双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究

分析双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流的来源,提出以负序电流作为故障特征量进行故障诊断,建立双馈异步发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小实现了匝间短路故障模拟.对仿真发电机在风速恒定的条件下发生定子绕组匝间短路故障进行了模拟.结果表明,定子发生匝间短路故障后,会在定子中增加负序电流分量,定子负...     

定子绕组匝间短路对无刷双馈电机电磁特性的影响

针对无刷双馈发电机定子绕组匝间短路的暂态电磁特性,采用多回路模型和有限元模型相结合的方法,建立了用于分析定子绕组短路故障的无刷双馈发电机场路耦合模型,充分考虑齿槽效应,铁磁材料饱和以及涡流效应等因素的影响.对发电机匝间故障前后暂态和稳态下的电磁转矩特征进行了频谱分析,在此基础上研究了不同频率电磁转矩分量随故障匝数及故障...     

基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性。分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性。     

定子绕组匝间短路时发电机转子电磁转矩特性的有限元分析

以电磁场有限元分析软件Ansoft为仿真、计算工具,对定子绕组匝间短路故障下发电机电磁转矩的特性进行了分析研究。首先分析了有限元计算电磁转矩的边界求解条件和具体计算方法,然后利用 Ansoft软件建立了发电机正常情况及定子绕组匝间短路故障情况下的仿真模型,通过对其运行情况的仿真及数据的后续处理,得到定子绕组匝间短路故障下发电机磁力线分布的变化特征以及匝间短路故障程度对电磁转矩变化的影响。最后分析SDF-9型故障模拟发电机在正常及不同程度匝间短路故障下电磁转矩的变化特征,实验分析结果与理论分析结果基本一致。     

计及固有不平衡的双馈电机定子匝间短路故障分析

双馈式发电机的定子匝间短路的故障特征,本质上是由定子三相不平衡引起的。当实际生产的电机定子绕组存在轻微的固有不平衡时,也会在转子电流引起高次谐波,这些谐波的与定子绕组匝间短路的引起的谐波相近,这会导致对电机定子绕组轻微匝间短路的误诊断。使用Ansoft软件建立了双馈电机三相对称的理想模型、包含定子固有不对称的实际模型、三相对称情况下定子匝间短路的理想故障模型以及定子考虑固有不平衡时的匝间短路模型:用以分析考虑定子固有不平衡时双馈式发电机定子轻微匝间短路的故障特征,使得建模更贴近实际情况。对故障后双馈式发电机转子电流和电磁转矩进行了频谱分析,指出轻微固有不平衡与轻微匝间短路在转子电流引起相同的特征频率。但在电磁转矩中,并没有引起明显的特征频率,可通过电磁转矩的特征频率确定电机发生定子匝间短路。     

基于多回路理论的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障分析

鉴于定子负序电流不能准确检测电源不对称情况下双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障,分析了负序视在阻抗法在电源不对称情况下检测双馈异步发电机发生定子绕组匝间短路故障的可行性。基于多回路理论,建立了电源对称及不对称情况时双馈异步发电机定子绕组正常及匝间短路情况下的数学模型。对仿真结果进行分析,得出定子负序电流可准确检测电源对称情况下双馈机定子绕组发生匝间短路情况,但当电源不对称时易导致误判;相比定子负序电流,定子负序视在阻抗可应用于检测电源不对称情况下定子绕组发生匝间短路故障的情况。     

双馈异步风力发电机定子匝间短路故障诊断

提出利用零序电压对双馈异步风力发电机定子匝间短路故障进行诊断的方法。在对定子绕组匝间短路故障零序电压分量产生机理进行分析的基础上,提出以零序电压作为故障特征量进行故障诊断。建立双馈异步风力发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻实现了匝间短路故障模拟。对发电机在转速恒定条件下的不同状态发生定子绕组匝间短路故障进行了仿真研究。结果表明:定子发生匝间短路故障后,会在定子中产生零序电压,并随着故障严重程度的增加而增大;零序电压会受到电源不对称和负载情况的影响,且随着负载的增大有微弱减小,利用零序电压进行故障诊断时,需要补偿这些非电机故障因素的影响。     

双馈式感应发电机定子匝间短路故障稳态分析

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应发电机常见故障之一。文中分析了发生匝间短路故障时的电磁特性变化规律,建立了双馈式感应发电机的定子绕组正常和发生匝间短路故障时的多回路数学模型,对正常情况和不同程度匝间短路故障情况进行了仿真计算。对仿真结果进行了深入研究,分别对定子侧电流和转子侧电流进行频谱分析,总结了正常情况和不同程度匝间短路故障情况下的谐波变化规律,证明了通过特定频率信号监测双馈式感应发电机运行状况和进行故障诊断的可行性。     

定子绕组匝间短路时发电机电磁转矩分析

对定子绕组匝间短路时发电机的电磁转矩特性进行了研究。分析了在考虑电机振动偏心下，定子绕组匝间短路后同步发电机的气隙磁场变化特征，然后得到内部故障发生前后电磁转矩的变化特征，特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征。同时分析了故障后发电机转子励磁电流的故障特征。利用动模实验，实测了1台容量为7.5kV×A的同步发电机不同程度定子绕组匝间短路时的电磁转矩并对其进行了离散傅里叶变换频谱分析，实验分析结果与理论分析基本一致。该结果对于电机瞬时转矩的测量、计算和运行中动态电磁转矩波形的描述具有较高的参考价值。     

双馈异步电机定子匝间短路的建模与故障诊断

定子匝间短路是双馈异步电机常见故障之一,直接威胁风力发电系统的安全运行。利用多回路理论建立了双馈异步电机正常情况以及定子匝间短路情况下的数学模型,并利用MATLAB/Simulink中S函数实现了数学模型。在考虑了变流器控制策略的基础上,对双馈异步电机在正常情况下和定子绕组匝间短路的情况下进行了仿真,所得仿真结果与实际情况相符。最后,分析了正常情况和定子匝间短路情况下电磁转矩的变化,利用电磁转矩的不同来诊断定子匝间短路。     

An Analysis of the Impact of Rotor Winding Interturn Short Circuits on Turbine Generator Operating Variables

Abstract— In this article, the finite-element method is used to study the impact on a generator's electromagnetic torque by the position and level of a rotor winding interturn short circuit. The rules involving changes to the exciting current and the reactive power of generators are analyzed under the given adjustment patterns. The results of this study show that the saturability of ferromagnetic materials reduces the torque undulations that occur during the rotor winding interturn short circuit fault and that it improves the static stability of generators. Both the simulation experiment and the real case of a rotor winding interturn short circuit demonstrated that when a rotor winding interturn short circuit happens in a turbine generator, the generator can maintain its static stability by adjusting its state variables. This results in an increased exciting current and a decreased reactive power. The analytical method described herein allows accurate prediction of the change limits of the exciting current and the reactive power, enabling better diagnosis of the rotor winding interturn short circuit based on the two variables.     

同步电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应仿真分析

为了得到同步发电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应特征,实现设备的早期维护,文章以一台凸极同步发电机为例搭建“场-路”耦合模型,分析了同步发电机定子匝间短路的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入Workbench仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了同步发电机故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征。分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,受力及易形变部位集中在定子端部绕组以及端部绕组与直线段连接的部分。文章为同步发电机的预防性绝缘制造以及定子绕组匝间短路故障检测和诊断技术提供了依据。     

基于改进EMD算法的永磁同步电机故障特征提取

针对常用时频分析方法的不足,介绍了一种自适应时频分析方法-经验模式分解的基本原理和算法,并对其算法进行了改进。在此基础上,用EMD时频分析方法对永磁同步电机定子绕组匝间短路的电磁转矩信号进行了分析,提取了瞬时频率、幅值等瞬时故障特征,并提出了能量特征向量,为永磁同步电机的故障诊断提供了准确的依据。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的电磁转矩

同步发电机的励磁绕组匝间短路故障会引起机械振动,而研究故障时的电磁转矩是分析机械振动特性的基础。文中首先基于多回路数学模型计算了短路故障后的电磁转矩,计算中全面考虑了定、转子绕组产生的各种次数、转速、转向的空间磁场之间的相互作用;对一台12kW、3对极隐极同步发电机样机进行了仿真计算及实验的比对验证;从分析故障后定、转...     

基于变分模态分解与精细复合多尺度散布熵的发电机匝间短路故障诊断

针对多极发电机匝间短路故障诊断与识别难度高的问题,提出了变分模态分解与精细复合多尺度散布熵结合的方法处理发电机定子振动信号.所提方法应用变分模态分解将原始信号分解为多个模态分量,并依据峭度和相关系数原则选取2个不同分量进行信号的重构,应用精细复合多尺度散布熵来进行重构信号的分类及故障识别.对3对极发电机匝间短路故障前、后定子振动数据的处理效果表明,所提方法可以对发电机匝间短路故障进行有效识别与诊断,与其他多尺度熵方法相比具有一定优越性.     

Analysis on Steady-State Electromagnetic Characteristics and Online Monitoring Method of Stator Inter-Turn Short Circuit of Turbo-Generator

The intent of this paper is to find out significant united electromechanical characteristics for online monitoring of stator interturn short circuit (SISC) faults. Different from other studies, this paper pays attention to neither the stator voltage and current, nor the winding inductance variation, but focuses on the faulty electromagnetic characteristics including the exciting current, the circulating current in the parallel branches (CCPB), and the electromagnetic torque (EMT). The simulation work is modeled for a QFSN-600-2YHG type turbo-generator and the experiment is taken on a MJF-30-6 fault-simulating generator to verify the theoretical analysis. The simulation result and the experiment data accord with the theoretical analysis and show that, as SISC occurs, second harmonics will be induced in the exciting current, first and third harmonics will be induced in the CCPB, and second and fourth harmonics will be produced in the EMT. Moreover, the corresponding time-domain waves will also fluctuate intensely, while the mean value of the exciting current and the EMT will be decreased. As SISC develops, the harmonic increment, the fluctuation intensity of the time waves, and the decreased rate of the mean value will be also increased. These united characteristics can be applied to the fault diagnosis and online monitoring on SISC fault.     

双馈异步发电机定转子绕组过热故障监测方法

双馈异步发电机(DFIG)在长期运行中很容易发生定转子绕组过热故障。以绕组温度为研究对象,在分析绕组过热故障成因的基础上,分别从电机热性能和参数辨识两方面进行检测。使用参数辨识法时,首先利用电机电磁数学模型辨识定转子绕组电阻,再根据电阻与温度之间的关系计算定转子温度,从而判断绕组是否过热。最后基于MATLAB软件仿真验证了定转子绕组参数辨识法的正确性,为DFIG诊断绕组过热故障提供理论支撑。     

基于信息融合分析的感应电机故障检测方法

为了提高感应电机故障检测的准确性,在分析了感应电机定子线圈短路故障时的振动特征信息及定子电流的谱信息的基础上,指出了单一的振动分析方法或定子电流频谱分析（MCSA）诊断定子线圈短路故障,不能得到准确可靠诊断结果的原因,提出了一种基于信息融合分析的感应电机定子故障检测方法,能有效提取电机定子故障时的特征信息,提高了故障识别的准确性。实验结果证实,基于融合分析得到故障特征可以作为感应电机定子线圈短路故障诊断的依据。     

多相永磁电动机定子绕组短路故障动态分析

定子绕组短路故障对多相永磁同步电动机的运行有非常严重的影响,因此有必要对其进行仿真分析以便为进一步研究其对永磁体工作点的影响奠定理论基础,同时也为电机结构设计提供一定的理论依据。本文利用场路耦合时步有限元法,建立了多相永磁同步电动机的数学模型;然后通过对电机定子绕组等效电路方程和电磁场方程联立求解,计算得到了单相对地短路、两相间短路以及三相短路三种突然短路状态下的定子相绕组暂态电流、端电压以及电磁转矩波形;最后将仿真波形与实验波形相对比,证明了该数学模型和计算方法的正确性,并得到了三种短路状态下,相绕组电流和电磁转矩随时间变化规律的一些结论。