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。     

定子绕组匝间短路对发电机定转子径向振动特性的影响

分析了定子绕组匝间短路故障时发电机定转子径向振动特性，首先分析定子绕组匝间短路后气隙磁场变化特征，计算得到气隙磁密、气隙磁导和气隙磁场能量的表达式，然后得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性，最终得到定转子径向振动特征。并实测了MJF-30-6型模拟发电机定子绕组匝间短路时定转子径向振动信号，与理论分析结果基本吻合。另一方面也揭示了诸如绕组短路的电气故障与发电机机械振动之间的关系，指出了发电机径向振动特征与发电机电参数一样，也可作为诊断发电机绕组故障的依据。     

基于轴电压的隐极同步发电机转子典型故障诊断

针对隐极同步发电机的转子偏心和转子绕组匝间短路故障,采用气隙磁导法分析故障状态的发电机气隙磁场,并计算得到与转子故障对应的畸变磁场特征量。通过相关文献数据及故障模拟机组上的轴电压实验证明,轴电压信号系畸变的磁通所感应,确立了利用轴电压信号检测转子典型故障的方法,为隐极同步发电机转子故障诊断提供了新的途径。     

在线检测发电机转子绕组匝间短路的新方法

针对转子绕组匝间短路故障频发的现场实际情况,首先分析了隐极同步电机转子绕组匝间短路后励磁磁势的变化,采用气隙磁导法分析了电机气隙磁场,指出转子匝间短路故障使电机气隙磁场不对称,从而产生不均衡的磁拉力。由力的相互作用原理可知,该磁拉力不仅作用于转子,改变转子基频振动,同时还影响定子铁心的振动。随后对不平衡磁拉力引发的定子铁心的振动模态进行了分析,得出了转子匝间短路后定子铁心基频振动幅值增大的结论。最后在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路模拟实验,实验结果表明,可以通过定子铁心基频振动诊断隐极同步电机转子匝间短路故障。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,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时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

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。     

汽轮发电机转子绕组匝间短路时的电磁场分析

汽轮发电机发生转子绕组匝间短路时,其电磁特性和相关电气量会发生变化,基于这一特点,提出将有限元法用于汽轮发电机转子绕组匝间短路故障研究,并运用有限元程序对汽轮发电机正常情况及转子绕组匝间短路故障后磁场分布进行了仿真计算,通过分析比较故障前后磁场分布及气隙等效磁通密度分布,找出故障特征,为进一步分析转子绕组匝间短路故障机理奠定了基础。     

同步发电机转子匝间短路故障时励磁电流谐波特性分析

发电机正常运行时，电枢反应磁场与转子同步旋转，转子绕组不会感应附加谐波电流。当发生转子匝间短路故障时，气隙主磁场出现谐波，通过分析各次谐波的电磁特性，得出当谐波次数与发电机极对数满足一定关系时，电枢反应磁场与转子不同步旋转，从而在转子绕组中感应附加谐波电流，并给出谐波频率与气隙主磁场谐波次数、发电机极对数、转子机械转数的关系表达式。实测了MJF-30-6型同步发电机转子匝间短路故障时的励磁电流数据，结果表明，理论分析是正确的。     

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。     

基于端部漏磁特征频率的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断实验研究

为避免汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障可能带来的恶性故障和严重经济损失,本文研究了通过端部漏磁通在线检测转子绕组匝间短路故障的方法.文中分析了汽轮发电机的静止不对称对径向主磁场的致畸作用,部分磁通沿转轴、端盖和轴承等部件形成端部闭合回路.匝间短路故障后发电机气隙磁动势中出现了新的谐波成分,端部漏磁通产生对应的故障特征分量.为了证实研究结论,在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路故障模拟实验,在不同短路程度下分析了发电机端部漏磁通变化规律.结果表明:短路程度越严重,特征分量总有效值增大越明显,与理论预期基本吻合.研究结论为在线检测汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障提供了新的解决思路.     

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。     

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。     

Halbach阵列永磁电机齿槽转矩分析与计算

为了削弱永磁电机齿槽转矩,提高电机气隙磁密,改善气隙磁场分布,采用分段式Halbach阵列磁体结构,使永磁体获得理想的单边磁场。利用Maxwell软件,建立电机二维有限元分析模型,计算空载时电机的磁力线分布,获得电机气隙磁密和齿槽转矩等电磁特性,并与传统径向充磁磁体电机进行对比分析。研究结果表明,该方法能有效削减齿槽转矩,提高磁密幅值,增强磁密正弦性。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

离心血泵用无刷直流电机优化设计与分析

针对影响离心血泵用电机噪声与振动的气隙磁场和齿槽转矩,对不同极槽配合和不同永磁体充磁方式的永磁无刷直流电机进行了对比分析。首先,在满足离心血泵性能要求的前提下,对电机进行了初步设计,确定了电机的主要技术参数和尺寸。接着,借助有限元分析软件,对比分析了不同极槽配合电机的气隙磁场,对比分析了不同永磁体充磁方式电机的气隙磁场和齿槽转矩。分析结果表明,4极12槽采用平行充磁永磁体充磁方式的电机电磁特性较好,齿槽转矩较小,性能较优。最后,确定了电机的具体参数,完成了电机的优化设计。这些研究为离心血泵用电机的低噪音设计提供了一定参考。     

基于ANSYS的无轴承永磁薄片电动机特性分析

介绍了无轴承薄片电动机的基本结构和工作原理,用转子气隙磁场积分的方法推导出电机悬浮力和电磁转矩数学模型。利用ANSYS有限元分析软件,分析了电机转子圆周面上径向悬浮力的分布,验证了径向悬浮力产生机理和数学模型准确性,分析了径向悬浮力和转矩的特性,为电机控制系统的构建提供了理论依据。