Способ определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора трехфазной синхронной машины

 

Изобретение относится к способам измерения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора трехфазной синхронной машины, т.е. к технике экспериментального определения параметров электрических машин. Цель изобретения - повышение точности. При осуществлении способа индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора определяется по результатам измерений, проводимых в опыте питания переменным напряжением двух последовательно соединенных фазных обмоток статора синхронной машины, ротор ко-, торой неподвижен и установлен в положение , соответствующее максимуму ЭДС, трансформированной в обмотке возбуждения. Проводится питание переменным напряжением обмотки возбуждения синхронной машины. При этом измеряют ток в обмотке возбуждения, напряжение на разомкнутой обмотке статора и угол фазового сдвига между ними. Способ обеспечивает высокую точность определения искомого параметра для крупных синхронных машин с большим рассеянием обмотки возбуждения и при ненулевом потоке рассеяния роторных контуров, пронизьшающем одновременно обмотку возбуждения и демпферный контур, 5 ил. О) со со со 4; О5 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1339463 A 1 (51) 4 Q 01 R 31/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Ы „

К А ВТОРСКОИМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3996120/24-07 (22) 19.11.85 (46) 23.09.87. Бюл, ¹ 35 (71) Предприятие "Сибтехэнерго" Про— изводственного объединения по ",àëàäке, совершенствованию технологии и. эксплуатации электростанций и сетей

"Сибтехэнерго" (72) А, В. Пташкин и А. Г, Шейнкман (53) 621.313(088,8) (56) Рихтер Р. Электрические машины, ОНТИ НКПТ СССР. — M,, 19?6, т. 2, с. 430, Авторское свидетельство СССР

¹ 817878, кл, Н 02 К 15/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1246031, кл, G 01 R 31/34, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 834817, кл, Н 02 К 15/00, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДУКТИВНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ РАССЕЯНИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА ТРЕХФАЗНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к способам измерения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора трехфазной синхронной машины, т.е. к технике экспериментального определения пара— метров электрических машин. Цель изобретения — повышение точности.

При осуществлении способа индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора определяется по результатам измерений, проводимых в опыте питания переменным напряжением двух последовательно соединенных фазных обмоток статора синхронной машины, ротор ко-. торой неподвижен и установлен в положение, соответствующее максимуму

ЭДС, трансформированной в обмотке возбуждения. Проводится питание переменным напряжением обмотки возбуждения синхронной машины. При этом измеряют ток в обмотке возбуждения, напряжение на разомкнутой обмотке статора и угол фазового сдвига между ними. Способ обеспечивает высокую точность определения искомого параметра для крупных синхронных машин с большим рассеянием обмотки возбуждения и при ненулевом потоке рассеяния роторных контуров, пронизывающем одновременно обмотку возбуждения и демпферный контур. 5 ил.

1339463

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к методам измерения параметров синхронных машин, 5

Цель изобретения — повышение точности, На фиг, 1 показана схема замещения синхронной машины в опыте питания двух фаз обмотки статора от источника переменного напряжения при неподвижном роторе; на фиг. 2 — то же, упрощенная схема; на фиг, 3 и 4— то же, для случая подключения к источнику переменного напряжения обмот- 15 ки возбуждения и обмотки статора соответственно; на фиг. 5 — векторная диаграмма.

Синхронная машина в опыте питания двух фаз обмотки статора от источника переменного напряжения при неподвижном роторе представляет собою трансформатор с двойным воздушным зазором в магнитопроводе, имеющий од- 25 ну первичную обмотку, в которой протекает ток i (фиг. 1). Этот ток

1 создает магнитный поток, который можно рассматривать состоящим из двух составляющих: Ф вЂ” часть суммарного

5d потока, сцепленная только со статорными контурами машины (пото к ра с с еяния) и Ф вЂ” часть суммарного потоad ка, пронизывающего как статорные, так и роторные контуры (поток вэаимоиндукции), Первой из этих частей суммарного потока обусловлено индуктивное сопротивление рассеяния, равное удвоенному реактансу рассеяния одной фазы обмотки статора х, второй — 40

5а сопротивление взаимоиндукции, равное умноженному на 1ГЗ реактансу взаимоиндукции синхронной машины xad > т.е. х = БАГЗ х и . Кроме этих и дуктивных

d0 d(t сопротивлений, в контур первичной обмотки рассматриваемого трансформа— тора входит также удвоенное активное сопротивление фазной обмотки статора r . Все замкнутые электрические контуры, расположенные на роторе синхронной машины, являются вторичными обмотками трансформатора, Если ориентироваться на крупные синхронные машины, имеющие немагнитные бандажи на роторе и достаточно большой воздушный зазор, можно принять, что магнитная связь между статорными и роторными контурами осуществляется только через поток Ф g т,е. можно пренебречь связью между ними по потокам рассеяния.

Практически весь поток Ф замыкается по путям, включающим участки из стали, содержащей замкнутые контуры протекания вихревых токов.- Объединяют их условно в один эквивалентный демпферный контур, Это первый локальный демпферный контур, в нем индуктируется ЭДС, пропорциональная потоку рассеяния обмотки статора, и протекает ток I „, состоит он из индуктивного сопротивления 2 х (для рассматриваемого контура и для всех других вторичных контуров машины принимается, что они приведены к первичному контуру), являющегося в данном случае сопротивлением взаимоиндукции, а также из последовательно соединенных активного г„, и индуктивного х и, сопротивлений, Все демпферные контуры, имеющиеся на роторе и связанные с потоком Ф объединены и один эквивалентный демпферный контур, в отличие от локальных его называют основным демпферным контуром машины. Этот контур включает специальную короткозамкнутую демпферную обмотку и контуры, создаваемые конструктивными деталями ротора бандажными кольцами и металлическими клиньями, а также стальным массивом ротора, Кроме этого всегда замкнутого контура, на роторе имеется еще контур, создаваемый обмоткой возбуждения, которая может быть как в замкнутом, так и в разомкнутом состоянии (фиг. l, включение в.ее цепь рубильника Р). Эти два главные роторные контуры связаны со статорными контурами через поток Ф с,, и каждый из

Cfd них включает индук тив но е с опро тивление взаимоиндукции х, Та часть магdd нитного потока, создаваемого током в каждом из главных роторных контуров, которая не проходит по статорному участку магнитной цепи машины, т,е. представляет собою поток рассеяния по отношению к первичной обмотке, состоит из двух составляющих. не связанной с другим главным контуром ротора (собственный поток рассеяния) и связанный с другим главным контуром ротора (взаимный поток рассеяния).

Последний обозначен Ф (фиг, 1), ему соответствует индуктивное сопротивление x S f > ° KHK H Фз поток Ф

1339463 замыкается по участкам, содержащим сталь. Учитывая нихревые токи, создаваемые этим потоком, вводят н схему (фиг, 1) второй локальный демпфер5 ный контур, состоящий из индуктивных сопротивлений Х51 Р Э и ХЛР г и активно

ro сопротивления r„, н котором проЛРг текает ток i „аг.

Собственный поток рассеяния обмот- 10 ки возбуждения Ф также охнатынает свой, третий по счету локальный демпферный контур, в котором протекает ток 1„ и который включает индуктивные Х н, Х5 и активное г Р сопро— тивления. Основной демпферный контур состоит из последовательно соединенных активного гР, индуктивного х

Р3 сопротивлений и сопротивления взаимоиндукции х,, в нем протекает ток

Цепь обмотки возбуждения, в ко)Зэ » торой протекает ток 1, состоит из последовательно соединенных ак тивного сопротивления обмотки г-. и со-.

Е противлений взаимоиндукции х х, и х 5, (фиг. 1) . Четвертый ло— кальный демпферный контур учитывает

25 пути протекания вихревых токов в статорном участке магнитопровода машины, связанных с потоком Ф . Состоит ЗР он из сопротивлений глР,>, х и х >

ЛРФ ad в нем протекает ток

Положительные направления токов во вторичных контурах при принятых положительном направлении тока в пер- 35 вичной обмотке трансформатора и полярности магнитосвязанных обмоток показаны на фиг. 1. С учетом этих условий можно составить уравнения баланса напряжений каждого из рас- 40 смотренных семи контуров машины, Если ограничиться рассмотрением крупных (более 100 кВт) синхронных машин, можно не учитывать активное сопротивление статорной обмотки r, так 45

Cf как для этого класса машин оно не превышает 1-27 от величины индуктивного сопротивления хз . Первый и четвертый локальные демпферные контуры не рассматривают, поскольку влияние этих контуров совсем незначительное из-за относительно малой величины протекающих в них токов, Обусловлено это тем,фактором, что рассматриваемые машины имеют шихтованный сердеч- 55 ник статора, причем роторы этих ма— шин, особенно неявнополюсного типа, имеют мощные нешихтованные стальные массивы, и для них неучет локальных демпферных контуров (ф>п . 1, H rope>i и третий локальные демпферные контурь)) недопустим.

С учетом сделанных допущений можно упростить схему (фиг, 2) замещения синхронной машины (случай для разомкнутого состояния обмотки возбуждения) ° Все комплексные эквивалентные сопротивления представляют н ниде последовательно соединенных активного и индуктивного сопротивлений. Такое представление вполне допустимо, так как здесь анализ ведется для случая неизменной частоты, равной промышленной частоте (50 Гц).

Соотношения

2 у = х5 Р, + г sf ä., 2Р— — jx Р> +

+ rf>,, Zf = jX sf + rsf + rf между токами и напряжениями показаны на векторных диаграммах (фиг. 3 и 4), Можно определить ошибку н величине индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора.

Как видно из векторных диаграмм, точная величина искомого параметра равна

U, sin v, U.„d sind

sa 2 I, 2 1, Ошибку, присущую тому или иному способу определения искомого параметра, можно представить в виде зависи,QC TH 1х=х — х

ИЗм где х„ „ — измеряемая по даНному способу величина индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора; х — истинная величина искомо5а го параметра; и х — ошибка способа.

Анализ известных способов экспериментально — расчетного определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора синхронной машины, объединенных тем общим признаком, что они проводятся на собранной машине при неподвижном роторе, показывает, что все они дают завышенный результат, причем ошибка связана с наличием в машине ненулевого потока рассеяния роторных контуров или отли1339463

Е,-, 1а

Ест 1

1 чием от нуля отдельных его составляющих.

Схема замещения синхронной машины (фиг. 3) поясняет соотношение между

5 измеряемыми неличинами при подключении обмотки возбуждения к источнику переменного напряжения, напряжением, приложенным к обмотке возбуждения

U, током в ней I(, и ЭДС на разомкну- 0 той обмотке статора Е )

Все сопротивления роторных контуров, а также U и fр приведены к обмотке статора. Распространяя анализ также на машины малой мощности, считают г ф О. Элементы схемы замещейия (фиг, 3): х, г,„ - индуктивное сопротивление рассеяния и активное сопротивление одной фазы обмотки статора1 х индуктивное сопротивление 20 взаимоиндукции между обмоткой статора и роторными контурами; 2д - комплексное сопротивление взаимоиндукции между обмоткой возбуждения и эквивалентным демпферным контуром ротора, 25 определяемое той частью потока рассеяния, которая связана с обоими этими контурами, а также с контурами протекания вихревых токов в стали ротора; Z - комплексное сопротивление обмотки возбуждения, определяемое активным сопротивлением обмотки и частью потока рассеяния, которая связана только с этой обмоткой и с

35 связана только с этим контуром. 40

При обычном исполнении синхронных машин x„)) Z<> и х ) Z>. Вследствие этого имеют. место соотношения

СО 5 (1 1

О Е„

5(п (д

Eò,I(, Iz)

Ec1.= U

45 (2 1 г(з1пЧ, 50 + агсз1п

1 1 01 — 2 1, гысозч1 ((г + ) ) где Е, 01, контурами протекания вихревых токов в статоре ротора; Z 1) — комплексное сопротивление эквивалентного демпферного контура ротора, определяемое той частью. потока рассеяния, которая где К вЂ” коэффициент трансформации;

О и 1 - напряжение и ток в контуD 2 ре сопротивлением 2)).

Отсюда следует, что фазовый угол между E и током 1, измеряемый при подключении обмотки возбуждения к источнику переменного напряжения, является фазовым углом комплексного сопротивления 2 с погрешностью на уровне погрешности измерений, а модуль этого сопротивления равен

Схема замещения синхронной машины и векторная диаграмма (фиг, 4 и 5) поясняют соотношения между токами и напряжениями в элементах схемы при подключении источника переменного напряжения к д)зум соединенным последовательно фазам обмотки статора, Здесь: напряжение на выводах этих фаз U, протекающий в них ток I„, 1 приведенная ЭДС на выводах разомкнутой обмотки возбуждения Е, углы фазового сдвига между U. и 1, - („ и между U и Š— g, Кроме этих ве1 2 2 личин показаны: U - напряжение, приложенное к обмотке статора, за вычетом падения напряжения на ее активном сопротивлении; 01 - напряжение на сопротивлении взаимоиндукции между обмоткой статора и роторными контурами; U - напряжение на сопротивление Z g, 11 - ток в сопротивлении Z ; I ток в сопротивлении х (и (— углы фазового сдвига соот2

1 ветственно между напряжением U u ( током 1,, между напряжением U u

ЭДС E; ()(, (3 — углы фазового сдвига соответственно между о и 1, и между

11 и 1„; — угол фазового сдвига между Е и I, т,е. у — фазовый угол комплексного сопротивления Z . Если

1р = О, напряжение на сопротйвлении

Z равно напряжению на разомкнутой обмотке возбуждения„

Из схемы замещения и векторной диаграммы определяют выражения для расчета искомого сопротивления

U, (з ) и (1 +соз (1 с19(д)

1 где IS, = (tl, -2 I, rscos q ) +(2 I,r„s(дд) . — действующие значения

1 соответственно ЭДС на выводах разомкнутой обмотки возбуждения, напряжения на выводах фаз А и В и

13394бЗ тока в цепи обмотки статора при подключении ее к источни35 ку переменного напря5 жения;

Е,, 1 — действующие значения соответственно ЭДС на выводах фаз А и

В разомкнутой обмот- 0 ки статора и тока в обмотке возбуждения при подключении ее к источнику переменного напряжения; 15 — углы фазового сдвига соответственно между

U, и 1„, между U u

Е, между Е, и

r — активное сопротивле- 2р ние фазы обмотки . статора, Измерение сопротивления рассеяния обмотки статора синхронной машины проводят следующим образом. 25

Вначале к двум фазным выводам обмотки статора полностью собранной невращающейся синхронной машины подключают регулируемый источник переменного однофазного напряжения промышленной частоты и поднимают напряжение до величины, при которой ток в статорной обмотке 1 составляет 3-5Х номиналь1 ного тока синхронной машины, Затем с помощью валоповоротного устройства устанавливают ротор в положение, соответствующее максимальной величине наведенной на разомкнутой обмотке возбуждения ЭДС, которая контролируется постоянно подключенным к ее выводам вольтметром, Эта ЭДС не должна превы— шать длительно допустимую для обмотки возбуждения величину. При необходимости для выполнения указанного условия величина тока 1,, воздействием 45 на регулируемый источник, может быть дополнительно уменьшена против указанного значения. После проведения измерений величин U, 1„, Е» у и регулируемый источник перемейного

2 напряжения отключают от обмотки статора и подключают к обмотке возбуждения, устанавливая величину тока в ней, рабочую Кт!,, где К вЂ” коэффициент трансформации.

При выполнении этого условия обеспечивается протекание в основном демпферном контуре машины примерно такого же по величине тока, как и при питании обмотки статора от источника переменного напряжения, вследствие чего имеющая зависимость сопротивления основного демпферного контура от величины протекающего в нем тока не вносит погрешность в конечный результат измерений. Кроме измерения величины тока I измеряется величина

ЭДС Е на тех же выводах разомкнутой обмотки статора, к которым подключался источник переменного напряжения, а также угол фазового сдвига между этими величинами, при этом полярность входных зажимов фазометра, подключаемых к обмотке статора, принимается соответствующей минимальному значению измеряемого угла. По результатам измерений производится расчет величины сопротивления рассеяния обмотки сгатора.

Предлагаемый способ отличается высокой точностью, так как практически полностью исключает ошибку, имеющую место при других модификациях способа неподвижного ротора и обусловленную неучетом магнитной связи по потокам рессеяния между эквивалентным демпферным контуром ротора и обмоткой возбуждения. Не требуя для подсчета величины искомого параметра использования каталожных данных машины, предлагаемый способ таким образом решает ту же задачу, что и известные способы, и обеспечивает по сравнению с ними получение дополнительного положительного эффекта, почти полностью исключает систематическую ошибку, по1вышая точность определения реактивного сопротивления рассеяния обмотки статора до уровня, определяемоro практически только точностью измерительных приборов. Небольшое увеличение объема измерений согласно предлагаемому способу по сравнению с изве стными способами практически не увеличивает его трудоемкости, так как не требует ни разборки машины, ни изменения ее конструкции, ни других связанных с большими затратами труда или времени операций, Формула изобретения

Способ определения индуктивного . сопротивления рассеяния обмотки статора трехфазной синхронной машины, содержащей ротор с демпферными конту рами и обмоткой возбуждения на рото1:339 б 3 (2 I„r s i n

E, u, Е т р 1р

Y,„V ((g

jxh3 ре, путем подключения двух последова— тельно соединенных фаз обмотки стато— ра к однофазному источнику переменного напряжения, установки ротора в

5 положение, соответствующее максимуму

ЭДС, наведенной на разомкнутой обмотке возбуждения, измерения величины этой ЭДС, а также напряжения, подведенного к двум последовательно соединенным фазам обмотки статора, тока в них, углов фазового сдвига между напряжением и током в обмотке статора, между напряжением на обмотке статора и ЭДС обмотки возбуждения ротора, и активного сопротивления обмотки статора и последующего расчета искомого индуктивного сопротивления рассеяния по измеренным параметрам, отличающийся тем, что, 2о с целью повьш ения точности, отключают обмотку статора от однофазного источника переменного напряжения и подключают к нему обмотку возбуждения, измеряют при этом ток в обмотке 25 возбуждения, ЭДС на выводах двух последовательно соединенных фазах обмотки статора и угол фазового сдвига между током ротора и указанной ЭДС, а индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора определяют по формуле

x = (sin y + cos Y ct93)

Sa 2 I „ t 1

J >Df

U Е,, ссо э г"

2 Е 1 sinf-" где О, =1 (U, -2 I„rîñosу, ) +

2 1,r>

q + arcsin

1 1 u - г

1 г, — (,+ );

- действующее значение соответственно ЭДС на выводах разомкнутой обмотки возбуждения, напряжения источника переменного напряжения и тока в цепи обмотки статора при подключении ее к источнику переменного напряжения; действующее значение соответственно ЭДС на выводах двух последовательно соединенных фаэ обмотки статора при отключении их от источника переменного напряжения и тока в обмотке возбуждения; углы фазового сдвига соответственно между U, и

11 о и Е E и 1 активное сопротивление фазы обмотки статора, 1339463

I 339463

211 R

Составитель. В. Никаноров

Редактор Н, Рогулич Техред Л. Олийнык Корректор А, Зимокосов

Заказ 4215/34 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно -полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4