СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ФАЗ ТРЁХФАЗНЫХ МАШИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВРАЩАЮЩИХСЯ С СОВМЕЩЁННЫМИ ОБМОТКАМИ Российский патент 2019 года по МПК G01R27/16 G01R31/34 H02K11/20 

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к испытаниям электрических машин - синхронных, асинхронных электрических двигателей и генераторов с совмещенными обмотками (СО) типа «Славянка» («звезда в треугольнике»). Предложенный способ может использоваться для определения параметров указанных машин.

Известны способы определения сопротивления фаз трехфазных машин электрических вращающихся с обмотками, соединенными по типу подключения «звезда» или «треугольник» (ГОСТ 11828-86 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний»), при этом измерение сопротивления многофазных обмоток при наличии выводов начала и конца каждой фазы (далее - выводы 1, 2 и 3) производят пофазно, любым известным способом путем подключения к соответствующим выводам измерительного устройства, а при наличии отдельных выводов от частей фаз обмотки - отдельно для каждой части. При наличии промежуточных отводов какой-либо обмотки производят измерение между каждыми двумя соседними отводами, однако сумма измеренных при этом сопротивлений частей обмотки может отличаться от сопротивлений всей обмотки в целом. Если сопряжение фаз произведено внутри обмотки наглухо, то сопротивление измеряют между каждой парой линейных выводов.

При сопряжении фаз в «звезду» без вывода нейтрали сопротивление R₁ фазы, прилегающей к выводу 1, определяют как половину значения, образованного разностью суммы сопротивлений между выводами 3 и 1, 1 и 2 и сопротивления между выводами 2 и 3:

где R₃₁, R₁₂, и R₂₃ - значения сопротивлений, измеренных соответственно между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3.

При сопряжении фаз в «треугольник» сопротивление R₁ фазы между выводами 1 и 3 определяют как разность отношения удвоенного произведения значений R₁₂ и R₂₃ к значению, равному разности суммы значений R₁₂ и R₂₃ и значения R₃₁, и половины значения, равного разности суммы значений R₁₂ и R₂₃ и значения R₃₁:

Если расхождения в измеренных значениях сопротивлений R₃₁, R₁₂ и R₂₃ не превосходят ±2% при сопряжении фаз в «звезду» или ±1,5% при сопряжении фаз в «треугольник», то сопротивление одной фазы определяют следующим образом:

- при сопряжении фаз в «звезду» - как среднее арифметическое трех сопротивлений R_u, поделенное на два:

- при сопряжении фаз в «треугольник» - как половина значения R_u, умноженного на три:

Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Недостаток прототипа заключается в том, что действующие стандарты не содержат способов определения сопротивлений СО типа «Славянка» (патенты РФ 111723 Обмотка асинхронного двигателя, 113090 Машина синхронная вращающаяся с совмещенной обмоткой, 2568646 Совмещенная обмотка электромашины для 2р=12, z=36, 132271 Однослойная совмещенная обмотка электрической машины для z1=24, 2538266 Совмещенная обмотка асинхронной машины для 2р=4, z=36,144399 Совмещенная обмотка тягового асинхронного двигателя, 2528179 Совмещенная обмотка асинхронной машины для 2р=2, z=18,2507664 Малошумный асинхронный двигатель и др.).

Отсутствие указанных способов может приводить к недостаточно достоверному определению такого важного технического параметра, как значения сопротивлений фаз электрических машин с обмотками типа «Славянка», что, в свою очередь, приводит к невозможности создания адекватных схем замещения для разработки эффективных алгоритмов и систем управления такими машинами, к невозможности наиболее полной реализации преимуществ СО в части энергоэффективности и эксплуатационных характеристик электрических машин, а также к необходимости создания более сложных методов и средств управления такими машинами.

На Фиг. 1 представлена схема измерения сопротивления при сопряжении фаз в «звезду», на Фиг. 2 - при сопряжении фаз в «треугольник».

Измеряют сопротивления R₁ (Фиг. 1) и R₂ (Фиг. 2) с помощью измерительного устройства. Исходя из методики, выбранной в качестве прототипа, и общей схемы соединения совмещенных обмоток, определяют сопротивления фаз следующим образом:

где R_s - сопротивление «звезды», R_d- сопротивление «треугольника».

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в следующем:

1) реализованы возможности определения электрических потерь в СО;

2) создание адекватных схем замещения для разработки эффективных систем управления электрическими машинами с СО.

Для получения технического результата используют разработанную и верифицированную математическую модель для определения значений сопротивлений между выводами фаз совмещенных обмоток при параллельном соединении «звезды» и «треугольника».

Указанный технический результат достигается тем, что определена и верифицирована математическая модель для определения сопротивлений.

При параллельном сопряжении «звезды» и «треугольника» значения сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 (Фиг. 3) определяют как отношение удвоенного произведения значений сопротивления «звезды» R_s и сопротивления «треугольника» R_d к сумме значения сопротивления «звезды» R_s, умноженного на три, и значения сопротивления «треугольника» R_d:

Сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом (Фиг. 4, 5) выражают как отношение произведения сопротивления «звезды» R_s и суммы значений сопротивления «звезды» R_s и «треугольника» R_d к сумме утроенного сопротивления «звезды» R_s, и сопротивления «треугольника» R_d, следующим образом:

Сопротивление «треугольника» R_d получают из (7) как отношение утроенного произведения значений сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 R₃ и сопротивления «звезды» R_s к разности сопротивления «звезды», умноженного на два, и сопротивления «звезды» R_s:

Из (8) также выводят сопротивление «треугольника» R_d как отношение разности квадрата сопротивления «звезды» и утроенного произведения значения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом R₄ и сопротивления «звезды» R_s к разности сопротивлений R₄ и R_s:

Приравнивая выражения (9) и (10) из полученного уравнения выводят сопротивление «звезды» R_s как разность значения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом R₄, умноженного на три, и значения сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 R₃:

;

;

Для получения сопротивления «треугольника» R_d (11) подставляют в выражение (10) и получают выражение для R_d как отношение произведения сопротивления R₃ и разности утроенного значения R₄ и R₃ к разности удвоенного значения R₄ и R₃:

Измеряют значения сопротивлений R₃₁, R₁₂, R₂₃ - соответственно, сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3.

Определяют значение сопротивления R₃ аналогично определению сопротивления R₁ по формуле (2). Если расхождения в измеренных значениях сопротивлений R₃₁, R₁₂ и R₂₃ не превосходят ±1,5% при сопряжении фаз в «треугольник», то сопротивление R₃ определяют аналогично формуле (4).

Измеряют значения сопротивлений между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом - соответственно, R_1n, R_2n, R_3n. Определяют значение R₄ как среднее арифметическое этих значений.

Затем с использованием выражений (11) и (12) определяют сопротивления «звезды» R_s и «треугольника» R_d.

Существует также вариант применения решения, при котором определяют, является ли обмотка электрической машины совмещенной (при наличии нейтрального вывода «звезды») и правильность выполнения совмещенной обмотки.

Для проверки правильности выполнения совмещенной обмотки вычисляют отношение сопротивления «треугольника» R_d к сопротивлению «звезды» R_s. При правильном выполнении совмещенной обмотки значение отношения должно находиться в диапазоне 2,9-3,1, что было установлено экспериментально.

Способ отличается тем, что позволяет с высокой достоверностью определять значения сопротивлений совмещенных обмоток при параллельном соединении «звезды» и «треугольника» и применять методику определения сопротивлений к электрическим машинам с обмотками, выполненными по технологии «Славянка».

Применение предполагаемого изобретения

Предполагаемое изобретение предназначено для применения в процессе испытаний машин электрических вращающихся с совмещенными обмотками и контроля качества их исполнения, а также в настоящее время применяется в специализированной лаборатории предприятия-заявителя в процессе разработки и исследования конструктивных решений энергоэффективных электрических машин с совмещенными обмотками и систем управления (контроллеров), адаптированных к использованию с такими машинами.

Подписи к фигурам

Фиг. 1. Схема измерения сопротивления при сопряжении фаз обмотки электрической машины в «звезду».

Фиг. 2. Схема измерения сопротивления при сопряжении фаз обмотки электрической машины в «треугольник».

Фиг. 3. Схема измерения сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 при параллельном соединении «звезды» и «треугольника».

Фиг. 4, 5. Схема измерения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом при параллельном соединении «звезды» и «треугольника».

Список источников

1. ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 41 с.

2. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 33 с.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при испытаниях электрических машин - синхронных, асинхронных электрических двигателей и генераторов с совмещенными обмотками (обмотки типа «Славянка») и контроля качества их исполнения, а также может применяться в процессе разработки и исследования конструктивных решений энергоэффективных электрических машин с совмещенными обмотками и систем управления (контроллеров), адаптированных к использованию с такими машинами. Техническим результатом является возможность определения электрических потерь в совмещенных обмотках и создания адекватных схем замещения для систем управления электрическими машинами с совмещенными обмотками. Способ определения сопротивлений совмещенных обмоток определяет последовательность действий и математическую модель для определения значений сопротивлений совмещенных обмоток при параллельном соединении «звезды» и «треугольника» и заключается в следующем. Определяют значение сопротивления R₃ между выводами обмотки 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3, значения сопротивления между выводами - R₃₁, R₁₂, R₂₃ соответственно. Определяют значение сопротивления R₄ между выводами 1, 2, 3 обмотки и нейтральным выводом. Определяют значение сопротивления «звезды» R_s как разность утроенного значения R₄ и значения R₃: R_S=3R₄-R₃. Определяют значение сопротивления «треугольника» R_d как отношение произведения сопротивления звезды R и разности утроенного значения R₄ и R₃ к разности удвоенного значения R₄ и R₃:

.

Способ может отличаться тем, что при наличии задач контроля качества исполнения обмотки электрической машины позволяет проводить проверку правильности выполнения совмещенной обмотки путем оценки отношения сопротивления «треугольника» R_d к сопротивлению «звезды» R_s, которое должно находиться в диапазоне 2,9-3,1. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения сопротивления совмещенных обмоток синхронных и асинхронных трехфазных машин электрических вращающихся, заключающийся в том, что:

- измеряют значения сопротивления между линейными выводами обмотки «треугольника» 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 - R₃₁, R₁₂, R₂₃ соответственно и определяют значение R₃ по формуле как разность отношения удвоенного произведения значений R₁₂ и R₂₃ к значению, равному разности суммы значений R₁₂ и R₂₃ и значения R₃₁, и половины значения, равного разности суммы значений R₁₂ и R₂₃ и значения R₃₁:

либо как половина утроенного значения среднего арифметического значений R₃₁, R₁₂, R₂₃, если расхождения в измеренных значениях сопротивлений R₃₁, R₁₂ и R₂₃ не превосходят ±1,5%:

- измеряют значения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом (ноль) и определяют значение сопротивления R₄ как среднее арифметическое измеренных значений;

- определяют значение сопротивления «звезды» R_s как разность утроенного значения R₄ и значения R₃:

R_s = 3R₄ - R₃;

- определяют значение сопротивления «треугольника» R_d как отношение произведения сопротивления R₃ и разности утроенного значения R₄ и R₃ к разности удвоенного значения R₄ и R₃:

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно вычисляют отношение сопротивления «треугольника» R_d к сопротивлению «звезды» R_s и сравнивают результат этого отношения со значением величин из интервала 2,9-3,1, при этом устанавливают правильность монтажа СО, если указанное отношение R_d/R_s попадает в указанный интервал.