RU2582593C1 - Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой - Google Patents
Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2582593C1 RU2582593C1 RU2015112532/07A RU2015112532A RU2582593C1 RU 2582593 C1 RU2582593 C1 RU 2582593C1 RU 2015112532/07 A RU2015112532/07 A RU 2015112532/07A RU 2015112532 A RU2015112532 A RU 2015112532A RU 2582593 C1 RU2582593 C1 RU 2582593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetoelectric generator
- generator
- short circuit
- magnetoelectric
- current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
- H02P9/107—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение используется в области электротехники и электромашиностроения. Технический результат: повышение эксплуатационного ресурса обмотки статора, повышение надежности и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях. Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания содержит привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения и датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку. При этом датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки магнитоэлектрического генератора, а активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией проводников обмотки магнитоэлектрического генератора. Разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания. Магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания, не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30 А/мм2. Блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод. Также заявлен способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных объектов.
Известен способ управления системой защиты генератора от короткого замыкания и устройство для его реализации [патент РФ №2399137 С1, 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.
Основным недостатком такого способа являются 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 шунтированные 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.
Основным недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.
Известна конструкция устройства защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], содержащего 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.
Известна конструкция устройства защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №7276871, кл. Н02Н 7/085, 02.10.2007 г.], содержащая генератор с постоянными магнитами, каждая фазная обмотка которого соединена с нейтральным проводом через двунаправленный транзистор, при кротком замыкании с системы управления подается сигнал на отключение фазной обмотки от нейтрального провода.
Недостатком этой конструкции является невозможность срабатывания защиты при межвитковых коротких замыканиях.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому являются способ управления системой защиты и система защиты [патент США №7663849, кл. Н02Н 7/00, 16.02.2010 г.], содержащая привод, магнитоэлектрический генератор, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, выполненный в виде двунаправленного транзистора, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, при этом указанной системой наличие короткого замыкания определяют по абсолютной величине температуры, абсолютной величине тока и абсолютной величине напряжения, которые измеряют соответственно датчиком температуры, датчиком тока и датчиком напряжения, при этом результаты измерения передают в систему управления генератором, где по их величине судят о наличии короткого замыкания и передают сигнал на привод генератора для его останова.
Недостатками данной системы и способа ее управления являются ограниченные функциональные возможности и невысокое быстродействие системы, обусловленное использованием абсолютных величин, а также высокой постоянной времени датчика температуры, ввиду чего может произойти оплавление изоляции обмоток магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании.
Задачи изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря работоспособности защиты при межвитковых коротких замыканиях и повышение быстродействия защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания благодаря оперированию не абсолютными величинами температуры, а ее приращением во времени; снижение постоянной времени датчика температуры благодаря его непосредственной установки в пазу на каждой фазе обмотки генератора и минимизация повреждений генератора при коротком замыкании благодаря изготовлению его с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает 2 номинальных токов при плотности тока КЗ в обмотках генератора не более 30 А/мм2.
Техническим результатом является повышение эксплуатационного ресурса обмотки статора, повышение надежности и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в системе защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, содержащей привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, согласно изобретению датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки магнитоэлектрического генератора, причем активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией проводников обмотки магнитоэлектрического генератора, при этом разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания, причем магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30 А/мм2, при этом блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку.
Поставленная задача решается и указанный технический результат также достигается тем, что в способе управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, согласно изобретению о наличии короткого замыкания судят по изменению действующих значений тока и напряжения, при повышении которых происходит отключение магнитоэлектрического генератора от нагрузки, после чего оценивают изменение температуры обмотки во времени и скорость изменения температуры, и если после отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки происходит повышение температуры обмотки при значительной скорости этого повышения, то сигнал передают посредством блока управления на остановку магнитоэлектрического генератора на привод и сигнал на отключение фазных обмоток от нейтрального провода, а если после отключения нагрузки температура снижается или возрастает при незначительной скорости, то короткое замыкание имеет место не в самом магнитоэлектрическом генераторе, а на нагрузке.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема системы защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. На фиг. 2 изображено изменение температуры обмотки во времени при коротком замыкании на генераторе. На фиг. 3 изображено изменение температуры обмотки во времени при коротком замыкании на нагрузке.
Предложенное устройство содержит привод 1, соединенный с магнитоэлектрическим генератором 2, обмотку магнитоэлектрического генератора 3, состоящую из нейтрального провода 4 и фаз 5, при этом фазы, соединенные через разъединители 6, выполненные в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания с нейтральный проводом 4, датчики температуры 7, установленные на каждой фазе 5, блок управления 8, датчики тока и напряжения 9, нагрузку 10.
Предложенное устройство работает следующим образом: привод 1 передает механическую энергию магнитоэлектрическому генератору 2, и по обмотке генератора 3, состоящей из нейтрального провода 4 и фаз 5, начинает протекать ток. При коротком замыкании в обмотках магнитоэлектрического генератора повышается температура, изменение которой оценивается датчиками температуры 7, установленными на каждой фазе 5, а также датчиками тока и напряжения 9 отслеживаются соответствующие величины, блоком управления 8 анализируется совокупность показаний датчиков температуры 7, тока и напряжения 9 и определяется наличие короткого замыкания. При выявлении короткого замыкания блоком управления 8 подается три сигнала: на остановку привода 1, на разъединение магнитоэлектрического генератора 2 и нагрузки 10 и на разъединение фаз 5 с нейтральным проводом 4 через терморезисторы с возможностью принудительного размыкания. В случае если разъединения фаз 5 с нейтральным проводом 4 не произошло, то происходит их автоматическое размыкание при достижении терморезисторами критической температуры. В случае возникновения межвитковых коротких замыканий происходит полный останов привода 1. Кроме того, так как ток магнитоэлектрического генератора 2 ограничен индуктивными сопротивлениями, то короткое замыкание не приводит к его значительным повреждениям.
Пример конкретной реализации способа
При работе магнитоэлектрического генератора, выполненного с постоянными магнитами Sm2Co17, мощностью 100 кВт, частотой вращения 24000 об/мин, с обмоткой, выполненной из провода ПНЭТимид (температурный индекс 240°C), причем каждая фаза обмотки соединена с нейтральным проводом через терморезисторы с возможностью принудительного размыкания (фиг. 1), возникает короткое замыкание и по датчикам тока определяется увеличение тока в два раза от номинального (с 300 А до 600 А), а по датчикам напряжения соответствующее данному току падение напряжения. При этом срабатывает устройство отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки. После чего датчиками температуры, установленными непосредственно в пазу, на каждой фазе обмотки измеряется изменение температуры обмотки генератора во времени, которая за 1 секунду повышается на всех трех фазах со значительной скоростью (с 222°C до 229°C), фиг. 2. Из чего делается вывод о наличии короткого замыкания внутри магнитоэлектрического генератора, и блоком управления формируется управляющий сигнал на остановку привода генератора, а также подается сигнал на терморезистор с возможностью принудительного размыкания на разъединение фаз в магнитоэлектрическом генераторе и нейтрального провода. Причем ввиду того, что магнитоэлектрический генератор спроектирован таким образом, что его индуктивные сопротивления не позволяют достигать тока короткого замыкания более двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках генератора не более 30 А/мм2, максимальная температура обмотки, при данном токе не превышает 250°C, а при данной температуре обмотки изоляция провода ПНЭТимид остается работоспособной до 10-15 минут. То есть изоляция магнитоэлектрического генератора после остановки привода остается цельной.
В том случае, если после отключения нагрузки датчиками температуры, установленными непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки, измеряется изменение температуры обмотки генератора во времени, которая за 1 секунду повышается на всех трех фазах с 222°C до 224°C (фиг. 3), то по незначительной скорости повышения температуры судят о коротком замыкании в нагрузке.
Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей и быстродействие защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, снижение постоянной времени датчика температуры и минимизация повреждений генератора при коротком замыкании.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить эксплуатационный ресурс обмотки статора, повысить надежность и пожаробезопаснось магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях.
Claims (2)
1. Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, содержащая привод, соединенный с магнитоэлектрическим генератором, каждая фаза которого соединена с нейтральным проводом через разъединитель, датчики тока, датчики напряжения, датчики температуры, электрически связанные с блоком управления, отличающаяся тем, что датчики температуры установлены непосредственно в пазу на каждой фазе обмотки магнитоэлектрического генератора, причем активные элементы датчиков температуры имеют непосредственное соприкосновение с изоляцией проводников обмотки магнитоэлектрического генератора, при этом разъединители фаз и нейтрального провода выполнены в виде терморезисторов с возможностью принудительного размыкания, причем магнитоэлектрический генератор выполнен с такими индуктивными сопротивлениями, при которых ток короткого замыкания не превышает двух номинальных токов при плотности тока короткого замыкания в обмотках магнитоэлектрического генератора не более 30 А/мм2, при этом блок управления выполнен с возможностью выдачи сигналов на привод, разъединители фаз и нейтрального провода и нагрузку.
2. Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, отличающийся тем, что о наличии короткого замыкания судят по изменению действующих значений тока и напряжения, при повышении которых происходит отключение магнитоэлектрического генератора от нагрузки, после чего оценивают изменение температуры обмотки во времени и скорость изменения температуры, и если после отключения магнитоэлектрического генератора от нагрузки происходит повышение температуры обмотки при значительной скорости этого повышения, то сигнал передают посредством блока управления на остановку магнитоэлектрического генератора на привод и сигнал на отключение фазных обмоток от нейтрального провода, а если после отключения нагрузки температура снижается или возрастает при незначительной скорости, то короткое замыкание имеет место не в самом магнитоэлектрическом генераторе, а на нагрузке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112532/07A RU2582593C1 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112532/07A RU2582593C1 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2582593C1 true RU2582593C1 (ru) | 2016-04-27 |
Family
ID=55794535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112532/07A RU2582593C1 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2582593C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644586C1 (ru) * | 2017-04-28 | 2018-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2291538C2 (ru) * | 2004-03-12 | 2007-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) Фирма "ТЭТРА, ЛТД" | Устройство защиты электродвигателя |
US7276871B2 (en) * | 2005-07-25 | 2007-10-02 | Honeywell International, Inc. | System and method for fault protection for permanent magnet machines |
US7663849B2 (en) * | 2006-08-17 | 2010-02-16 | Hamilton Sundstrand Corporation | Permanent magnet generator protection scheme |
RU2498473C1 (ru) * | 2012-08-10 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания (варианты) |
-
2015
- 2015-04-06 RU RU2015112532/07A patent/RU2582593C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2291538C2 (ru) * | 2004-03-12 | 2007-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) Фирма "ТЭТРА, ЛТД" | Устройство защиты электродвигателя |
US7276871B2 (en) * | 2005-07-25 | 2007-10-02 | Honeywell International, Inc. | System and method for fault protection for permanent magnet machines |
US7663849B2 (en) * | 2006-08-17 | 2010-02-16 | Hamilton Sundstrand Corporation | Permanent magnet generator protection scheme |
RU2498473C1 (ru) * | 2012-08-10 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания (варианты) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644586C1 (ru) * | 2017-04-28 | 2018-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12009764B2 (en) | Motor control apparatus for controlling a power supply to an electrical motor | |
JP6702708B2 (ja) | 鉄道車両用の電気牽引システム、かかるシステムで実現される保護方法 | |
JP2020171187A (ja) | 過負荷保護継電器及びmccユニット | |
WO2015043602A1 (en) | Detecting faults in electricity grids | |
AU2009326199B2 (en) | Overload protection of a voltage reduction device | |
RU2498473C1 (ru) | Устройство защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания (варианты) | |
CN107884665B (zh) | 防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置及方法 | |
KR102058400B1 (ko) | 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치 | |
US7420343B2 (en) | Current limiting DC motor starter circuit | |
RU2582593C1 (ru) | Система защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания и способ управления системой | |
CN113383494A (zh) | 电开关 | |
Nath et al. | A fuzzy logic based overcurrent protection system for induction motor | |
JP6116499B2 (ja) | 回路遮断器 | |
RU2644586C1 (ru) | Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания | |
EP2509092A1 (en) | Electric switching device | |
RU2630285C1 (ru) | Способ управления стартер-генератором, интегрированным в газотурбинный двигатель, при коротком замыкании | |
RU2263383C1 (ru) | Устройство защиты электродвигателя и приводимого оборудования | |
RU2686081C1 (ru) | Устройство адаптивной токовой отсечки электродвигателей | |
RU2654208C1 (ru) | Устройство токовой защиты электродвигателей | |
RU2256272C1 (ru) | Способ управления генератором (его варианты) | |
Rozine et al. | Protective device problems and solutions | |
RU100342U1 (ru) | Устройство для защиты электропотребителей трехфазного тока от аварийных режимов | |
Khuzin | DAMAGE AND ABNORMAL GENERATORS. TYPES OF PROTECTION | |
Lloyd et al. | Evolution of numerical generator protection for application to a Powerformer | |
SU1117760A2 (ru) | Устройство дл защиты от неполнофазных режимов работы трехфазной электрической сети |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200407 |