A novel variable polarity welding power based on high-frequency pulse modulation

A new type of variable polarity welding power modulated with high-frequency pulse current is developed. Series of high-frequency pulse current is superimposed on direct-current-electrode-negative （DCEN）, which can improve the crystallization process in the weld bead as a result of the electromagnetic force generated by pulse current. Digital signal processor （DSP） is used to realize the closed-loop control of the first inverter, variable polarity output of the second inverter and high-frequency pulse current superposition.

GENERATOR VIBRATION FAULT DIAGNOSIS METHOD BASED ON ROTOR VIBRATION AND STATOR WINDING PARALLEL BRANCHES CIRCULATING CURRENT CHARACTERISTICS

Rotor vibration characteristics are first analyzed, which are that the rotor vibration of fundamental frequency will increase due to rotor winding inter-turn short circuit fault, air-gap dynamic eccentricity fault, or imbalance fault, and the vibration of the second frequency will increase when the air-gap static eccentricity fault occurs. Next, the characteristics of the stator winding parallel branches circulating current are analyzed, which are that the second harmonics circulating current will increase when the rotor winding inter-turn short circuit fault occurs, and the fundamental circulating current will increase when the air-gap eccentricity fault occurs, neither being strongly affected by the imbalance fault. Considering the differences of the rotor vibration and circulating current characteristics caused by different rotor faults, a method of generator vibration fault diagnosis, based on rotor vibration and circulating current characteristics, is developed. Finally, the rotor vibration and circulating current of a type SDF-9 generator is measured in the laboratory to verify the theoretical analysis presented above.

A novel transient rotor current control scheme of a doubly-fed induction generator equipped with superconducting magnetic energy storage for voltage and frequency support

A novel transient rotor current control scheme is proposed in this paper for a doubly-fed induction generator（DFIG）equipped with a superconducting magnetic energy storage（SMES） device to enhance its transient voltage and frequency support capacity during grid faults. The SMES connected to the DC-link capacitor of the DFIG is controlled to regulate the transient dc-link voltage so that the whole capacity of the grid side converter（GSC） is dedicated to injecting reactive power to the grid for the transient voltage support. However, the rotor-side converter（RSC） has different control tasks for different periods of the grid fault. Firstly, for Period I, the RSC injects the demagnetizing current to ensure the controllability of the rotor voltage. Then, since the dc stator flux degenerates rapidly in Period II, the required demagnetizing current is low in Period II and the RSC uses the spare capacity to additionally generate the reactive（priority） and active current so that the transient voltage capability is corroborated and the DFIG also positively responds to the system frequency dynamic at the earliest time. Finally, a small amount of demagnetizing current is provided after the fault clearance. Most of the RSC capacity is used to inject the active current to further support the frequency recovery of the system. Simulations are carried out on a simple power system with a wind farm. Comparisons with other commonly used control methods are performed to validate the proposed control method.

轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明:相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。

励磁绕组与阻尼绕组耦合效应对大型同步调相机转子暂态电流特性的影响

针对大型同步调相机暂态分析时模型精度较低的问题,提出一种考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应的同步调相机暂态分析精确模型。首先,通过引入特征电抗建立同步调相机考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应的暂态分析精确模型,并基于励磁电流拟合对特征电抗进行求解。然后,通过三相短路与BC相间短路故障仿真,对比同步调相机传统模型与精确模型的转子暂态电流特性。最后,建立同步调相机机-网暂态仿真模型,分析系统送端交流母线电压波动时同步调相机精确模型的暂态运行特性。研究表明,考虑励磁绕组与阻尼绕组耦合效应时同步调相机转子暂态电流特性的精度更高。三相短路与BC相间短路故障后3个周期内,同步调相机暂态分析精确模型励磁电流峰值平均值的精度分别提高了27.27%和61.53%。

顶置磁力搅拌器磁悬浮支承结构设计与仿真分析

针对顶置磁力搅拌器陶瓷轴承内部结构复杂,存在接触摩擦和润滑,且不利于在位清洗和在位灭菌的问题,对磁力搅拌器的载荷组成及搅拌轴支承布局进行分析,采用磁悬浮支承技术,增大主动磁轴承转子的轴向长度,确保转子在产生轴向位移时能被稳定支承;不考虑被动磁轴承与磁力联轴器因不对中产生的径向力,建立搅拌器转子的四自由度支承刚性转子模型,研究不同外部载荷对搅拌器转子的动态响应和线圈控制电流的影响,结果表明:外部载荷越大,外部载荷在长悬臂结构上的力矩作用效果越明显,主动磁轴承需提供的电磁力越大,对磁轴承功率放大器的要求越高。

汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。

双馈电机变速调相系统低电压穿越过程的转子稳定性控制研究

双馈风机运行于电动模式下,对电网具有一定的惯量支撑能力,但支撑能力有限,且电网低电压穿越过程中转子存在失控问题。对此,文章提出了一种在电网电压跌落时转子的稳定性控制技术。首先,在双馈风机转子转轴上外挂飞轮,增大系统惯量,稳定转速;其次,在电网电压跌落时进行电压补偿、削弱转子侧反电动势,稳定转子电流;最后,在MATLAB/Simulink平台中搭建了系统仿真模型进行仿真验证。结果表明,采用转子稳定性控制技术的双馈风机,转子转速抗突变能力提高了20%,转子电流跌落值减少了45%,验证了所提转子稳定性控制技术的有效性和可靠性。

开关磁阻电机无位置传感器控制策略研究

针对开关磁阻电机无位置传感器下的转子位置还原,提出一种基于电流上升时间监测的无位置传感器控制策略,该策略包含初始位置检测、电机启动运行、转子位置重构和调速控制几个部分。首先离线测得电机在特殊位置时滞环带宽内的电流上升时间,作为初始阈值用于电机启动;接着分别对各相绕组注入小电流,比较各相电流在滞环带宽内的上升时间进行初始位置分区;然后将转子从电感下降区进入电感最小区起始点作为特征点,利用初始阈值启动电机并在电机运行过程中依据实时工况更新特征点处时间阈值作为下一周期的检测特征;最后通过检测特征点位置信号对转子进行位置重构和转速估算实现换相与调速。仿真与实验结果验证了所提出控制策略的有效性与准确性。

直升机涵道尾桨永磁同步电机设计与仿真

针对直升机涵道尾桨机械传动系统传动链长、噪声大、结构复杂、传动轴刚度差和安装维护周期长等缺陷,设计一种适用于直升机涵道尾桨的永磁同步电机。通过探究悬停工况下电机主要尺寸与尾桨桨叶长度、宽度以及安装角度的关系,明确一定范围内电机主要尺寸最小时的功率、转矩和转速;采用分数槽集中绕组进一步提升了功率密度,基于14极18槽完成了电机设计。建立电磁场和温度场有限元仿真模型,验证电磁设计的合理性以及永磁体分段降温的有效性。与未分段相比,当永磁体沿周向分4段时,永磁体平均温度降低了55.43%。结果表明:该电机功率密度较高,输出特性良好并且温升较低,能够长时间可靠运行。

High-frequency Resonance Analysis and Impedance Reshaping Control of MMC-HVDC System Based on Frequency Coupling Impedance Model

In recent years, high-frequency resonance (HFR) events occurred in several modular multilevel converter based high-voltage direct current (MMC-HVDC) projects. The time delay of an MMC-HVDC system is the critical factor that induces HFR. The frequency coupling affects the impedance characteristics of an MMC and further deteriorates system stability. Therefore, in this paper, a multi-input multi-output admittance model of an MMC-HVDC system is developed to analyze its frequency characteristics. The effects of current loop, power loop, phase-locked loop, and operating point on the MMC frequency coupling degree are analyzed in detail. Meanwhile, to further suppress HFR in the MMC-HVDC system, an enhanced impedance reshaping control strategy based on the equivalent single-input single-output impedance model is proposed. Finally, the accuracy of the enhanced impedance model and the effectiveness of the impedance reshaping control are verified by electromagnetic transient simulations in PSCAD.

Investigation of Eccentric PM on High-frequency Vibration in FSCW PM Machine Considering Force Modulation Effect

This study investigates the negative influence of an eccentric permanent-magnet(PM)design on high-frequency electromagnetic vibration in fractional-slot concentrated-winding(FSCW)PM machines.First,an analytical expression for the sideband current harmonics was derived using the double Fourier series expansion method.Then,the characteristics of the flux-density harmonics are studied from the perspective of the space-time distribution and initial phase relationship.The influence of the eccentric PM design on high-frequency electromagnetic and concentrated forces was studied based on the electromagnetic force modulation effect.Consequently,an eccentric PM design is not conducive to reducing the 2pth-order high-frequency electromagnetic forces.Finally,two FSCW PM machines with conventional and eccentric PM designs are manufactured and tested to verify the theoretical analysis.The results show that the eccentric PM design worsens high-frequency vibrations.

一起火电厂循环水泵电动机电流波动案例分析

高压异步电动机常见的故障有转子断条裂纹及偏心,故障时定子电流表现出持续波动的特征。本文对某600MW级火电厂2B循环水泵电动机电流进行时域及频域计算与分析,确认电动机转子存在断条裂纹缺陷,并利用广义解调法对电动机电流特征分析(MCSA)结果进行验证;利用转子存在缺陷或故障时定子电流波动的特征,建立基于分布式控制系统(DCS)运行数据的异步电动机电流波动预警算法,并利用该故障电动机的历史电流数据进行验证,结果表明电动机转子断条的持续劣化能够有效地触发预警。

适用于DFIG连接到直流微网的双变换器设计与实现

针对双馈感应式发电机DFIG(doubly-fed induction generator)-DC连接系统电流谐波严重、双VSI连接系统损耗大等问题,设计了1种将三相DFIG连接到直流微电网的新型双变换器连接系统。首先,详细阐述了双变换器连接系统的拓扑结构、脉宽调制PWM(pulse-width modulation)测量和DFIG模型等工作原理。与传统连接系统不同,所提连接系统采用开放端绕组结构,在定子绕组的每一侧使用1个三桥臂整流器,这些桥臂通常由绝缘栅双极晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)组成,为了减少控制开关的数量和降低成本,采用二极管替代了1个整流器中的IGBT;然后,给出了新型拓扑结构下SSC和RSC的控制策略;接着,与DFIG-DC连接系统和双VSI连接系统在电流谐波畸变、转矩脉动和半导体损耗等方面进行了仿真比较,说明所提方法优越性;最后,针对0.56 kW DFIG进行实验验证,结果表明了所提方法在损耗、谐波以及转矩脉动的优势。

单点柔性支承的飞轮转子系统电涡流油膜混合阻尼减振性能

针对传统摆动油阻尼器减振性能不足的问题,提出了一种以支承弹簧为弹性元件的油阻尼器结构,并在油阻尼器的基础上,引入了电涡流阻尼,设计了新型的电涡流油膜混合阻尼器。搭建了飞轮旋转试验系统,研究不同支承刚度下不同阻尼对飞轮转子系统幅频特性和临界转速的影响,对比分析了不同转速时的轴心轨迹和时域波形。结果表明,相较于油阻尼器和电涡流阻尼器,电涡流油膜混合阻尼器在减振效果上表现最佳,在临界转速附近,减振率最高可达82.67%。研究结果为单点柔性支承的飞轮转子系统振动控制提供了技术支撑。

基于MSET的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

针对汽轮发电机转子绕组匝间短路故障,提出基于多元状态评估技术(MSET)的在线诊断方法。利用滑动窗口和欧氏距离构建状态矩阵,基于MSET构建励磁电流和无功功率计算模型,依据发电机运行状态运行值与计算值的相对偏差均值或残差均值构建匝间绕组短路故障在线诊断方法,并且使用某汽轮发电机运行数据进行验证。结果表明:所构建的在线诊断方法切实可行,满足了转子绕组匝间短路故障诊断应用需要,同时降低了故障误判的可能性。

水轮发电机负序电流引起转子过电压的分析与处理方法

大型发电机组在非全相运行时,可能产生较大的负序电流,引起转子过电压,严重威胁发电机的安全稳定运行。针对一起大型水轮发电机组试验过程中发生的转子过电压事件进行了详细分析,并对比发电机正常运行过程中主变高压侧单相接地故障时相关波形数据,阐述了发电机负序电流与转子电压升高的相关性,主变高压侧单相接地试验表明,在转子绕组上并联一个容量较大的电阻,可钳制试验过程中转子绕组产生的过电压,可供水轮发电机组相关试验及故障分析参考。

永磁同步电机电流谐波自适应抑制策略

逆变器非线性、电机转子磁场畸变会使相电流中包含6k±1次谐波,从而导致电机产生转矩脉动,振动噪声,恶化电机的控制性能。针对上述问题,提出一种永磁同步电机电流谐波自适应抑制策略。首先对逆变器非线性和转子磁场畸变在相电流中引入谐波的产生原理进行了分析,设计电流谐波自适应控制器,提取相电流谐波并分离电流谐波正余弦分量的幅值,利用PI调节器对直流量的无静差跟踪能力,构造电流谐波幅值自适应控制器,生成补偿电压以抵消逆变器非线性、电机转子磁场畸变的不利影响,并给出了自适应控制器参数选取原则。最后通过仿真和实验验证所提电流谐波抑制策略的有效性。

异步电动机的转子断条问题研究

讨论了异步电动机转子断条故障的特征机理,介绍了通过定子电流监测进行故障诊断的方法。概述了鼠笼式异步电动机转子断条故障可能由机械应力、过载电流和设计缺陷等因素引起,并强调了这种故障对电机性能的负面影响,包括转速异常、噪声增大和潜在的安全风险。提出了通过监测气隙磁场变化和定子电流频谱分析来诊断故障的方法。在正常情况下,电机磁动势平衡对称,而转子断条破坏了这种对称性,导致转矩波动和平均转矩下降。通过对定子电流进行频谱分析,检测到特定的谐波分量。提出结论,尽管传统理论侧重于基波的影响,实际上其他定子电流成分也参与了谐波的生成,并且可以通过监测特定频率的谐波分量来判断转子是否存在断条故障。

电动飞机电推进锥形永磁同步电机轴向磁拉力影响因素分析

针对螺旋桨轴向力磨损电推进电机轴承问题,本文提出一种锥形电推进电机方案,利用锥形电机的轴向力平衡螺旋桨的轴向力。首先,建立了电推进锥形永磁同步电机磁路模型,给出了相关参数的数学解析式,同时基于磁路模型给出了锥形电机轴向磁拉力的数学表达式。其次,在此基础上分析了锥角及交直轴电流对轴向磁拉力的影响机理,为锥形永磁同步电机轴向磁拉力的研究提供了理论参考。