器不得起動(dòng)。
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6 測量誤差分析
對式（8）微分：
對應表1中的計算值tr，在表2中列出p和f的相應值。
表2 與表1中計算值tr對應的p和f值
表2的誤差傳遞系數f的估算值與表1的計算結果基本相符。
由表1及表2可以看出在較低過(guò)載倍數下由電流測量誤差所引起的延時(shí)時(shí)間誤差較大。
7 保護特性的斜率調節
7.1 建立數學(xué)模型
為了滿(mǎn)足不同的配合需要，現在有的制造廠(chǎng)**了改變長(cháng)延時(shí)保護特性斜率的調節功能[2]或參照IEC 60255標準**了不同數學(xué)模型的保護特性。為了實(shí)現保護特性的斜率調節，本文推薦兩種數學(xué)模型并用的方案。
（1）基本數學(xué)模型
經(jīng)對比分析我們可以以式（7）作為基本保護特性的基本數學(xué)模型。
（2）用于斜率調節的數學(xué)模型
可選用國家標準GB 14598.7（等同IEC 60255-3）推薦的數學(xué)模型用于斜率調節。根據GB 14598.7：
（16）式中：N=I/Ir
指數α可選
K為常數
現以三種斜率的保護特性為例：
A型反時(shí)限
tr=K/（N0.02-1） （17）
B型反時(shí)限
tr=K/（N-1） （18）
C型反時(shí)限
tr=K/（N4-1） （19）
K值可根據保護要求設定，或參照前述基本保護特性NIr（如N=2或N=6）對應的時(shí)間tr設定。
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