Способ защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий
METHOD OF PROTECTING SYNCHRONOUS AC MOTOR AGAINST WINDING SHORT CIRCUITS

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий в обмотках статора и ротора.
Известен способ защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий, основанный на измерении разности параметров магнитного поля лобового рассеяния в нескольких точках торцевой зоны и формировании сигнала на отключение машины (А.С .№1046853. СССР. Опубл. в бюл. №37 07.10.87).
Однако этот способ не способен различать витковое замыкание в обмотках ротора от виткового замыкания в обмотке статора синхронного двигателя.
Наиболее близкими к предлагаемому способу является способ защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий, основанный на измерении разности параметров магнитного поля лобового рассеяния в нескольких точках торцевой зоны и формировании сигнала на отключение машины (Инновационный патент РК №21247, МПК Н02Н 7/08, Н02К 11/00. Официальный бюллетень №5, Промышленная собственность Опубл. 15.05.2009)
Однако этот способ также не способен различить витковое замыкание в обмотках статора от виткового замыкания в обмотке ротора синхронного двигателя.
Технический результат - расширение функциональных возможностей способа защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий.
c
c
c
c
c
Технический результат достигается тем, что из абсолютной величины разности измеренных параметров выделяют гармонические составляющие с частотами 2fn и 2fn/p, и если составляющая с частотой 2fn превысит первую пороговую величину, то формируют сигналы о наличии виткового замыкания в обмотке статора, а если составляющая с частотой 2fn/p превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии виткового замыкания в обмотке ротора, где n - произвольная величина; которая может принимать значения 1, 2, 3…; p - число полюсов, a f - частота основной гармонической сети.
c
Способ защиты основан на том, что электродвижущая сила в произвольном датчике индуцируется переменными токами в неподвижной обмотке статора и постоянным током во вращающейся обмотке ротора. В результате электродвижущие силы двух диаметрально расположенных датчиков от неповрежденных обмоток статора и ротора равны по величине электродвижущей силы, а их разность равна нулю. Замыкание витков обмотки статора в области расположения одного из датчиков вызывает в них токи, которые многократно превосходят токи в этих витках до виткового замыкания. В результате электродвижущая сила этого датчика увеличится, а абсолютная величина появившейся разницы электродвижущих сил двух датчиков будет представлять собой электродвижущую силу с частотой 2fn.
c
При витковом замыкании в обмотке ротора ток в этих витках равен нулю, намагничивающая сила этого полюса и электродвижущая сила, индуцируемая им последовательно во всех датчиках, тоже уменьшится. В результате абсолютная величина появившейся разницы электродвижущих сил двух датчиков будет представлять собой электродвижущую силу с частотой 2fn/p.
c
c
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известных технических решений последовательностью операций, так как из абсолютной величины разности измеренных параметров выделяют гармонические составляющие с частотами 2fn и 2fn/p.
Сравнение заявляемого технического решения с известными техническими решениями показывает, что приведенные операции известны. Однако использование их в указанной связи проявляет в заявляемом способе новые свойства.
c
c
c
c
c
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где в торцевой зоне синхронного двигателя 1 переменного тока размещают датчики 2 и 3 индукции магнитного поля, который подключен к входу блока 4 выделения абсолютной величины разности электродвижущих сил этих датчиков. Выход блока 4 через блок 5 выделения гармонических с частотами 2fn и 2fn/p присоединяется к входам первого 6 и второго 7 пороговых элементов, выходы которых подключены к блоку индикации 8 и блоку 9 формирования отключающего сигнала. Выход блока 9 формирования отключающего сигнала подключается к цепи отключения выключателя 10 и автомату гашения магнитного поля машины. Датчики 2 и 3 магнитного поля могут выполняться, например, в виде катушки индуктивности. Блок 4 выделения абсолютной величины разности электрических сигналов этих датчиков представляет собой однополупериодный выпрямитель, а блок 5 аналоговые или цифровые полосно - пропускающие фильтры гармонических с частотами 2fn и 2fn/p, где n - произвольная величина; которая может принимать значения 1, 2, 3…; р - число полюсов, a f - частота основной гармонической сети. Первый 6 и второй 7 пороговые элементы могут выполняться в виде реле с регулируемым порогом срабатывания, а блок 8 индикации в виде светодиодов. Блок 9 формирования отключающего сигнала представляет собой промежуточное реле, контакты которого подключены к отключающей цепи выключателя 10.
На фиг. 2 и фиг. 3 линиями 11 и 12 показаны осциллограммы электродвижущей силы датчиков 2 и 3 при витковом замыкании в обмотке статора и ротора в синхронном двигателе 1 переменного тока с числом пар полюсов р = 3, а линиями 13 и 14 абсолютная величина разности электродвижущих сил этих датчиков при этих видах замыканий.
c
c
В произвольном эксплуатационном режиме работы синхронного двигателя 1 переменного тока симметричные неподвижная обмотка статора с переменным током и вращающаяся обмотка ротора с постоянным током индуцируют в датчиках 2 и 3 равные по величине электродвижущие силы. Поэтому абсолютная величина их разности на выходе блока 4, а следовательно и сигнал с частотами 2fn и 2fn/p на выходе блока 5 будет равен нулю. В результате блок 8 индикации высвечивается сигнал НОМИНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ и синхронный двигатель 1 остается в работе.
c
При витковом замыкании, например, в катушечной группе обмотки статора синхронного двигателя 1 переменного тока у датчика 2 ток в замкнувшихся витках значительно превосходит свое до аварийное значение, а его электродвижущая сила значительно увеличивается как это показано на фиг. 3. Поэтому на выходе блока 4 появится абсолютная величина разности электродвижущих сил датчиков 2 и 3, вид которой соответствует линии 13. При этом на входе первого порогового элемента 5 блока появится электродвижущая сила с частотой 2fn, а на его выходе сигнал. И если она превысит пороговую величину блока 6, то на выходе этого порогового элемента также появится сигнал. Под действием этого сигнала блок 8 индикации высветит ВИТКОВОЕ ЗАМЫКАНИЕ В ОБМОТКЕ СТАТОРА, а блок 9 сформирует сигнал на отключение выключателя 10. Синхронный двигатель 1 отключится от сети.
c
При витковом замыкании в одном из полюсов обмотки ротора синхронного двигателя 1 переменного тока ток в замкнувшихся витках отсутствует, а его намагничивающая сила уменьшится. В результате электродвижущая сила датчика мимо которого проходит поврежденный полюс также уменьшится и будет такой как показано на фиг. З. Поэтому на выходе блока 4 также появится абсолютная величина разности электродвижущих сил датчиков 2 и 3, вид которой соответствует линии 14. При этом на входе второго порогового элемента 7 блока появится электродвижущая сила с частотой 2fn/p. И если она превысит пороговую величину блока 7, то на выходе этого порогового элемента также появится сигнал. Под действием этого сигнала блок 8 индикации высветит ВИТКОВОЕ ЗАМЫКАНИЕ В ОБМОТКЕ РОТОРА, а блок 9 сформирует сигнал на отключение выключателя 10. Синхронный двигатель 1 отключится от сети.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в предотвращении повреждений от вибрации и как следствие в уменьшении времени и стоимости послеаварийного ремонта синхронной электрической машины при замыкании витков в обмотке ротора.