Устройство защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора
SHORT-CIRCUIT PROTECTION DEVICE FOR MAGNETOELECTRIC GENERATOR

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах.
Известно устройство защиты от короткого замыкания [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.
Недостатком такого устройства 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 такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.
Известно устройство защиты магнитоэлектрического генератора [патент США № 4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], содержащее 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.
Недостатком этой конструкции является ограниченность эксплуатационного ресурса обмотки статора, вызванная тем, что при коротком замыкании обмотка статора магнитоэлектрического генератора целиком подвергается воздействию тока короткого замыкания, и ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что управляющий сигнал определяется только значением силы тока.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство защиты магнитоэлектрического генератора [патент РФ № 132647, кл. Н02Р 9/00, 12.03.2013 г.], содержащее ротор, магн итопровод статора с пазовой, основной обмоткой и тороидальной, вспомогательной обмоткой подмагничивания, которая соединена с источником постоянного тока.
Недостатком этой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, а также выход из строя магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании обмотки статора.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, благодаря изменению электрического сопротивления на тороидальной обмотки подмагничивания в критических режимах работы магнитоэлектрического генератора и увеличение надежности магнитоэлектрического генератора.
Техническим результатом является повышение эксплуатационного ресурса обмотки статора и защита от короткого замыкания.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора, содержащее ротор, магнитопровод статора с пазовой, основной обмоткой и тороидальной, вспомогательной обмоткой подмагничивания, которая электрически соединена с источником постоянного тока, согласно изобретению, тороидальная вспомогательная обмотка подмагничивания электрически соединена с блоком электрических сопротивлений с помощью многоканального амперметра и системы управления, которая электрически соединена с блоком электрических сопротивлений с возможностью переключения электрических сопротивлений.
Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен поперечный разрез устройства защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора, а также показано электрическое соединение тороидальной, вспомогательной обмотки подмагничивания с источником питания постоянного тока, блоком электрических сопротивлений. На чертеже также показана блок схема работы устройства защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора и способ его использования в качестве источника питания стартера.
Предложенное устройство содержит ротор 1, магнитопровод статор 2 с пазовой, основной обмоткой 3 и тороидальной, вспомогательной обмоткой подмагничивания 4, которая электрически соединена с источником постоянного тока 5, а также электрически соединена с блоком электрических сопротивлений 6, который электрически соединен с системой управления 7, а система управления электрически соединена с многоканальным вольтметром 8, который соединен с фазами основной обмоткой 3. Тороидальная, вспомогательная обмотка подмагничивания 4 электрически соединена с выпрямительным устройством 9, которое электрически соединено с трехфазным инвертором 10 и системой управления 7. Трехфазный инвертор 10 соединен со стартером 11 маршевого двигателя летательного аппарата. Система управления 7 осуществляет управления предложенного устройства через коммутирующие ключи 12, 13, 14, 15. Основные обмотки 3 также соединены с нагрузкой 16 через многоканальный вольтметр 8. Основная обмотка 3 и тороидальная, вспомогательная обмотка подмагничивания 4 имеют выводные концы 17 и 18 соответственно.
Предложенное устройство работает следующим образом: при вращении ротора 1 по магнитопроводу статора 2 протекает магнитный поток возбуждения. При этом по закону электромагнитной индукции в основной обмотке 3 и в тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4 наводится электродвижущая сила (ЭДС), величина которой зависит от числа витков в обмотках, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении нагрузки 16 к выводными концами 17 основной обмотки 3 начинает протекать ток. В номинальном режиме работы, ключи 12, 13, 14, 15 в выключенном состоянии. При критических режимах работы, когда значения ЭДС в фазах основной обмотки 3, отслеживаемые многоканальным вольтметром 8, меньше номинального значения в n - раз (магнитоэлектрический генератор перегружен, ток значительно превышает номинальное значение), система управления 7 включает только ключ 14, и в зависимости от ЭДС в фазах основной обмотки 3, система управления 7 выбирает электрическое сопротивление в блоке электрических сопротивлений 6. Чем меньше ЭДС в фазах основной обмотки 3, тем меньше значение электрического сопротивления выбирает система управления 7 в блоке электрических сопротивлений 6. В результате при режиме короткого замыкания в основной обмотки 3, по тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4, начинает протекать ток, при котором спинка магнитопровода статора 2 насыщается, и магнитный поток возбуждения не проходит через спину статора 2, ЭДС в основной обмотке 3 не создается, тока в обмотке 3 нет.
Источник постоянного тока 5, аналогично прототипу используется для стабилизации напряжения выводных концов 17 основной обмотки 3 при незначительных перегрузках. Т.е. при вращении ротора 1 в основных обмотках 3 наводится ЭДС, при подключении нагрузки 16 напряжение на выводных концах 17 основной обмотки 3 снижается. По тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4 протекает постоянный ток от источника постоянного тока 5 (система управления 7 включает ключ 12 и отключает ключ 13), который создает магнитное поле, линии которого замыкаются по магнитопроводу статору 2 с магнитной индукцией насыщения, равной или большей индукции насыщения магнитопровода статора 2, стабилизируя тем самым кривую напряжения.
Устройство защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора может использоваться в качестве источника питания стартера за счет того, что тороидальная, вспомогательная обмотка подмагничивания 4 является не основной, и работает намного меньше чем основная обмотка 3. Появляется возможность выполнять сечение тороидальной, вспомогательной обмотки подмагничивания 4 значительно меньше основной обмотки 3 и тем самым увеличивать количество витков в тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4. За счет этого ЭДС тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4 выше ЭДС основной обмотке 3, и при подключении нагрузки тока в одинаковой нагрузки в тороидальной, вспомогательной обмотке подмагничивания 4 тока будет значительно меньше основной обмотки 3. Поэтому появляется возможность использовать тороидальную, вспомогательную обмотку подмагничивания 4 в качестве источника энергии для питания стартера 11, который запускает маршевые двигатели летательного аппарата. Для этого, основные обмотки 3 находятся разомкнутыми от нагрузки, т.е. магнитоэлектрический генератор находится в режиме холостого хода, а система управления 7 выключает ключи 12 и 14, а ключи 13 и 15 включает. В результате ток с тороидальной, вспомогательной обмотки подмагничивания 4 протекает в выпрямительное устройство 9, в инвертор 10, который управляется с помощью системы управления 7, и питает кратковременно стартер 11, который заводит маршевые двигатели летательного аппарата.
Итак, заявляемое устройство позволяет расширить функциональные возможности благодаря изменению электрического сопротивления на тороидальной обмотке подмагничивания в критических режимах работы магнитоэлектрического генератора, повысить эксплуатационный ресурс обмотки статора и защитить от короткого замыкания, что безусловно приведет к увеличению надежности магнитоэлектрического генератора.