Способ защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора Российский патент 2021 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах для защиты от короткого замыкания

Известно устройство защиты от короткого замыкания [патент РФ №2399137С1, кл. Н02Н 7/06, 26.12.2008 г.], установленное в генераторе переменного тока для управления током возбуждения, создаваемым обмоткой возбуждения генератора переменного тока, содержащее пусковой переключатель, электрически соединенный с обмоткой возбуждения и работающий так, что включение/выключение пускового переключателя соответствует пропусканию/отсечке тока возбуждения; датчик, имеющий узел токового входа и узел токового выхода, соответственно электрически соединенные с пусковым переключателем и потенциалом заземления, при этом датчик пропускает ток возбуждения, когда пусковой переключатель включен; цепь усиления, содержащая входной конец и выходной конец, при этом входной конец электрически присоединен к узлу токового входа датчика.

Недостатком аналога является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.

Известно устройство для защиты генератора переменного тока от короткого замыкания в системе электроснабжения с резервированием [патент РФ №1017146, кл. Н02Н 7/06, 27.08.2004 г.], содержащее контактор для подключения генераторов к шинам, блок трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, блок трансформаторов тока в цепи нагрузки, полупроводниковые диоды по числу фаз генератора и исполнительный элемент, вход которого подключен к выходу однополупериодного выпрямителя, образованного диодами и встречно-включенными вторичными обмотками блоков трансформаторов тока, вторичные обмотки блоков трансформаторов тока, шунтированые диодами, при этом по отношению к диодам выпрямителя диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, включены согласно, а диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи нагрузки, - встречно.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.

Известен способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания [патент США №4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], реализуемый устройством, содержащим генератор с постоянными магнитами, первую, вторую и третью выходные клеммы, блок защит, содержащий первую, вторую и третью пару электрических контактов, и первую, вторую, третью обмотку статора. Первая обмотка статора электрически соединена между первой парой электрических контактов и нейтральной точкой. Вторая обмотка статора электрически соединена между второй выходной клеммой и нейтральной точкой. Третья обмотка статора электрически соединена между третьей парой электрических контактов и нейтральной точкой. Третья обмотка статора содержит средства для открытия и закрытия первой и второй пары электрических контактов в ответ на сигнал управления.

У данного аналога есть ряд недостатков. Во-первых, обмотка статора обладает невысоким эксплуатационным ресурсом, который обуславливается тем что при коротком замыкании обмотка статора магнитоэлектрического генератора подвергается воздействию тока короткого замыкания цели ком. Во-вторых, он имеет ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что управляющий сигнал определяется только значением силы тока.

Известен способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, реализуемый устройством защиты магнитоэлектрического генератора [патент РФ №2691735, кл. Н02К 1/14 (2006.01), 17.09.2018 г.], содержащим ротор, магнитопровод статора с пазовой, основной обмоткой и тороидальной, вспомогательной обмоткой подмагничивания, которая электрически соединена с источником постоянного тока, а также электрически соединена с блоком электрических сопротивлений, который электрически соединен с системой управления, а система управления электрически соединена с многоканальным вольтметром, который соединен с фазами основной обмоткой. Тороидальная, вспомогательная обмотка подмагничивания электрически соединена с выпрямительным устройством, которое электрически соединено с трехфазным инвертором и системой управления. Трехфазный инвертор соединен со стартером маршевого двигателя летательного аппарата. Система управления осуществляет управление магнитоэлектрическим генератором через коммутирующие ключи. Основные обмотки также соединены с нагрузкой через многоканальный вольтметр. Основная обмотка и тороидальная, вспомогательная обмотка подмагничивания имеют выводные концы.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, сложность защиты от короткого замыкания, необходимость в источнике постоянного тока. Кроме того, наличие обмотки подмагничивания уменьшает коэффициент заполнения медью основной обмотки, что ведет к повышению плотности тока основной обмотки и как следствие увеличению потерь в основной обмотке.

Наиболее близким к заявленному способу является способ управления системы защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания [Патент РФ №2644586, кл. Н02Н 7/06 (2006.01) 28.04.2017], по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, после обнаружения короткого замыкания на фазной обмотке генератора данную обмотку последовательно соединяют с обмоткой подмагничивания, увеличивают индуктивное сопротивление фазной обмотки и уменьшают ток короткого замыкания до номинального, а после этого отключают магнитоэлектрический генератор от привода, с возможностью обеспечения защиты от перегрева магнитоэлектрического генератора.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, сложность защиты от короткого замыкания, необходимость в обмотке подмагничивания. Кроме того, наличие обмотки подмагничивания уменьшает коэффициент заполнения медью основной обмотки, что ведет к повышению плотности тока основной обмотки и как следствие увеличению потерь в основной обмотке.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря изменению активного сопротивления обмотки в режиме короткого замыкания и, как следствие, увеличение надежности магнитоэлектрического генератора.

Технический результат - повышение надежности работы магнитоэлектрического генератора за счет защиты от короткого замыкания обмоток.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в способе защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора, по которому определяют наличие короткого замыкания по величине температуры, величине тока и величине напряжения, согласно изобретению, после обнаружения короткого межвиткового замыкания в одной из катушек, ее отсоединяют от других катушек, размыкая ключи, соединяющие ее с нагрузкой и замыкают шунтирующий ее ключ.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен поперечный разрез магнитоэлектрического генератора, на фиг. 2 изображена электрическая схема соединения способа защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора.

Пример конкретной реализации способа.

В качестве материального средства, реализующего способ, используется магнитоэлектрический генератор мощностью 60 Вт, частота вращения 3000 об/мин, номинальный ток фазы 1,21 А, номинальное фазное напряжение 8 В, обмотка шестифазная зубцовая (однослойная), статор имеет 12 пазов, ротор имеет 14 полюсов. Фазы обмотки гальванически и термически разъединены. Температура катушки в номинальном режиме работы 40°C.

Устройство защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора содержит (фиг. 1) ротор 1, магнитопровод статора 2 с пазовой обмоткой 3, которую соединяют с системой управления 4 и нагрузкой 5. Пазовая обмотка 3 имеет фазы За состоящие из катушек 6 (количество катушек зависит от типа обмотки, количества пазов и полюсов), на выводах которой устанавливают измерительный блок 7, при помощи которого определяют напряжение, температуру и ток катушек 6. После измерительного блока 7 располагают по три ключа 8а, 86, 8в (фиг. 2), и соединяют их с нагрузкой 5. Ключи 8а, 86, 8в, и измерительный блок 7 подключают к системе управления 4. Для пояснения принципа работы устройства вводят аварийную катушку 6а.

Способ защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора реализуется следующим образом: при вращении ротора 1 по магнитопроводу статора 2 протекает магнитный поток возбуждения. При этом по закону электромагнитной индукции в основной обмотке 3 наводится электродвижущая сила (ЭДС), величина которой зависит от числа витков в катушках 6 и 6а, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении номинальной нагрузки 5 к обмотке 3, в катушках 6 и 6а начинает протекать номинальный ток 1,21 А, фазное номинальное напряжение обмотки 3 - 8 В, напряжение катушек 6 - 8 В (т.к. фаза состоит из одной катушки). В номинальном режиме работы ключи 8а и 8в замкнуты, 86 разомкнут. При критических режимах работы (межвитковом замыкании), когда значения напряжение катушки 6а, измеряемое измерительным блоком 7, на 15% меньше от расчетного, ток катушки 6а, измеряемый измерительным блоком 7, на 15% больше либо меньше расчетного (номинального), а температура катушки 6 более чем 1,3 раза больше расчетной температуры, то система управления 4 разъединяет ключи 8а и 8в, а 86 замыкает. В результате в катушку 6а, в которой произошло межвитковое замыкание коммутируется ее же активное сопротивление, тем самым токи в аварийной катушке 6а снижаются, и аварийная катушка 6а электрически отсоединяется (отключается) от остальных катушек 6 обмотки 3. Тем самым при межвитковом замыкании аварийная катушка 6а не испытывает теплового разрушения и не вносит нелинейности в цепь исправных катушек 6 и обмотки 3 в целом. В таблице 1 представлены значения токов в номинальном режиме работы, при межвитковом коротком замыкании катушки 6а и при межвитковом коротком замыкании в катушке 6а с шунтированием этой катушки.

Таблица 1. Значения токов при межвитковом замыкании катушки 6а

Как видно из этой таблицы при использовании предложенного способа ток межвиткового замыкания уменьшается с 165 А до 93 А, температура обмотки - со 150°С до 90°С.

Итак, заявляемый способ позволяет расширить функциональные возможности благодаря изменению активного сопротивления обмотки в режиме короткого замыкания, увеличить надежность магнитоэлектрического генератора и защитить магнитоэлектрический генератор от короткого замыкания.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах для защиты от короткого замыкания. Техническим результатом является повышение надежности работы магнитоэлектрического генератора за счет защиты от короткого замыкания обмоток. Способ защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора, по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, отличающийся тем, что после обнаружения короткого межвиткового замыкания на катушке, которая гальванически и термически развязана от других катушек фазы магнитоэлектрического генератора, катушку отсоединяют от других катушек обмотки и коммутируют ее саму на себя. 2 ил., 1 табл.

Способ защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора, по которому определяют наличие короткого замыкания по величине температуры, величине тока и величине напряжения, отличающийся тем, что после обнаружения короткого межвиткового замыкания в одной из катушек, ее отсоединяют от других катушек, размыкая ключи, соединяющие ее с нагрузкой, и замыкают шунтирующий ее ключ.