СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ФАЗ ТРЁХФАЗНЫХ МАШИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВРАЩАЮЩИХСЯ С СОВМЕЩЁННЫМИ ОБМОТКАМИ
METHOD FOR DETERMINING THE RESISTANCE OF THE PHASES OF THREE-PHASE ELECTRIC ROTATING MACHINES WITH COMBINED WINDINGS

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.
1
При сопряжении фаз в «звезду» без вывода нейтрали сопротивление R 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:
31
12
23
где R, R, и R - значения сопротивлений, измеренных соответственно между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3.
1
12
23
12
23
31
12
23
31
При сопряжении фаз в «треугольник» сопротивление R фазы между выводами 1 и 3 определяют как разность отношения удвоенного произведения значений R и R к значению, равному разности суммы значений R и R и значения R, и половины значения, равного разности суммы значений R и R и значения R:
31
12
23
Если расхождения в измеренных значениях сопротивлений R, R и R не превосходят ±2% при сопряжении фаз в «звезду» или ±1,5% при сопряжении фаз в «треугольник», то сопротивление одной фазы определяют следующим образом:
u
- при сопряжении фаз в «звезду» - как среднее арифметическое трех сопротивлений R, поделенное на два:
u
- при сопряжении фаз в «треугольник» - как половина значения R, 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».
1
2
Измеряют сопротивления R (Фиг. 1) и R (Фиг. 2) с помощью измерительного устройства. Исходя из методики, выбранной в качестве прототипа, и общей схемы соединения совмещенных обмоток, определяют сопротивления фаз следующим образом:
s
d
где R - сопротивление «звезды», R- 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.
s
d
s
d
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 и сопротивления «треугольника» R к сумме значения сопротивления «звезды» R, умноженного на три, и значения сопротивления «треугольника» R:
s
s
d
s
d
Сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом (Фиг. 4, 5) выражают как отношение произведения сопротивления «звезды» R и суммы значений сопротивления «звезды» R и «треугольника» R к сумме утроенного сопротивления «звезды» R, и сопротивления «треугольника» R, следующим образом:
d
3
s
s
Сопротивление «треугольника» R получают из (7) как отношение утроенного произведения значений сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 R и сопротивления «звезды» R к разности сопротивления «звезды», умноженного на два, и сопротивления «звезды» R:
d
4
s
4
s
Из (8) также выводят сопротивление «треугольника» R как отношение разности квадрата сопротивления «звезды» и утроенного произведения значения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом R и сопротивления «звезды» R к разности сопротивлений R и R:
s
4
3
Приравнивая выражения (9) и (10) из полученного уравнения выводят сопротивление «звезды» R как разность значения сопротивления между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом R, умноженного на три, и значения сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3 R:
;
;
d
d
3
4
3
4
3
Для получения сопротивления «треугольника» R (11) подставляют в выражение (10) и получают выражение для R как отношение произведения сопротивления R и разности утроенного значения R и R к разности удвоенного значения R и R:
31
12
23
Измеряют значения сопротивлений R, R, R - соответственно, сопротивления между выводами 3 и 1, 1 и 2, 2 и 3.
3
1
31
12
23
3
Определяют значение сопротивления R аналогично определению сопротивления R по формуле (2). Если расхождения в измеренных значениях сопротивлений R, R и R не превосходят ±1,5% при сопряжении фаз в «треугольник», то сопротивление R определяют аналогично формуле (4).
1n
2n
3n
4
Измеряют значения сопротивлений между выводами 1, 2, 3 и нейтральным выводом - соответственно, R, R, R. Определяют значение R как среднее арифметическое этих значений.
s
d
Затем с использованием выражений (11) и (12) определяют сопротивления «звезды» R и «треугольника» R.
Существует также вариант применения решения, при котором определяют, является ли обмотка электрической машины совмещенной (при наличии нейтрального вывода «звезды») и правильность выполнения совмещенной обмотки.
d
s
Для проверки правильности выполнения совмещенной обмотки вычисляют отношение сопротивления «треугольника» R к сопротивлению «звезды» R. 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.