本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電機(jī)過力矩的保護(hù)方法。

背景技術(shù)：
電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現(xiàn)場驅(qū)動設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力、石油、冶金、化工等行業(yè)。在現(xiàn)場流體控制中被驅(qū)動設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)問題，就會在電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中體現(xiàn)出來。因此電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)還擁有另一個身份——“被驅(qū)動設(shè)備保護(hù)者”，它的作用就體現(xiàn)在對被驅(qū)動設(shè)備正常使用的監(jiān)測，這當(dāng)中最終要的一點(diǎn)就是過力矩保護(hù)。它的控制精度直接決定著執(zhí)行器能否對自身和連接的閥門起到保護(hù)作用。目前電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力矩保護(hù)動作比較遲緩，存在比較大的誤差，控制精度不準(zhǔn)。這樣就導(dǎo)致電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)很容易導(dǎo)致被驅(qū)動設(shè)備的損壞，在運(yùn)行中力矩動作遲緩無法達(dá)到應(yīng)用要求。所以需要讓力矩保護(hù)措施，提高控制精度，減少設(shè)備損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種電機(jī)過力矩的保護(hù)方法，該方法解決了當(dāng)前對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力矩保護(hù)過程中存在比較大的誤差，控制精度不準(zhǔn)等問題，在實(shí)際應(yīng)用中更快更準(zhǔn)的響應(yīng)力矩保護(hù)。該方法不僅用于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，也可廣泛用于各類電機(jī)驅(qū)動設(shè)備中存在的力矩保護(hù)的領(lǐng)域。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種電機(jī)過力矩的保護(hù)方法，其特征在于：該方法通過電流采樣電路、電壓采樣電路、處理器電路和位置傳感器電路對電機(jī)過力矩進(jìn)行保護(hù)，其中，電流采樣電路包括電流互感器，電壓采樣電路包括電壓互感器，處理器電路包括單片機(jī)，位置傳感器電路包括絕對光電隔離編碼器，具體步驟如下：步驟1，實(shí)時(shí)獲取電機(jī)的電壓、電流和電機(jī)控制開關(guān)運(yùn)行位置信息：電流采樣電路、電壓采樣電路、位置傳感器電路分別采集電機(jī)的電壓、電流和電機(jī)控制開關(guān)運(yùn)行位置，輸入給處理器電路；步驟2，計(jì)算電機(jī)力矩：處理器電路依據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)前的電機(jī)力矩：F＝(P×η)/V，其中P＝U*I*cosθ，式中：F為力矩；P為電機(jī)輸入功率；U為電壓；電流為I；cosθ為電機(jī)功率因數(shù)；V為電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速；η為機(jī)電總效率；步驟3，判定電機(jī)是否啟動：如果電機(jī)已啟動，進(jìn)入步驟4；如果電機(jī)未啟動，進(jìn)入步驟5；步驟4，判定電機(jī)是否在運(yùn)行至末端位置換向，所述的運(yùn)行至末端位置換向是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門開關(guān)至全開位置或全關(guān)位置時(shí)電機(jī)換相反轉(zhuǎn)工作；如果是，延時(shí)2s-6s后進(jìn)入步驟5；如果否，延時(shí)100ms-2s后進(jìn)入步驟5；步驟5，比較當(dāng)前力矩F是否大于等于設(shè)定值，處理器電路將當(dāng)前力矩F與用戶設(shè)定過力矩保護(hù)的力矩設(shè)定值進(jìn)行比較，如果大于等于設(shè)定值，進(jìn)入步驟6；否則，返回步驟3進(jìn)入下一輪過力矩保護(hù)分析；步驟6，輸出報(bào)警和停閥信號。在上述方法中，力矩F是基于公式U×I×η＝F×V進(jìn)行換算的，其中，η作為機(jī)電總效率，應(yīng)實(shí)際測量獲得，據(jù)實(shí)測情況，其與電機(jī)速度密切相關(guān)，關(guān)系式如下：η＝α×V2+β×V+γ式中：V為電機(jī)速度，α為二次項(xiàng)系數(shù)，β為一次項(xiàng)系數(shù)，γ為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。需要補(bǔ)充說明的是，在機(jī)械傳動上，順時(shí)針和逆時(shí)針的傳動效率不一樣，順時(shí)針相對于逆時(shí)針傳動效率為0.95，因此，單片機(jī)運(yùn)算中應(yīng)設(shè)定根據(jù)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)自動對機(jī)電總效率η值的修正。在電機(jī)輸入功率計(jì)算上，P＝U×I×cosθ，其中：U是固定值，二相是220V，三相是380V。cosθ是電機(jī)功率因數(shù)，本發(fā)明是根據(jù)以下方法計(jì)算功率因數(shù)cosθ的θ值。θ值就是同一時(shí)刻電壓和電流的相位差。因此，我們在某一時(shí)刻采樣獲取電壓u和電流i瞬時(shí)值，緊跟其后進(jìn)行200us的采樣，由于電流電壓的頻率都是工頻，為50HZ，這樣一個周期就采樣100次，與之對應(yīng)間隔圓周角度值就是3.6度，分別記錄電壓采樣過零點(diǎn)時(shí)間T1和電流采樣過零點(diǎn)時(shí)間T2，則：過零點(diǎn)時(shí)電壓的相位：過零點(diǎn)時(shí)電流的相位：電壓U和電流I過零點(diǎn)相位差：θ＝|θ1-θ2|上述求值利用單片機(jī)的計(jì)算能力可以輕松計(jì)算得到。采用本發(fā)明，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制和驅(qū)動設(shè)備時(shí)，對電機(jī)出現(xiàn)過力矩進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和保護(hù)，優(yōu)點(diǎn)在于：1.在高精度的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)避免了電機(jī)啟動電流帶來的影響而產(chǎn)生的誤動作。2.只有在電機(jī)正在啟動時(shí)，設(shè)置避讓開過力矩檢測時(shí)間，其余時(shí)間正常檢測比較，不影響其在正常情況下的及時(shí)性。3.在電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于運(yùn)行末端的時(shí)候，由于被驅(qū)動設(shè)備的嚴(yán)密性要求，其啟動力矩會增大，故需要在運(yùn)行末端反向運(yùn)動時(shí)，設(shè)置避讓時(shí)間，不進(jìn)行力矩比較，以避免誤動作。4.當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于運(yùn)行末端的時(shí)，只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)反向運(yùn)動時(shí)設(shè)置避讓時(shí)間，否則有可能拉壞被驅(qū)動設(shè)備。5.電機(jī)輸出力矩一直在采樣，且是先判斷電機(jī)是否正在啟動和是否處在運(yùn)行末端位置，而不是在過力矩后判斷，這樣使過力矩檢測更為及時(shí)。附圖說明圖1本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系圖圖2本發(fā)明電流采樣電路實(shí)施例圖圖3本發(fā)明電壓采樣電路實(shí)施例圖圖4本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的流程圖具體實(shí)施方式以下根據(jù)附圖具體介紹本發(fā)明。圖1介紹了本發(fā)明的一種電機(jī)過力矩的保護(hù)方法實(shí)現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系圖，該電路包括電機(jī)的電流采樣電路、電壓采樣電路、處理器電路、位置傳感器電路，其中：電流采樣電路包括電流互感器。處理器電路為單片機(jī)電路，單片機(jī)電路與報(bào)警器連接，單片機(jī)電路通過電機(jī)控制電路與電機(jī)連接。如圖2；電壓采樣電路包括電壓互感器，如圖3；處理器電路為單片機(jī)；位置傳感器電路包括絕對光電隔離編碼器。圖4詳細(xì)介紹了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的方法，該方法通過電流采樣電路、電壓采樣電路、處理器電路和位置傳感器電路對電機(jī)過力矩進(jìn)行保護(hù)，在開啟電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門開關(guān)開始工作，具體步驟如下：步驟1，實(shí)時(shí)獲取電機(jī)的電壓和電流和電機(jī)控制開關(guān)運(yùn)行位置信息：電流采樣電路、電壓采樣電路、位置傳感器電路分別采集電機(jī)的電壓、電流和電機(jī)控制開關(guān)運(yùn)行位置，輸入給處理器電路；步驟2，計(jì)算電機(jī)力矩：處理器電路依據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)前的電機(jī)力矩：F＝(P×η)/V，其中P＝U×I×cosθ，式中：F為力矩；P為電機(jī)輸入功率；U為電壓；I為電流；cosθ為電機(jī)功率因數(shù)；V為電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速；η為機(jī)電總效率；力矩F是基于公式U×I×η＝F×V進(jìn)行換算的，其中，η作為機(jī)電總效率，應(yīng)實(shí)際測量獲得，據(jù)實(shí)測情況，其與電機(jī)速度密切相關(guān)，關(guān)系式如下：η＝α×V2+β×V+γ式中：V為電機(jī)速度，α為二次項(xiàng)系數(shù)，β為一次項(xiàng)系數(shù)，γ為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。在機(jī)械傳動上，順時(shí)針和逆時(shí)針的傳動效率不一樣，順時(shí)針相對于逆時(shí)針傳動效率為0.95，因此，單片機(jī)運(yùn)算中應(yīng)設(shè)定根據(jù)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)自動對機(jī)電總效率η值的修正。在電機(jī)輸入功率計(jì)算上，P＝U×I×cosθ，其中：U是固定值，二相是220V，三相是380V。cosθ是電機(jī)功率因數(shù)，本發(fā)明是根據(jù)以下方法計(jì)算功率因數(shù)cosθ的θ值。θ值就是同一時(shí)刻電壓和電流的相位差。因此，在某一時(shí)刻采樣獲取電壓u和電流i瞬時(shí)值，緊跟其后進(jìn)行200us的采樣，由于電流電壓的頻率都是工頻，為50HZ，這樣一個周期就采樣100次，與之對應(yīng)間隔圓周角度值就是3.6度，分別記錄電壓采樣過零點(diǎn)時(shí)間T1和電流采樣過零點(diǎn)時(shí)間T2，則：過零點(diǎn)時(shí)電壓的相位：過零點(diǎn)時(shí)電流的相位：電壓U和電流I過零點(diǎn)相位差：θ＝|θ1-θ2|上述求值利用單片機(jī)的計(jì)算能力可以輕松計(jì)算得到。步驟3，判定電機(jī)是否啟動：如果電機(jī)已啟動，進(jìn)入步驟4；如果電機(jī)未啟動，進(jìn)入步驟5；步驟4，判定電機(jī)是否在運(yùn)行至末端位置換向？所述的運(yùn)行至末端位置換向是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門開關(guān)至全開位置或全關(guān)位置時(shí)電機(jī)換相反轉(zhuǎn)工作；如果是，延時(shí)2s-6s后進(jìn)入步驟5，在具體實(shí)施中，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，如圖4設(shè)定為延時(shí)2s；如果否，延時(shí)100ms-2s后進(jìn)入步驟5，在具體實(shí)施中，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，如圖4設(shè)定延時(shí)150ms；步驟5，比較當(dāng)前力矩F是否大于等于設(shè)定值？處理器電路將當(dāng)前力矩F與用戶設(shè)定過力矩保護(hù)的力矩設(shè)定值進(jìn)行比較，如果大于等于設(shè)定值，進(jìn)入步驟6；否則，返回步驟3進(jìn)入下一輪過力矩保護(hù)分析；步驟6，輸出報(bào)警和停閥信號。此時(shí)處理器電路發(fā)出報(bào)警信號給報(bào)警器，同時(shí)輸出停閥的控制指令，即關(guān)閉電機(jī)電源停止電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，避免因故障造成的過力矩而損壞機(jī)電設(shè)備。