RU2746149C1 - Method of short circuit protection of magnetoelectric generator - Google Patents
Method of short circuit protection of magnetoelectric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746149C1 RU2746149C1 RU2019137917A RU2019137917A RU2746149C1 RU 2746149 C1 RU2746149 C1 RU 2746149C1 RU 2019137917 A RU2019137917 A RU 2019137917A RU 2019137917 A RU2019137917 A RU 2019137917A RU 2746149 C1 RU2746149 C1 RU 2746149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- short circuit
- winding
- magnetoelectric generator
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах для защиты от короткого замыканияThe invention relates to the field of electrical engineering and can be used in magnetoelectric generators for short circuit protection
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.Known protection device against short circuit [RF patent No. 2399137C1, class.
Недостатком аналога является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.The disadvantage of the analogue is the limited functionality due to the fact that the use of this device is impossible in magnetoelectric generators.
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.There is a known device for protecting an alternator from a short circuit in a redundant power supply system [RF patent No. 1017146, cl. Н02Н 7/06, 27.08.2004], containing a contactor for connecting generators to the buses, a block of current transformers in the stator winding circuit of the generator, a block of current transformers in the load circuit, semiconductor diodes according to the number of generator phases and an actuator whose input is connected to the output of a half-wave rectifier formed by diodes and back-to-back secondary windings of current transformer blocks, secondary windings of current transformer blocks, shunted by diodes, while in relation to the rectifier diodes, diodes shunting the windings of the current transformer block in the stator winding circuit of the generator are turned on according to, and the diodes , shunt windings of the current transformer block in the load circuit - opposite.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.The disadvantage of the analogue is the limited functionality due to the fact that the use of this device is impossible in magnetoelectric generators.
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.A known method of protecting a magnetoelectric generator from short circuit [US patent No. 4950973, class. Н02Р 9/10, 08.21.1990], implemented by a device containing a generator with permanent magnets, the first, second and third output terminals, a protection unit containing the first, second and third pair of electrical contacts, and the first, second, third stator winding ... The first stator winding is electrically connected between the first pair of electrical contacts and the neutral point. The second stator winding is electrically connected between the second output terminal and the neutral point. The third stator winding is electrically connected between the third pair of electrical contacts and the neutral point. The third stator winding comprises means for opening and closing the first and second pair of electrical contacts in response to a control signal.
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.This analog has a number of disadvantages. Firstly, the stator winding has a low service life, which is due to the fact that in the event of a short circuit, the stator winding of the magnetoelectric generator is exposed to the entire short circuit current. Secondly, it has limited functionality due to the fact that the control signal is determined only by the value of the current strength.
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.A known method of protecting a magnetoelectric generator from short circuit, implemented by a protection device for a magnetoelectric generator [RF patent No. 2691735, cl. Н02К 1/14 (2006.01), September 17, 2018], containing a rotor, a stator magnetic circuit with a slotted, main winding and a toroidal, auxiliary magnetizing winding, which is electrically connected to a direct current source, and also electrically connected to an electrical resistance unit, which is electrically connected to the control system, and the control system is electrically connected to a multi-channel voltmeter, which is connected to the phases of the main winding. The toroidal, auxiliary bias winding is electrically connected to a rectifier, which is electrically connected to a three-phase inverter and control system. The three-phase inverter is connected to the starter of the aircraft's main engine. The control system controls the magnetoelectric generator through the switching keys. The main windings are also connected to the load through a multichannel voltmeter. The main winding and the toroidal, auxiliary bias winding have lead ends.
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.The disadvantages of the analog are limited functionality, the complexity of short-circuit protection, the need for a direct current source. In addition, the presence of a bias winding reduces the copper filling factor of the main winding, which leads to an increase in the current density of the main winding and, as a consequence, to an increase in losses in the main winding.
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.Closest to the claimed method is a method of controlling a system for protecting a magnetoelectric generator from short circuits [RF Patent No. 2644586, cl.
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.The disadvantages of the prototype are limited functionality, the complexity of short-circuit protection, the need for a bias winding. In addition, the presence of a bias winding reduces the copper filling factor of the main winding, which leads to an increase in the current density of the main winding and, as a consequence, to an increase in losses in the main winding.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря изменению активного сопротивления обмотки в режиме короткого замыкания и, как следствие, увеличение надежности магнитоэлектрического генератора.The objective of the invention is to expand the functionality due to a change in the active resistance of the winding in the short circuit mode and, as a consequence, to increase the reliability of the magnetoelectric generator.
Технический результат - повышение надежности работы магнитоэлектрического генератора за счет защиты от короткого замыкания обмоток.The technical result is an increase in the reliability of the magnetoelectric generator due to the protection against short circuit of the windings.
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.The problem is solved and the specified technical result is achieved by the fact that in the method of short-circuit protection of a magnetoelectric generator, which determines the presence of a short circuit in terms of temperature, current and voltage, according to the invention, after detecting a short turn-to-turn circuit in one of the coils, it disconnected from other coils, opening the keys connecting it to the load and closing the key shunting it.
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.The essence of the invention is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a cross section of a magnetoelectric generator, FIG. 2 shows an electrical diagram of the connection of the short circuit protection method of the magnetoelectric generator.
Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.
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.As a material that implements the method, a magnetoelectric generator with a power of 60 W, a rotational speed of 3000 rpm, a nominal phase current of 1.21 A, a nominal phase voltage of 8 V, a six-phase toothed winding (single-layer) is used, the stator has 12 slots, the rotor has 14 poles. The phases of the winding are galvanically and thermally separated. Coil temperature in nominal operation 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.The short-circuit protection device of the magnetoelectric generator contains (Fig. 1) a
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.The method of short-circuit protection of a magnetoelectric generator is implemented as follows: when the
Таблица 1. Значения токов при межвитковом замыкании катушки 6аTable 1. Values of currents at turn-to-turn closure of the
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.As can be seen from this table, when using the proposed method, the turn-to-turn closure current decreases from 165 A to 93 A, the winding temperature - from 150 ° C to 90 ° C.
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.So, the proposed method allows you to expand the functionality due to a change in the active resistance of the winding in the short circuit mode, to increase the reliability of the magnetoelectric generator and to protect the magnetoelectric generator from short circuits.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137917A RU2746149C1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Method of short circuit protection of magnetoelectric generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137917A RU2746149C1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Method of short circuit protection of magnetoelectric generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2746149C1 true RU2746149C1 (en) | 2021-04-07 |
Family
ID=75353436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019137917A RU2746149C1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Method of short circuit protection of magnetoelectric generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2746149C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950973A (en) * | 1989-06-29 | 1990-08-21 | Westinghouse Electric Corp. | Permanent magnet generator system |
RU2399137C1 (en) * | 2007-12-28 | 2010-09-10 | Мобайлтрон Электроникс Ко., Лтд. | Device of short circuit protection in ac generator |
RU2644586C1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Control method of electromagnetic generator protection system against short circuit |
RU2691735C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Short-circuit protection device for magnetoelectric generator |
-
2019
- 2019-11-22 RU RU2019137917A patent/RU2746149C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950973A (en) * | 1989-06-29 | 1990-08-21 | Westinghouse Electric Corp. | Permanent magnet generator system |
RU2399137C1 (en) * | 2007-12-28 | 2010-09-10 | Мобайлтрон Электроникс Ко., Лтд. | Device of short circuit protection in ac generator |
RU2644586C1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Control method of electromagnetic generator protection system against short circuit |
RU2691735C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Short-circuit protection device for magnetoelectric generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5148435B2 (en) | Inrush current suppressing device for transformer and control method thereof | |
EP3084800B1 (en) | Electrical switching apparatus including alternating current electronic trip circuit with arc fault detection circuit and power supply | |
RU2498473C1 (en) | Short-circuiting protection device for permanent magnet generator (versions) | |
US9780551B2 (en) | Differential protection device for a switchgear apparatus, and electric switchgear apparatus comprising one such device | |
RU2746149C1 (en) | Method of short circuit protection of magnetoelectric generator | |
RU2691735C1 (en) | Short-circuit protection device for magnetoelectric generator | |
US7420343B2 (en) | Current limiting DC motor starter circuit | |
EP2479885B1 (en) | Flux cancellation in a permanent magnet generator | |
RU2644586C1 (en) | Control method of electromagnetic generator protection system against short circuit | |
RU2570641C1 (en) | Short-circuit and phase loss protective device for electric motor and its power supply cable | |
RU2630285C1 (en) | Method for controlling starter-generator integrated into gas turbine engine during short-circuit failure | |
RU2582593C1 (en) | System for protection of magnetoelectric generator from short circuit and method of controlling system | |
RU100342U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTING THREE-PHASE CURRENT ELECTRIC CONSUMERS FROM EMERGENCY MODES | |
SU1427472A1 (en) | Electric machine protection arrangement with emergency duty sensor | |
SU1359847A1 (en) | Device for protecting three-phase electric motor against emergency operating conditions | |
RU2234181C2 (en) | Turbogenerator for energy conservation technologies | |
RU16231U1 (en) | ELECTRIC DRIVE WITH PROTECTION AGAINST OVERLOADS AT PHASE OPEN | |
SU828302A1 (en) | Device for protecting three-phase electric motor from abnormal mode | |
RU3065U1 (en) | PROTECTION DIAGRAM OF AC ELECTRIC MOTORS OPERATING SIMULTANEOUSLY ONE MECHANISM | |
SU1046829A1 (en) | Device for emergency operation protection of three-phase motor | |
SU553708A1 (en) | Device to protect the synchronous generator from loss of excitation | |
SU877786A1 (en) | Device for protecting three-phase electric motor from two-phase operation | |
SU655346A3 (en) | Device for protective disconnection in ac circuit | |
SU1410175A1 (en) | Arrangement for protecting submersible three-phase motor against overload, phase failure and dry running | |
SU1683118A1 (en) | Device for protecting three-phase motor against failure |