汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型

为了分析汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,建立考虑转子铁心涡流影响的汽轮发电机空载时励磁绕组匝间短路多回路数学模型。用气隙磁导法推导了与汽轮发电机励磁绕组有关的单个线圈间电感系数的计算公式。采用该模型对空载时有无励磁绕组匝间短路故障2种工况分别进行仿真,得到了励磁电流、定子并联支路环流、定子电压仿真波形。通过仿真研究还得到励磁绕组匝间短路后的2个故障特征:在外加恒定励磁电压的情况下,励磁电流逐渐增大到另一个稳定值;定子并联支路间出现了环流。通过实验验证了所建多回路数学模型的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障检测和诊断提供参考。     

变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障保护

针对变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障存在“弱保护”问题,提出一种基于定子侧分支环流的交流励磁电机转子绕组内部短路故障保护方法。根据多回路理论分析理论,从数字滤波器设计、保护判据、防误措施等方面研究了变速抽水蓄能机组转子绕组短路故障保护的关键技术,研制了保护样机,并搭建动模试验平台进行了验证。试验结果表明,该方法能可靠反映转子绕组匝间和相间短路故障,基于该原理的保护装置即将在国内某变速抽水蓄能机组上投入应用。     

感应整流式无刷同步电机的励磁原理和调压性能研究

为了实现转子励磁型电励磁电机的无刷化励磁,研究一种感应整流式无刷同步电励磁电机。新结构电机采用传统电励磁电机铁芯。当往定子励磁绕组通入直流励磁电流后,感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流产生的磁场在气隙中叠加,共同感应电枢绕组。该方法结合传统的感应励磁和励磁机励磁的优点,实现高效的无刷化励磁。介绍感应整流式无刷同步电励磁电机的结构,绕组分布和基本工作原理,理论分析感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流的励磁原理,运用Ansys Maxwell仿真分析发电机的输出电压波形以及调压性能。制作了一台1.5kVA的实验样机,验证了理论和仿真分析的正确性。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的稳态电流谐波特征研究

为研究励磁绕组匝间短路的故障机理,通过理论分析故障情况下A1553样机转子绕组和定子绕组产生的磁动势性质及其在气隙磁场中的相互作用,论证了定子相绕组内部环流为分数次谐波、而转子电流为基波及整数次谐波的稳态故障特征,并且说明故障谐波特征主要受定子绕组的分布与联接方式影响,与电机极对数、励磁绕组的短路匝数及故障位置也有关系。对A1553样机进行了单机空载工况下的励磁绕组匝间短路实验,通过对稳态实验电流的快速傅里叶分析,验证了上述故障特征和理论分析方法的正确性。理论分析和实验表明,转子匝间短路的故障特征与机端外部短路故障、定子绕组内部短路故障等其它故障都有所不同,为故障检测提供了依据。     

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。     

汽轮发电机励磁绕组短路多回路数学模型及电感系数

为了用数值仿真方法研究大型汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,依据多回路方法提出了回路选取原则,据此选取各回路及其独立变量,形成了联无穷大电网时汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型;用气隙磁导法推导了单个线圈间电感系数的计算公式,并得到了数学模型中定子绕组各支路自感及其间互感,阻尼绕组各回路自感及其间互感,定子绕组各支路与阻尼绕组各回路间互感,励磁绕组各回路自感及其间互感,定子各支路与励磁各回路间互感,励磁绕组各回路与阻尼绕组各回路间互感系数的计算公式。通过对绕组正常时参数对比和励磁绕组匝间短路时仿真和实验结果的对比,表明了回路选取、数学模型和电感系数计算公式的正确性。     

同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等.为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量.应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算.对一台12 KW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好.该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础.     

水轮发电机定子绕组内部故障稳态电量仿真及其规律探讨

应用多回路理论建立水轮发电机定子绕组内部故障分析的通用数学模型,引入回路关联矩阵减少回路方程总数并自动形成各种故障形式的回路参数,对水轮发电机定子绕组内部故障的稳态性能进行仿真计算,探讨了水轮发电机定子绕组内部故障（如匝间短路,支路间短路等）规律。     

基于内部故障仿真的可变速抽水蓄能发电电动机定子侧主保护优化配置研究

大型可变速抽水蓄能机组具有交流励磁和变速恒频发电的特点,研究其内部故障仿真建模方法对明确其主保护最优配置方案有实用意义。首先,基于分支电压方程和磁链方程建立可变速抽水蓄能发电电动机的通用数学计算模型,能够实现对并网满载工况下定子绕组内部短路故障和开焊断线故障的暂态仿真。仿真结果中两类故障的故障特征与理论分析一致,验证了该数学计算模型的正确性。然后,根据定子绕组的绕线规律分析可能发生的短路故障和断线故障情况,利用所建立的数学模型对所有故障情况进行仿真计算。最后,经定量化分析比较,发现主保护配置方案为：“零序横差电流保护+裂相横差电流保护+完全纵差电流保护”时保护覆盖范围最大。     

多相整流永磁同步发电机绕组内部相间短路的故障分析

该文将多回路法与有限元法相结合,建立了多相整流永磁同步发电机系统绕组内部相间短路的通用数学模型,可计算永磁电机正常及绕组内部故障工况的电气量分布,不仅适用于每相单分支的多相电机,还适用于每相多分支的情况。在一台特制的六相双分支永磁同步发电机样机上进行了故障实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了数学模型的正确性。在准确计算绕组电流的基础上,进一步计算了故障前后样机内部的温度场分布,结果表明故障导致样机内部温度不再均匀分布。根据仿真和实验结果,分析了该样机相间短路的故障特点,并说明了短路点附近明显升温对永磁电机的严重影响以及不同组三相绕组间相间短路引起整流桥中某些二极管过电流的潜在危害。该文研究为多相永磁同步发电机内部相间短路故障检测提供了依据。     

同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究

转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、转子振动加剧等影响,如果不及早处理可能给机组的安全运行带来巨大威胁.近年来国内外研究主要通过实验检测及定性分析,由于不能准确计算故障电流等电气量,在实际应用中存在局限性.本文为多支路同步发电机励磁绕组匝间短路建立了改进的多回路数学模型,并提出了与励磁绕组有关的电感系数的计算方法,可以考虑气隙磁场畸变、定子绕组不平衡电流等因素的影响.针对1台4极凸极同步发电机,用该模型对不同匝数的励磁绕组匝间短路进行数字仿真,可得到短路后定、转子电流及有功功率、无功功率等.根据计算结果,本文提出励磁绕组匝间短路后定子同相不同分支之间出现分数次谐波环流、励磁电流出现基波及奇数次谐波的故障特征,并给出了物理解释,可以为转子匝间短路保护提供依据.     

基于多回路数学模型的异步电动机内部故障瞬变过程

基于多回路理论,建立了YN接、Y接、D接笼型异步电动机在正常、内部故障(定子绕组匝间短路与转子断条)情况下的多回路数学模型。应用多回路数学模型对电机内部故障瞬变过程进行数字仿真和实验,以此研究电机定子电流及其负序分量、相位对称关系、边频分量的瞬变规律。分析仿真与实验结果表明：由于实际电机本身固有的不对称性,即使其正常运行,也必将在一定程度上体现内部故障特征;某些形式的定子绕组匝间短路故障可能抵消这种不对称性,并削弱(而非强化)定子绕组匝间短路故障特征;实际电机定子电流往往包含包括转子断条故障特征分量在内的多个边频分量,其中某些边频分量可能来源于电机气隙偏心、转子不对中或其他因素。在工程实际中进行电机内部故障检测时,必须密切关注上述规律,以保证故障检测灵敏度与可靠性。     

十二相整流同步发电机系统异桥相间短路的故障分析

十二相整流同步发电机系统在移动平台已得到广泛应用。出于对系统安全运行问题的全面考虑,该文分析了该系统中一种特殊的定子内部短路故障——异桥相间短路。考虑到故障相所在的两组三相绕组之间故障附加回路的特殊拓扑结构及其对整流桥换相模式的影响,该文对原有的十二相整流发电机多回路数学模型进行了扩充,用来计算异桥相间短路的定、转子绕组及整流桥直流侧负载电压、电流等电气量,并通过样机实验,验证了计算结果的准确性。基于仿真与实验结果,分析了十二相整流发电机定子绕组异桥相间短路故障的电气特点,特别指出其短路回路电流等故障量随直流侧负载电阻增大而减小,为这种特殊故障的危害评估及保护研究提供了依据。     

一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）

由于永磁体、励磁绕组和电枢绕组均置于唯一的定子上,传统定子励磁型混合励磁电机的转矩密度受到了限制。提出一种具有更高转矩密度的新型定子分区式混合励磁电机。在该电机中,励磁源(永磁体、励磁绕组)和电枢绕组被分别置于两个定子区域,而转子由调制块组成。从弱磁能力、转矩提升能力和纯永磁转矩三方面综合考虑,设计了电机的尺寸参数,并分析了电机的电磁性能。通过在内区定子上引入磁桥,所提出的定子分区式混合励磁电机的弱磁能力可从12.8%增强到79.4%,而转矩提升能力可从12.1%增强到79.1%。制作了一台样机,在样机上测试了空载反电势和静态转矩,实验结果与有限元分析结果吻合。     

不同极槽数配合的分立定子混合励磁磁通切换电机研究（英文）

混合励磁电机使用永磁体和励磁线圈共同作为励磁源,可以集成永磁电机高效率、高功率密度以及电励磁电机灵活调磁的优点。该文将研究一种分立定子混合励磁磁通切换电机,该电机的永磁体和励磁线圈均置于定子以省略电刷滑环,同时采用双定子结构以解决传统定子混合励磁电机的定子空间拥挤问题。该电机遵循磁通切换原理,静止励磁源产生的磁通被凸极转子调制,进而在电枢绕组上产生双极性交变磁链。该文将介绍该电机运行原理,并重点研究不同定转子极槽数配合的电机电磁性能,以说明该类型电机兼具高转矩密度和强调磁能力。此外,分析关键设计参数对电机转矩密度和调磁能力的影响,为电机设计提供指导。最后,制作并测试2台样机以完成实验研究。     

交流励磁混合励磁电机的调磁稳压控制策略研究

交流励磁混合励磁同步发电机(hybridexcitation synchronous generator,HESG)的励磁绕组和转子分别采用交流励磁和交替极结构,实现了永磁磁通和电励磁磁通并联,降低了由电励磁磁通导致的永磁体不可逆退磁风险。由于混合励磁电机引入励磁绕组,其控制系统具有强耦合、多维度、多变量等特点,控制难度较大。该文研究交流励磁HESG负载和转速变化时稳压控制策略,首先建立电机数学模型,其次推导基于励磁绕组磁场定向控制时输出电压与励磁绕组电流的关系,分析交流励磁HESG不同运行状态下的稳压原理,并据此提出稳压控制策略。最后搭建发电实验平台,验证数学模型的准确性和控制策略的有效性。     

双馈风力发电机有功、无功的解耦控制研究

交流励磁发电机又称双馈感应发电机（DFIG）。通过调节发电机转子绕组励磁电流的频率、幅值和相位即可实现变速恒频运行。通过对交流励磁发电机动态数学模型的研究,提出了基于定子磁场定向的矢量控制策略。并进行了有功和无功功率独立调节的仿真实验,仿真结果验证了控制策略的正确性。     

隐极发电机励磁绕组匝间短路故障定位及短路匝数估算

为实现对发电机励磁绕组匝间短路故障的在线检测与保护,以一台12kW、3对极隐极同步发电机为例,采用多回路法对该样机负载运行时发生的励磁绕组匝间短路故障进行计算,并与实验进行了对比分析;基于计算与实验结果,分别探讨了分布式励磁绕组的故障位置及短路匝数对故障特征量的影响;在此基础上,提出利用定子分支谐波电流进行故障定位及短路匝数估算的新方法,为隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线检测与保护方案设计奠定了理论基础。     

发电机内部故障分析软件的理论基础———多回路分析法

阐述了交流电机的多回路分析法，奠定了发电机内部短路保护计算的理论基础。多台各种类型同步发电机内部故障的仿真及其与试验的对比证明了多回路数学模型和方法的正确。多回路分析法已成功应用于国内10多个电站发电机定子绕组内部故障计算和保护方案设计。以多回路法为理论基础开发的发电机故障分析软件也已面世。     

定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响

为研究定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响,对一台12 kW、6极同步发电机的定子绕组连接进行了不同形式的变换,利用经过实验验证的多回路分析法分别对不同定子绕组形式的电机所发生的同一种转子匝间短路故障进行了计算,通过傅里叶分解得到了稳态故障电流的谐波特征,并进行了比较分析。计算与分析表明,发生励磁绕组匝间短路故障后,电机定、转子电流会出现不同于机端外部短路、定子内部短路等其它故障的稳态电流谐波特征,且不同定子绕组形式的电机表现的特征也各不相同。对励磁绕组匝间短路故障监测与保护的研究,需建立在科学的故障计算基础上,对不同型号的电机都需具体分析计算,根据实际情况选择用来检测或保护的特征量。