发电机绕组匝间故障检测的新型探测线圈

为了解决现有检测方法对同步发电机(尤其是应用广泛的汽轮发电机)常见的定子绕组匝间短路和励磁绕组匝间短路故障的局限性,提出了一种新型探测线圈。理论分析表明,由于采用特殊的布置及联接方法,开路的新型探测线圈在电机正常运行或机端外部故障时端口电压为0,而在绕组内部不对称故障时会对气隙磁场的故障附加谐波感应出电动势。而且在定子内部短路与励磁绕组匝间短路故障这两种情况下,新型探测线圈端口电压的频率明显不同。在多相整流实验样机上安装了上述探测线圈,通过实验验证了理论分析的正确性,说明可以根据新型探测线圈端口电压同时反映发电机的定子和转子绕组内部故障、并通过电压频率特征来区分具体的故障类型。

十二相整流同步发电机定子匝间短路故障计算

十二相整流同步发电机能提供大功率、高品质的直流电源,已广泛应用于舰船、飞机等移动平台中。鉴于对平台安全运行的高可靠性要求,本文对其中十二相电机可能发生的定子绕组匝间短路故障进行了理论和实验研究。建立了十二相整流发电机定子匝间短路的多回路数学模型,既可全面计及短路故障点位置和气隙磁场空间谐波,又能考虑正常及定子匝间故障情况下整流管不同通断状态引起的回路拓扑结构变化。用变步长的数值积分法求解了由时变系数微分方程组构成的数学模型,实现了系统正常及定子匝间短路故障时对发电机定、转子绕组及直流侧负载电压、电流等电气量的数字仿真。在一台特制的4kW十二相样机上进行了负载工况下定子匝间短路实验,实验结果与仿真结果吻合,验证了数学模型的正确性,并据此分析了十二相整流发电机定子匝间短路故障的电气特点。计算结果为十二相电机定子匝间短路故障的检测或保护研究提供了重要依据。

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。

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。

开槽实心转子电机的等效电路参数计算与性能分析

该文将开槽实心转子开槽区域等效为各向异性的均匀介质,由二维解析法计算转子磁路线性时的等效转子阻抗参数。据此分析转子开槽数量变化对实心转子等效阻抗的影响规律,说明了转子开槽数量影响电机输出转矩和功率因数的原理。为考虑转子磁路饱和,采用二维有限元谐波场计算电机磁场分布;为考虑开槽转子端部效应,依据开槽实心转子涡流分布规律,提出适用于开槽转子的端部系数。制造了3台不同转子槽数的开槽实心转子实验样机,在不同工况下的仿真计算和实验结果较吻合,验证了开槽转子端部系数和仿真算法的有效性。开槽转子线性等效阻抗可用于快速分析转子开槽对电机性能影响,而有限元法结合转子开槽端部系数可准确计算电机磁场,两者结合可为设计和优化开槽实心转子电机提供理论依据和手段。

大型发电机内部故障分析与计算软件的开发和应用

基于已通过多种实验验证的交流电机定子内部故障的多回路分析方法,开发了图形界面化的大型发电机内部故障分析软件,介绍了软件的主要功能和特点。该软件可以方便地确定电机实际可能发生的各种内部短路的类型和故障位置,然后进行准确的暂态或稳态仿真计算,并且全面、直观地查看仿真结果,还可校核主保护的灵敏度并分析其动作性能。通过对向家坝水电站某发电机可能发生的典型故障的计算与分析,总结了常见主保护动作死区内的故障类型及其电流分布特点和导致保护灵敏度较低的原因。

六相永磁同步发电机整流系统的数学模型

建立了六相整流永磁同步发电机系统的多回路—有限元结合的数学模型。该模型不仅可以考虑磁路饱和及永磁体工作点的变化的影响,也可准确反映整流桥的各种工作状态及换流过程。利用该数学模型对一台六相永磁样机系统的定子绕组和直流负载侧电压、电流等电气量进行仿真计算,可分析六相可控整流永磁同步发电机系统的运行性能。

光滑实心转子异步电机等效电路参数的二维计算方法

实心转子异步电机等效电路是设计和性能分析的重要手段,等效电路的参数需要通过电磁场求解获得。文中分析比较了光滑实心转子异步电机等效电路参数的4种二维计算方法,对其中的3种进行了改进。为考虑曲率半径效应影响,改进为在圆柱坐标下求解实心转子电机线性时的电磁场,推导了转子阻抗表达式;改进了分层法和透入深度法,使其在原本能考虑转子铁心饱和的基础上,更考虑了定子铁心饱和。采用折算至转差频率的场路耦合非线性谐波场,计算电机磁场。分别用4种算法结合转子端部系数,计算电机转子等效电路参数。在一台实验样机上将4种算法计算结果与实验进行了比较,说明了转子铁心饱和效应、考虑曲率半径和转差率对转子阻抗角的影响。分层法和透入深度法计算量小,有限元非线性谐波场适用范围广。该文为计算实心转子电机参数提供参考。

开槽实心转子电机转子端部系数的计算与比较

开槽实心转子异步电机转子的三维非线性涡流场计算量大,常采用二维有限元结合光滑实心转子端部系数的方法简化计算。但在转差率增大时,采用光滑转子端部系数仿真计算的误差明显增大。根据开槽实心转子涡流分布随转差率变化的规律,提出适用于全转差率范围的开槽转子端部系数。依据该端部系数修正转子电阻率,并采用非线性有限元计算开槽实心转子电机电磁场,可考虑转子端部效应以及定、转子铁心磁路饱和的影响。在不同工况下,对两台不同转子槽数的开槽实心转子样机分别采用不同转子端部系数进行仿真计算,并与实验结果比较。该文提出的开槽转子端部系数的仿真与实验结果较吻合,且在转差率较大时,开槽转子端部系数随转子槽数增多而增大。可为准确计算开槽实心转子电机参数及其设计优化提供依据。

三维分段分层法用于光滑实心转子异步电机参数计算与性能分析

实心转子异步电机转子中复杂的三维非线性涡流场计算是分析电机性能的基础,而采用三维有限元分析的计算量十分庞大。提出了一种三维分段分层法计算实心转子磁场,可考虑定转子铁心磁路饱和、转子端部效应的影响,且计算量小。定子铁心磁路饱和采用波幅系数以及饱和系数予以考虑。对于转子磁路饱和以及转子端部对涡流分布的影响,将实心转子沿轴向分段、径向分层,各段、各层的磁导率互不相同,每段采用分层理论递推求解磁场量。转子表面磁场强度的收敛边界由定子电流给出,依据转子柱面和两个端面进入转子的能量计算等效转子阻抗,迭代求解转子磁场及阻抗参数,直至收敛。在不同工况下比较了三维分段分层法的计算结果与样机实验结果,两者较为吻合。可以采用这种算法计算光滑实心转子电机参数并分析性能,为设计优化电机提供依据。

海上风电机组机型发展的技术路线对比

大型化是海上风电未来发展的重要趋势,海上风电机组的类型也从恒速恒频发电机组发展到变速恒频发电机组,双馈异步风电机组、永磁和电励磁同步风电机组、笼型异步风电机组4种技术路线均可采用变速恒频控制技术。从发电机类型和控制策略、传动系统和吊装维护两个方面,对不同类型海上风电机组的性能进行比较,由于采用不同的发电机技术、变速恒频控制方法和传动系统,实际应用中也是各有优缺点。从经济性来看,电励磁直驱同步风机系统的成本最高,成本较低的是双馈异步和永磁半直驱同步风机系统;永磁直驱同步发电机组的年发电量最多,其次是电励磁直驱同步风机系统,永磁半直驱同步风机系统介于电励磁直驱同步风机系统和双馈异步风机系统之间;永磁半直驱同步风机系统的度电成本最低。国外海上风电机组以永磁直驱和永磁半直驱同步发电机组两种技术路线为主,而永磁半直驱同步风机系统具有较好的性能和经济性,更适合目前我国海上风电行业的发展现状。

大功率空心杯异步电机的参数计算与试验验证

空心杯异步电机虽然存在励磁电流大、功率因数低的不足,但其具有转子结构简单、可靠性高、转子无铁心、转动惯量小的突出优点,因此其在一些特殊要求的应用场合仍具有实用价值和应用前景。为了对空心怀异步电机进行性能分析和优化设计,必须能准确计算电机的参数。给出了空心杯异步电机的参数计算方法,通过解析法推导了转子阻抗的计算公式。在专门的试验电机上进行了参数测量,并将计算结果与测量结果进行了对比,此外还将负载试验测得的端口阻抗与计算参数和测量参数计算得到的端口阻抗进行了对比。对比结果证明了计算和分析的正确性。