基于电流与最高温度检测的异步电动机保护研究

通过构建异步电动机定子温度分布的测试系统,对典型运行状态下的异步电动机定子绕组的温度分布进行实际测试,在实测温度分布数据的基础上分析了电动机定子温度分布的特点,得出定子绕组最高温度区域位于接线盒区域传动侧绕组端部结论.基于异步电动机热理论建立了定子三维温度场仿真模型,对更多运行状态下的温度分布进行研究,验证了实验确定的定子绕组最高温度区域广泛适用性.提出以定子电流和最高温度区域温度为保护依据的电动机综合保护思路与具体保护方案,可在确保电动机安全的同时最大限度发挥电动机的作用,减少甚至避免生产过程中断带来的损失.     

异步电动机定子绕组三维温度分布的测试与分析

为提高电动机运行温度保护的性能,本文针对全封闭外置风扇冷却电动机定子结构特点,设计了异步电动机温度测试方案,测量了定子绕组三维温度分布。测量结果表明,由于结构的不对称以及由此导致的散热条件不对称,电动机定子绕组的温度分布也是不对称的,最高温度区域位于接线盒区域的绕组端部。在电动机温度分布测试结果的基础上,分析了定子绕组温度分布特点及其原因,提出了电动机保护和优化设计的新思路,为实现电动机运行温度保护奠定基础。     

基于定子三维温度仿真提高异步电动机过载性能的研究

异步电动机定子绕组的温度分布特别是最高温度决定了其工作寿命与过载性能。该文以测试为基础、应用有限元分析软件建立的异步电动机定子全域三维温度场仿真计算模型,计算了某型号异步电动机定子全域三维温度分布。根据该温度场计算结果,分析了温度分布及最高温度区域的特点与成因。在此基础上提出了基于异步电动机定子全域三维温度场仿真模型,优化定子散热结构,降低异步电动机定子绕组最高温度,提高工作寿命与过载性能的思路与方案。计算结果表明针对该文的研究对象,所提出的优化措施可有效降低定子绕组最高温度。该思路将适用于各种异步电动机。     

异步电动机定子绕组温度在线监测

三相异步电动机在故障状态运行时,流过定子绕组的电流过大,使定子绕组温升过高,导致定子绕组绝缘层烧毁,这是电动机烧损的根本原因。对电动机定子绕组温度进行在线监测,将有效地防止电动机烧损。本文基于过程辨识理论提出了定子绕组温度在线预测的方法。     

三相异步电动机绕组温度测量方法研究

以2.2kW通用三相异步电动机为主要研究对象,通过有限元软件ANSYS下Workbench平台创建三相异步电动机稳态温度场模型,对其额定情况下稳态温度场开展深入研究分析,得出定子绕组区域温度分布情况,以便全面的掌握设备日常运作时的温度场分布状况,进而明确了B法效率测试时绕组温度测试方法(热电偶测量的布置方案)。     

10kV异步电动机定子绕组相间放电指纹分布规律

10 kV异步电动机在运行过程中,机械振动会对绕组端部主绝缘造成横向撕裂,产生相间放电,大大降低其绝缘性能。针对这一问题,笔者对高压电动机真机定子绕组端部进行分析,设计制作了绕组相间放电模型,研究了10 kV异步电动机真机定子绕组在不同电压等级下放电指纹的分布规律。在屏蔽室环境下对其施加电压诱发相间放电,提取表征放电特性的特征量,观察并记录相间放电热点分布。该研究为10 kV异步电动机主绝缘在线监测及故障诊断提供理论依据。     

10kV异步电动机定子绕组老化槽放电指纹分布规律的研究

在10 kV异步电动机制造过程中,为抑制运行中定子槽内发生放电,常在绕组直线部分包绕一定阻值的半导电层。尽管如此,电动机在运行过程中,由于电磁力的作用,槽放电仍然是导致电动机定子绝缘故障的主要原因之一。针对这一问题,设计并制作了宽度可调单层绕组定子铁心槽部模型,研究了F级绝缘10 kV异步电动机真机定子绕组绝缘在不同程度磨损老化后槽放电指纹的分布规律。通过提取表征放电特性的特征量,给出了定子绕组在不同磨损老化状态下,槽放电指纹随电压的变化规律,为10 kV电动机绝缘在线监测和寿命评估提供了判断依据。     

异步电动机定子绕组动态热特性及其离散算法

绕组动态热特性会影响电动机的使用、保护以及控制。根据异步电动机定子等效热路,建立了定子绕组的动态热特性,再应用实测的温度数据,采用曲线拟合的方法确定动态热特性的参数。在此基础上,研究了可用于在变动负载下计算绕组温度的动态热特性离散算法,实验结果表明该离散算法可以在各种运行状态下准确计算绕组的最高温度,其计算误差不会随时间累积,而且初始误差会随时间逐渐减小。该文所作的研究可为电动机的高效率应用、高准确性保护以及高精度控制提供参考。     

异步电动机定子一相反接瞬态过程仿真研究

采用三相异步电动机在αβo坐标系下的数学模型 ,根据定子绕组一相反接的不对称情况 ,推导出电机定子端电压的约束条件。编写了一个适合于异步电动机对称和定子不对称运行情况的实用仿真计算程序 ,通过实例对定子Y形和△形接法的三相异步电动机一相反接运行过程进行仿真计算 ,得出了一些有用的结论     

异步电动机定子两相短接制动瞬态过程仿真研究

采用三相异步电动机在αβo坐标系下的数学模型,根据具体定子绕组接线的不对称情况,推导出电机定子端电压的约束条件。编写了一个适合于异步电动机对称和定子不对称运行情况的实用仿真计算程序,通过实例对定子Y形接法三相异步电动机的两相短接制动、倒拉反接制动和能耗制动运行过程进行仿真计算,并对仿真结果进行比较分析,得出了一些有用的结论。     

基于全过程移动监督技术的感应电机定子绕组温度实时监测系统

随着物联网技术的发展,如何将物联网技术与非侵入式电力设备运行状态监测技术相结合成为当前研究热点之一。为了探索基于物联网技术的电气设备运行状态监测新模式,以感应电机定子绕组温度的非侵入式在线监测为出发点,首先提出了一种基于自适应法和最小二乘法的电机定子绕组温度辨识方法,并结合当前物联网技术的发展,设计了一种基于全过程监督技术的感应电机全寿命周期监督定子温度监测系统。以1台5.5 kW感应电机为例进行试验验证,结果表明该系统具有较强的鲁棒性。所提出的理念和技术可以为其他大型电力设备的状态监测提供重要参考和技术支撑。     

感应电机定子温度监测的一种新方法

定子绕组温度监测是电机安全运行的重要保障。文中比较了两种温度监测方法，提出了一种新的定子电阻估计方法，从而可以直接得到电机定子绕组的温度。感应电机稳态运行时，具有转子磁铁与电流矢量正交的特性。而由于定子电阻估计误差的存在，使得电压型磁铁观测器得到的磁铁与电流并不正交，由此可推导出实际的定子电阻。由于定子电阻直接反映其绕组温度，适用于各种运行工况，因此文中提出的定子温度监测方法可以作为电机过热保护的一种辅助措施。     

Detection of Winding Faults in Wound Rotor Induction Motor Using Loci of Direct and Quadrature Axes of Rotor Currents

In this paper, loci of direct and quadrature axis of rotor currents are used for online detection of winding fault on stator side as well as rotor side in three-phase wound rotor induction motor. The proposed technique is used for detecting load on induction motor and open circuit fault condition on stator side as well as rotor side. Detection of winding fault is affected by unbalanced supply voltage. In order to overcome this problem, FFT of modulus of direct and quadrature axis is used. The experimental results of rotor current analysis are validated with stator current analysis. Research works reported in the literature are based on stator currents analysis. The proposed technique of detecting winding faults and distinguishing between stator winding faults and unbalanced supply voltage using rotor current is not reported in the literature.     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

感应电机运行时的定子温度场分析与计算

根据中小型电机的结构特点,给出了定子绕组等效导热系数的计算方法,计算了气隙和散热翅的对流换热系数,并以一台小型感应电机为例,建立了定子二维温度场的泛函方程,采用有限元法计算了空载和额定负载运行时电机的温度场.通过把数值计算的结果与实测值进行比较,验证了所采用计算模型及方法的合理性,为准确计算中小型感应电机定子温度场提供了帮助,得出一些有益的结论.     

Improved designs of disk induction motors of block-module type for extreme environments

The construction of new disk induction motors of block-module type, which are a part of motor-transformer units (MTUs), are considered. The induction motors are intended for operation in hermetic objects under extreme conditions: a gas, steam-to-gas, and liquid environment at high pressures (up to 150MPa) and temperature (up to +600°C). The primary winding of the transformer part of the unit is connected to a three-phase network, and the secondary z-phase bar winding is located in Z grooves of the magnetic conductor of a transformer closed on one side by a short-circuited ring. The motor part of the unit contains an induction motor with a short-circuited rotor and stator with bar uninsulated winding connected to the transformer secondary winding; on the opposite side, it is closed by a short-circuited ring. The induction motor can be implemented with a disk short-circuited rotor located between two disk stators with bar windings. The bars of the transformer secondary winding are connected with Z bar-shaped hermetic lead-ins installed in a hermetic partition. Each bar-shaped hermetic lead-in is connected at the other end with n bars of the stator winding through intermediate conductive arc-shaped segments adjoining the stator. The operating principle and operation features of new disk induction motors of block-module type are considered.     

三相异步电动机定子绕组故障的动态模型

提出了一种分析三相异步电机定子绕组常见故障的动态模型。本文以定子 绕组的每个线圈为基本单元,推导出基本单位的电路参数计算方法。根据不 同的定子绕组故障,使用联接矩阵将单个定子线圈组合为相应的定子绕组。 本文的方法可准确分析异步电机定子绕组的不同故障状态。     

零机械能输出感应电机

传统电机是机-电能量转换,损耗与温升是电机设计时需要削弱和避免的问题。该文从传统电机损耗与温升出发,提出了用于加热的零机械能输出感应电机。利用绕组所产生的径向磁场在实心结构的定子和转子铁心中感应产生涡流,将输入的电能全部转化为热能,具有定子、转子双边加热的特点。其独特的双边加热效果可解决挤塑类设备旋转螺杆加热瓶颈问题。建立了系统等效模型,给出了电磁功率解析表达式,采用有限元法分析了系统涡流分布与铁心端部效应。对样机进行加热实验,结果证明该种电机与传统线圈缠绕式电磁加热相比,具有节能高效、预热时间短、径向温差小等优点。     

A DC Signal Injection-Based Thermal Protection Scheme for Soft-Starter-Connected Induction Motors

This paper proposes a remote and sensorless thermal protection scheme for soft-starter-connected induction motors. A dc signal injection-based method is used to estimate the stator winding resistance and, thus, the stator winding temperature. Based on continuous monitoring of the stator winding temperature, a thermal condition monitoring and protection scheme is proposed using only the motor's input voltages, currents, motor nameplate information, and the ambient temperature. An adaptive Kalman filter is designed to reduce the stator winding temperature estimation error. In addition, the influence of the cable resistance was investigated, and a compensation method is suggested to improve the accuracy of the estimated temperature. The requirements of the data acquisition system, such as sampling frequency and analog-to-digital conversion resolution, and their affects on the accuracy of the estimated temperature are also discussed in detail. The proposed thermal monitoring scheme has been validated from the experimental results of a 7.5-hp TEFC induction motor under various load conditions. The importance of this new thermal monitoring scheme lies in its remote and sensorless nature.