RU2683954C1

RU2683954C1 - Способ определения сопротивления фаз трёхфазных машин электрических вращающихся с совмещёнными обмотками

Info

Publication number: RU2683954C1
Application number: RU2018121244A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Иванов; Евгений Дмитриевич Дуюнов; Яна Олеговна Теплова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СовЭлМаш"
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-04-03

Abstract

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 Rмежду выводами обмотки 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3, значения сопротивления между выводами - R, R, Rсоответственно. Определяют значение сопротивления Rмежду выводами 1, 2, 3 обмотки и нейтральным выводом. Определяют значение сопротивления «звезды» Rкак разность утроенного значения Rи значения R: R=3R-R. Определяют значение сопротивления «треугольника» Rкак отношение произведения сопротивления звезды R и разности утроенного значения Rи Rк разности удвоенного значения Rи R:.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» Rк сопротивлению «звезды» R, которое должно находиться в диапазоне 2,9-3,1. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

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.

Claims

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.