Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания
CONTROL METHOD OF ELECTROMAGNETIC GENERATOR PROTECTION SYSTEM AGAINST SHORT CIRCUIT

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может применяться в магнитоэлектрических генераторах.
Известен способ уменьшения переходных токов короткого замыкания синхронного генератора [авторское свидетельство СССР №476652, Н02Р 9/02, 05.07.1975 г.], в котором уменьшение токов короткого замыкания синхронного генератора происходит путем ввода в контур обмотки возбуждения генератора активного сопротивления, которое вводят в момент превышения током возбуждения потолочного значения на время действия свободной составляющей тока возбуждения.
Недостатками данного способа являются повышенные массогабаритные показатели, обусловленные наличием дополнительных блоков активного сопротивления, участвующих для его реализации, а также невозможность применения в магнитоэлектрических генераторах.
Известен способ уменьшения тока короткого замыкания синхронного генератора [авторское свидетельство СССР №546990, Н02Н 9/02, 15.02.1977 г.], в котором уменьшение тока короткого замыкания синхронного генератора происходит путем фиксации начала режима короткого замыкания, с возможностью уменьшения установленной мощности путем ограничения ударного тока короткого замыкания, в начале режима короткого замыкания напряжение на обмотке возбуждения генератора изменяют по знаку и увеличивают по величине.
Недостатком данного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что его применение невозможно в магнитоэлектрических генераторах.
Известно реализующее способ устройство для защиты генератора переменного тока от короткого замыкания в системе электроснабжения с резервированием [авторское свидетельство СССР №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 аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах.
Известно реализующее способ устройство защиты от короткого замыкания [патент РФ №2399137 С1, кл. Н02Н 7/06, 10.09.2010 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, содержащую входной конец и выходной конец, при этом входной конец электрически присоединен к узлу токового входа датчика.
Основным недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что его применение невозможно в магнитоэлектрических генераторах.
Известно устройство, реализующее способ защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №7276871, кл. Н02Н 7/085, 02.10.2007 г.], содержащее 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 аналога является невозможность срабатывания защиты при межвитковых коротких замыканиях.
Также известен способ управления системой защиты и система защиты [патент США №7663849, кл. Н02Н 7/06, 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, что может привести к оплавлению изоляции обмоток магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания [патент РФ №2582593, кл. Н02Н 7/00, 27.04.2016 г.], по которому наличие короткого замыкания определяют по величине температуры, величине тока и величине напряжения, причем 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.
Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности и невысокое быстродействие системы, обусловленное высокой постоянной времени датчика температуры и невысокой скоростью отключения генератора от привода, ввиду чего может произойти оплавление изоляции обмоток магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря обеспечению защиты при межвитковых и межфазных коротких замыканиях и повышение быстродействия защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания благодаря увеличению индуктивного сопротивления обмотки с межвитковыми или межфазными короткими замыканиями.
Техническим результатом является повышение надежности системы управления, системы защиты и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора.
Поставленная задача решается и указанный технический результат 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 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.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена зависимость тока в обмотке магнитоэлектрического генератора от времени при коротком замыкании.
Пример конкретной реализации способа
При работе магнитоэлектрического генератора, выполненного с постоянными магнитами Sm2Co17, мощностью 1 кВт, частотой вращения 3000 об/мин, с обмоткой, выполненной из провода ПНЭТимид (температурный индекс 240°С), причем обмотка состоит из фазных обмоток и обмотки подмагничивания, возникает короткое замыкание в фазных обмотках магнитоэлектрического генератора. По датчикам тока определяют резкое увеличение тока в три раза от номинального, что позволяет судить о наличии короткого замыкания внутри магнитоэлектрического генератора. Блок управления формирует управляющий сигнал на отключение нагрузки, последовательное соединение поврежденной фазы с обмоткой подмагничивания и отключения привода. При подключении поврежденной обмотки с обмоткой подмагничивания повышается индуктивное сопротивление на поврежденной обмотке и ток короткого замыкания уменьшается до полукратного от номинального, благодаря чему снижается температура на поврежденном контуре и повышается пожаробезопасность.
Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей, благодаря работоспособности защиты при межвитковых и межфазных коротких замыканиях и повышение быстродействия защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания, благодаря увеличению индуктивного сопротивления обмотки с межвитковыми или межфазными короткими замыканиями.
Итак, заявленный способ позволяет повысить надежность системы управления, системы защиты и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора.