基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法

分析了发电机气隙磁势、磁导、磁密、定子绕组两条并联支路的感应电势和电路方程,得到定 子绕组并联支路间的电压差表达式。通过分析正常及故障运行时各参数的变化得到了并联支路电 压差和环流特性,理想电机在正常运行时不存在电压差和环流,而转子绕组短路故障将引起二次谐 波环流,定子绕组短路、定转子气隙静偏心、气隙动偏心故障将引起基波环流。由于不同故障引起 的环流特性存在差别,提出了基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法,并实测了 SDF-9型故障模拟发电机正常及故障运行时的环流信号,与理论分析结果基本吻合。     

发电机气隙偏心时定子并联支路的环流特性分析

为了有效监测和诊断发电机主要的机械故障之一的气隙偏心故障,在分析发电机正常情况及气隙偏心故障时定子绕组并联支路环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的气隙偏心故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和气隙偏心故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电势瞬时值和电势差的瞬时值表达式,然后结合静偏心、动偏心、动静复合偏心3种偏心故障下的气隙情况,具体分析了偏心故障下的定子并联支路环流的谐波成分特性及其与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性即故障使环流基频成分突出,环流值随偏心程度的加重而增大。实测SDF-9型故障模拟发电机气隙偏心故障时环流信号与理论分析结果基本符合。     

基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法

分析了发电机气隙磁势、磁导、磁密、定子绕组两条并联支路的感应电势和电路方程，得到定子绕组并联支路间的电压差表达式。通过分析正常及故障运行时各参数的变化得到了并联支路电压差和环流特性，理想电机在正常运行时不存在电压差和环流，而转子绕组短路故障将引起二次谐波环流，定子绕组短路、定转子气隙静偏心、气隙动偏心故障将引起基波环流。由于不同故障引起的环流特性存在差别，提出了基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法，并实测了SDF-9型故障模拟发电机正常及故障运行时的环流信号，与理论分析结果基本吻合。     

汽轮发电机转子绕组短路故障在线定位方法研究

针对汽轮发电机转子绕组短路故障，首先进行了故障电磁特性分析，短路故障发生后励磁磁动势中出现了偶数次故障特征谐波。为进一步考虑短路位置、磁饱和、发电机工况及电机齿槽等因素的影响，建立有限元模型，对多种故障情况进行模拟，获得了不同故障情况下的气隙径向磁密变化，谐波分析结果表明，气隙径向磁密变化各次谐波含量与相位和故障槽位置有关。气隙径向磁密的偶数次谐波分量会在定子并联支路中引起环流，而且并联支路环流各次谐波含量与相位和故障槽位置有关，据此借助定子并联支路环流谐波幅值与相位信息提出了一种非侵入式故障检测与定位方法，可对转子任意槽短路故障进行在线检测与精确定位，从而为汽轮发电机的长期安全稳定运行提供保障。     

新型同步调相机转子匝间短路故障定位研究

转子绕组匝间短路故障是新型同步调相机的一种典型故障，对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响，为保障新型同步调相机高可靠稳定运行，文中提出了一种转子绕组匝间短路故障在线诊断与定位的方法。文中从故障导致的气隙磁场磁动势畸变出发，推导出定子同相双支路将产生偶次谐波环流现象，通过对支路环流进行傅里叶分析，提取谐波中的明显特征量。通过对此特征量进行分析，文中得出该特征量的大小仅与故障所在转子上的空间位置有关，而与故障匝数无关的结论，最终通过查表的方式来实现故障诊断与定位。文中基于已规模投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机开发了有限元软件的仿真模型，搭建了基于新型调相机的模拟机实验平台。仿真与实验的的结果验证了利用支路环流谐波进行转子匝间短路故障定位的有效性。     

高压直流输电换相失败对带静偏心故障调相机的影响

为了研究高压直流输电逆变器换相失败对带静偏心故障调相机的影响,首先以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,基于Simulink+Maxwell/Simplorer构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型,联合仿真得到不同静偏心率下调相机的气隙磁场.其次,分析了换相失败对不同静偏心率下调相机气隙磁通密度的影响,并采用麦克斯韦应力张量法计算发生换相失败前后转子受到的不平衡磁拉力.最后,采用非线性Newmark隐式积分法计算换相失败对不同静偏心率下调相机转子振动的影响.结果表明,换相失败使带静偏心故障调相机气隙磁场增大,转子所受磁拉力与振动幅值明显增大,并且其影响程度随调相机静偏心率的增大而增大.换相失败对带静偏心故障调相机的影响分析对解释机组异常振动、诊断静偏心故障有一定的参考价值.     

转子偏心对大型汽轮发电机磁场分布及定子铁耗的影响

指出转子偏心是大型汽轮发电机的主要故障之一,故障发生后可能会改变气隙及铁心的磁场分布,加剧定、转子的振动,导致铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等严重后果。偏心后磁场的计算,传统的数值解析法推导过程复杂,准确度不高。以有限元方法为工具,建立了汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,定量分析了发电机转子在偏心率不同时空载和额定负载工况气隙磁密各次谐波的变化情况,研究了定、转子铁心齿部和轭部磁场的分布状况,并在此基础上,讨论了不同偏心率对定子铁心损耗的影响。计算结果表明转子偏心会增加气隙磁密的偶次谐波含量,使转子偏心朝向处的定子磁密增大,反向处的定子磁密减小,导致局部过热,并增加了发电机的定子铁心损耗。     

汽轮发电机转子短路故障时定子环流特性分析

转子绕组匝间短路是发电机常见的电气故障之一,为了对其进行有效监测和诊断,在分析发电机正常情况以及在转子绕组匝间短路故障时定子绕组并联支路的环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的转子绕组匝间短路故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和转子绕组匝间短路故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电动势瞬时值和电势差的瞬时值表达式。然后详细分析了转子绕组匝间短路故障时定子绕组并联支路环流各次谐波成分与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性,故障将使环流频谱二倍频成分突出,环流值将随着转子绕组短路程度的加重而增大。最后实测了SDF-9型故障模拟发电机正常及转子绕组匝间短路故障时环流信号,与理论分析结果基本符合。     

气隙偏心下永磁风力发电机定子电磁振动特性分析

永磁风力发电机定转子偏心会造成发电机气隙分布不均匀而产生磁场不平衡,使发电机振动加剧,严重时甚至引发转子扫膛,使发电机损坏失效。以某兆瓦级永磁风力发电机为研究对象,理论分析了气隙偏心对发电机气隙磁密和径向电磁力的影响,对于不同气隙偏心量下的风力发电机瞬态电磁场开展有限元分析,获得气隙磁密和径向电磁力分布特性变化规律,进而开展径向电磁力作用下定子谐响应分析,以掌握气隙偏心引起的定子振动响应特性。结果表明：随着气隙偏心量的增加,气隙最小处气隙磁密幅值增大,径向电磁力新增边带分量;发电机定子振动响应中工作频率的倍频幅值也随之增大,其中二阶径向模态响应幅值最大。所得结果可为发电机气隙监测方法研究提供一定的理论依据。     

双馈风力发电机转子匝间短路故障分析

双馈式风力发电机转子绕组发生轻微匝间短路后,该极磁动势将发生变化,气隙磁密分布不再对称,不对称的磁密分布将在定子绕组内感应附加谐波电动势,形成附加的谐波电流.因此,可以通过分析定子绕组的并联支路环流来检测转子绕组匝间短路故障.采用多回路理论,针对一台4极电机进行建模,仿真计算了不同匝数短路故障时的定子一相并联支路的环流,所得结果与理论分析相符,从而验证了所建立模型的正确性.     

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。     

三维气隙偏心对同步发电机转子铁芯温度特性的影响

对同步发电机正常运行、气隙径向偏心、气隙轴向偏心及气隙轴向-径向复合偏心故障前后转子铁芯的损耗和温度的变化进行分析.首先对正常运行以及3种气隙偏心故障下的磁滞损耗和涡流损耗进行了解析,推导得到了各工况对应的损耗表达式;然后建立了CS-5型发电机的三维有限元模型,计算得到了不同工况下转子铁芯的损耗和温度变化数据.研究发现:气隙径向偏心故障下,转子铁芯的温度高于正常情况,随着偏心量的增加,损耗与温度均呈现升高趋势;气隙轴向偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度将低于正常情况,偏移量的增加会使损耗和温度均呈现下降趋势;气隙轴向-径向复合偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度相对正常情况变化较小,但整体仍呈现升高趋势.最后对CS-5型故障模拟发电机进行仿真和实验,仿真和实验结果与理论分析结论基本一致.     

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。     

汽轮发电机转子匝间短路故障下的谐波检测

通过分析汽轮发电机励磁绕组的磁动势分布建立了磁动势的数学模型,通过分析转子匝间短路引起的励磁磁动势分布变化情况,提出将短路后的励磁绕组磁势看作短路前的励磁绕组磁势和短路匝通过反向励磁电流产生的磁势的叠加量,由于前者是完全对称的,可只对短路匝产生的反向磁势进行分析。通过傅里叶分解得到了各次谐波分量,在考虑气隙偏心的情况下得到了定子感应电势,理论推导证明偏心对定子绕组感应电动势并不产生影响。定子三相对称电流合成了新的旋转磁动势,并在定子和转子绕组中形成感应谐波,其特征频谱不同于正常运行情况下的频谱。实验验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

永磁同步电机转子涡流损耗优化及温升分析

为解决永磁同步电机转子涡流损耗引起的转子温度高、永磁钢退磁等问题,建立转子涡流损耗解析表达式,分析影响参数,并以3相8极36槽V型IPMSM为例,研究定子槽口宽度、气隙长度、转子偏心距、定子斜槽角度等参数对转子涡流损耗的影响规律,完成最优参数匹配。研究结果表明,优化后的转子结构能够有效削弱电机主气隙磁密的高次谐波,从而减少涡流损耗、降低转子温度,提高电机输出性能。     

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机（BSRM）由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。     

负载振动与气隙偏心下电机电流调制机理分析

分别分析了感应电机负载转矩振动和气隙偏心对定子电流的调制机理,同时针对转矩振动频率与电机转子转频一致时,两者对定子电流调制结果在频域上难以区分开的特点,利用Wigner时频域分析方法,计算了负载转矩振动和气隙偏心时电流边频分量的相位差,指出二者时频分布特征的区别,为有效、准确地进行电机气隙偏心故障诊断提供理论依据。     

双馈异步风力发电机气隙偏心故障诊断研究现状与发展

双馈异步风力发电机(DFIG)机械故障在实际运行中尤其不可忽略,不论是转子刚度不足还是轴承磨损或安装误差,都会导致气隙偏心,严重时甚至会烧毁电机,因此对风机进行准确高效的气隙偏心故障诊断至关重要。简单介绍DFIG产生气隙偏心的故障机理,再对当前已有的相关故障诊断方法做重点归类阐述,最后展望未来的DFIG气隙偏心故障诊断方法的发展趋势和方向。