匝间短路故障对永磁同步电机失磁的影响

永磁同步电机在不同负载和转速下,相带第一匝短路故障对永磁体失磁影响的研究。首先介绍了电机的设计参数及绕组结构,其次采用有限元法建立了永磁同步电机相带第一匝短路故障模型,再次提取了不同负载和转速下,故障电机去磁磁场、磁密云图分布和永磁体上A点磁密变化波形。结果表明电机负载和转速越大,相带第一匝短路故障对转子永磁体失磁的影响就越大,定子磁饱和也越严重。     

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。     

基于励磁磁动势差值的汽轮发电机转子匝间短路在线识别方法

汽轮发电机转子绕组发生匝间短路时会引起励磁磁动势缺失,但在励磁系统恒压闭环调节作用下,励磁电流将增大以补偿励磁磁动势缺额。分析了汽轮发电机转子匝间短路故障时励磁磁动势变化特征,以故障后由励磁电流计算得的"视在"励磁磁动势大于发电机当前工况下所需的励磁磁动势为理论依据,提出了基于励磁磁动势差值的转子匝间短路在线识别方法。试验结果表明了采用所提方法可有效在线识别转子匝间短路故障。     

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。     

自起动永磁同步电动机非正常运行工况下退磁磁场分析

为了研究自起动永磁同步电机非正常运行工况下的退磁磁场对永磁体的影响,建立了计及不可逆退磁的自起动永磁同步电动机时步有限元模型,计算分析了包括失步、三相短路和重合闸3种非正常运行工况,得到3种工况下永磁体各单元不可逆退磁情况。结果表明过大负载导致永磁电机失步振荡,相对转子旋转的定子磁场造成永磁体单元的计算矫顽力下降,产生不可逆退磁;三相短路导致永磁电机停转,停转过程中短路去磁电流产生的退磁磁场使得永磁体磁密降低,且负载系数越小,永磁体受退磁磁场作用时间越长,越容易发生不可逆退磁;重合闸存在过渡过程,且过渡过程持续时间和暂态冲击电流大小受重合闸时刻开关两端电压差的幅值影响,电压差越大,则冲击电流越大,且过渡过程持续时间越长,永磁体经历退磁磁场时间越长,不可逆退磁越严重。     

基于BP神经网络的转子匝间短路故障识别方法

分析了发电机转子绕组发生匝间短路后的电磁特性,得到了匝间短路后的特征参数。在确定的运行状态下,发电机励磁磁动势故障前后维持不变而励磁电流增大。据此选取故障样本,将BP神经网络应用于发电机匝间短路故障识别。BP神经网络不依赖于发电机的数学模型及其结构参数。最后实测了故障发电机的特征信号,与理论分析结果基本吻合。     

永磁机匝间短路引起发变组失磁,过激磁的分析

分析了发电机在励磁调节器自动调节方式下发生失磁,和手动调节方式下发生地激磁的原因,指出了永磁机匝间短路是失磁和过激磁的根本原因,并提出了改进意见。     

长兴电厂汽轮发电机转子匝间短路故障的在线监测

转子匝间短路故障会引起同步发电机的励磁磁动势发生变化。基于时空向量图,利用发电机运行的机端电压、机端电流与定子漏抗,建立受发电机运行方式影响较小的磁动势计算数学模型,准确计算发电机运行时的实际励磁磁动势,通过与励磁电流计算得到的正常磁动势进行比较,即可实现对转子匝间短路故障的监测。将基于此原理研发的PCS-988B故障监测装置应用在实验样机上,进行了不同工况下不同短路位置与匝数的转子匝间短路动模实验,验证了原理的正确性和装置的有效性。     

永磁同步电机匝间短路不平衡磁力分析

为获得永磁同步电机运行时的不平衡磁拉力，通常采用有限元进行数值运算，但有限元法耗时长，消耗大量的计算资源。为缩短电机设计时间，提出了一种计算永磁同步电机匝间短路故障下的不平衡磁拉力的理论模型，运用该动态故障模型计算匝间短路故障条件下不平衡力。模型主要根据绕组匝数的变化，利用绕组函数法求出电机故障前后的自感、互感和电阻，然后根据磁链方程、电压方程、转矩方程和机械运动方程求得电机电流波形，并通过电机电流、绕组和电机永磁体旋转产生的磁密波形推导了永磁同步电机受到的不平衡磁拉力。最后，通过对电机的瞬态有限元数值运算验证了所提出匝间短路状态下不平衡磁拉力计算理论模型的有效性。     

复合故障下的汽轮发电机转子电磁力研究

针对汽轮发电机转子受力环境复杂以及基频振动状态的多变性,选取转子绕组匝间短路故障和静偏心故障两种典型的转子基频振动故障源作为研究对象,依托有限元仿真工具的强大计算功能研究发电机转子在动偏心和励磁绕组匝间短路双因素作用下的不平衡磁拉力,分析各种故障变量对不平衡磁拉力大小和方向的影响,为全面研究汽轮发电机转子受力及利用转子振动诊断励磁绕组匝间短路故障奠定基础。     

新型直驱永磁风力发电机电磁场数值分析

以新型直驱永磁风力发电机为研究对象,在完成采用XLPE高压电缆作为定子绕组的1.5 MW/10.5kV内转子新型直驱永磁风力发电机电磁设计的基础上,在Ansoft Maxwell环境下建立发电机二维模型,对发电机各个工况下的电磁场进行有限元仿真与分析,包括静态空载、额定负载、不对称短路故障情况,对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响是否会发生局部失磁进行分析,验证新型永磁风力发电机电磁设计的可行性。结果表明,新型风力发电机与传统永磁风力发电机电磁场分布规律一致,且其额定电压高,绕组电流密度较小,额定负载与单相短路情况下永磁体磁场受电枢磁场影响较小,铜耗和铁耗也较小,同时在极端短路情况下永磁体局部不会出现永久性退磁,设计方案可行。     

具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

径向结构永磁同步发电机的比较研究

利用磁路和有限元的计算方法,探讨了4种径向结构永磁转子作为永磁同步发电机时电机性能的差别,研究了产生这些区别的原因,分析了各自漏磁的情况。指出转子采用4种不同的径向结构时,电机的电抗、电压变化率、短路电流、短路比、静态和动态稳定度、漏磁等均有变化,从外特性、电压波形正弦畸变率、运行稳定性、漏磁等方面比较了4种径向结构永磁电机的性能。     

Dynamic Irreversible Demagnetization Behavior of Line-start Permanent Magnet Synchronous Motors in the Starting Process

In the starting process of line-start permanent magnet synchronous motors, the relative lower flux density of the working point may cause irreversible demagnetization of permanent magnets. To research the dynamic irreversible demagnetization behavior, this article presents a sloped linear demagnetization model based on the time-stepping finite-element method. In this model, a new searching algorithm is used to quickly update the recoil line and the effective coercivity of each permanent magnet element so that the dynamic irreversible demagnetization effect can be considered effectively. Then the relationship between the demagnetization field and the rotor speed is studied, and the operation performances of the line-start permanent magnet synchronous motor after demagnetization in the starting process with different load conditions are compared. It is shown that the demagnetization field becomes larger with the rise of the rotor speed, and the demagnetization is more severe after a longer starting process with a larger load. Finally, the experimental validation on the characteristics of the dynamic irreversible demagnetization is performed by a line-start permanent magnet synchronous motor with a special rotor structure.     

故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析

对于永磁电机而言,故障状态下的外部退磁磁场对永磁体磁性能的影响,一直是影响永磁电机设计的关键之一.利用场路耦合时步有限元法,建立合理有效的数学模型来模拟故障状态下永磁电机的运行,并且计算额定状态到故障状态过程中,永磁体内部单元的最小径向磁密的变化情况,通过最小径向磁密的大小来判定该故障状态下永磁体能否出现不可逆退磁,以此来指导电机设计.     

失磁故障下交错磁极混合励磁发电机的等效二维解析磁场模型

交错磁极混合励磁发电机由于两端交错磁极的不对称布置,其磁通表现为三维分布特性,尤其是失磁故障下,其磁场分布将进一步发生明显变化。在磁路分析的基础上,利用多个等效二维气隙磁场解析模型可以较充分地反映失磁故障下交错磁极混合励磁发电机中磁通的分布特点。针对改进的交错磁极混合励磁发电机,建立了其等效二维解析模型,分析了其失磁故障下的磁场特性,并利用有限元方法验证了该模型的准确性。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件;以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数;并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

自起动永磁同步电机起动过程电枢反应退磁分析

为了研究自起动永磁同步电机起动过程中电枢反应引起的永磁体退磁,采用场-路-运动耦合的时步有限元法,分析了自起动永磁同步电机起动过程中,电枢同步旋转磁场和转子永磁磁场的相对空间位置角δ与电枢电流幅值对永磁体工作点磁密的影响,得到了不同负载条件下的电枢反应退磁特点.结果表明:当相对位置角δ=π时,电枢磁场对永磁磁场的去磁作用较大,永磁体平均工作点磁密较低,且负载系数越大,永磁体经历δ=π时刻的次数越多,永磁体磁密多次出现较低点,永磁体退磁几率变大;起动过程中随着转速升高,电枢电流幅值减小,在接近同步速的δ=π时刻,永磁体磁密出现最低点,电枢反应退磁较严重.     

线间补偿型匝间短路故障自动容错永磁同步电机故障位置检测方法

定子绕组匝间短路故障是永磁同步电机(PMSM)最常见的故障之一。该故障会造成三相电流不平衡,输出转矩剧烈波动,输出能力下降。故障严重时,过大的短路电流会烧毁绕组。为了解决匝间短路故障产生的问题,课题组此前提出了一种具有匝间短路故障自动容错能力的PMSM。针对该特种电机,提出了一种匝间短路故障位置的检测方法。介绍了电机的特殊结构,并通过数学模型推导出利用电机漏磁路特性和原有定子线圈判别故障线圈所在相的方法。使用ANSYS软件建立电机有限元模型,对电机不同匝间短路情况进行仿真,验证了该检测方法的正确性。