永磁同步电机故障诊断方法研究综述

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点,在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响,不可避免地会出现各种故障,如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型,并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究,以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后,对诊断方法进行了总结,并分析了其优势与限制,探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后,根据当前研究现状,讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

基于二维CNN与多源机电信息融合的同步电机转子匝间短路故障诊断方法

为提高同步电机转子绕组匝间短路故障的诊断准确率,以一台型号为SDF-9的一对极同步发电机为研究对象,提出了一种基于二维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)与多源机电信息融合的匝间短路故障诊断方法。首先选取故障前后的定子环流、转子振动、定子振动信号为故障特征,采用信号-图像转换方法将一维时序信号转化为二维灰度图像。其次将处理后的图像分别作为二维CNN模型的前置输入进行训练。最后采用D-S证据理论将3种证据体的输出概率进行决策融合。结果表明:该方法消除了单一信号易受传感器故障及环境变化的影响,故障诊断准确率显著提高,并与其他传统故障诊断算法的诊断结果进行对比分析,验证了此方法的有效性。

特高压换流变压器匝间短路故障建模与仿真

近年来,特高压换流变压器内部短路故障导致的爆炸起火事故接连发生,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以±800 kV特高压换流站典型单相四柱式换流变压器为研究对象,基于ANSYS Maxwell和Simplorer平台开展绕组匝间短路故障建模仿真,研究不同故障条件下绕组漏磁、短路环流及电弧故障能量的变化规律。结果表明:伴随匝间短路发生,换流变压器内部大量横向漏磁破坏绕组正常纵向磁通分布,短路匝环中出现高幅值故障环流。1.98%匝间短路漏磁峰值达2.76 T,短路环流峰值达80.59 kA,四个周波内释放能量1.22 MJ。根据安匝平衡规律,短路匝数越多,环流幅值越小,而电弧电压随电弧长度单调增加,总体而言电弧能量与短路匝数呈正相关。此外,由于漏磁畸变引起的漏电感差异,靠近绕组中部的匝间短路故障更为严重。

船舶发电机定子绕组匝间短路故障预警

为保障船舶的安全航行,需要对船舶发电机定子绕组早期匝间短路故障进行预警。首先,通过同步发电机的数学模型对正常运行和不同程度的匝间短路故障进行仿真,选取负序电流分量和电磁转矩作为故障特征量并进行信息融合;然后,使用CNN-BiLSTM网络对特征量进行回归预测得到网络预测的残差;最后,根据残差的变化趋势和设定的阈值来判断故障的发展情况。结果表明,建立的模型可以实现定子绕组匝间短路故障的预警,并且基于自适应原理设置的动态阈值会比固定阈值提前确认故障。

改进2D-CNN的永磁同步电机故障诊断分析

针对卷积神经网络在噪声环境中特征提取能力不足,导致永磁同步电机故障诊断出现准确率低、泛化能力差的问题,提出了一种改进二维卷积神经网络与混合注意力机制的故障诊断方法。该方法首先将采集的一维时序信号转换为二维灰度图;其次,改进多尺度特征提取模块,将该模块部分普通卷积替换为空洞卷积,以最大程度地提取到数据信号中的有效信息;然后引入混合注意力机制动态更新权重参数,强化故障特征,抑制噪声的干扰;最后使用分类器进行匝间短路故障诊断。实验结果表明:与其他方法相比,文中模型具有更好的准确性和鲁棒性;在各噪声背景下,本模型的准确率均在96%以上,表明所提方法具有较强的抗噪性能和泛化能力。

基于高频阻抗谱的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法

提出了一种利用宽频阻抗谱对干式空心电抗器匝间短路故障进行有效检测的方法。首先,依据多导体传输线理论构建高频下完好电抗器的等值分布电路模型,并且根据分布等值电路参数计算公式构建其等值仿真模型,分析电抗器宽频阻抗谱的高频特性;其次,对发生匝间短路故障电抗器的宽频阻抗的幅度谱和相位谱进行仿真,分析电感参数变化对电抗器阻抗谱谐振频率的影响规律;最后,在实验室中对小型干式空心电抗器进行试验测试,验证了该方法的有效性。

核能发电机转子线圈匝间短路在线监测分析系统研究与应用

转子匝间短路是发电机常见的一种缺陷,严重的匝间短路故障会影响机组的安全稳定运行,对运行中的发电机转子匝间短路状况进行在线监测具有重要意义。本文介绍了基于探测线圈波形法的核能发电机转子匝间短路在线监测系统的信号检测原理、实现方法及应用情况。该系统引入键相信号用于定位匝间短路故障位置和提高匝间短路故障诊断的准确性,具有重要实用价值,也为实施发电机状态监测和状态检修奠定技术基础。

电机定子匝间短路故障诊断系统研究

电机定子匝间短路故障是电机运行中常见的一种故障形式,是指电机线圈中相邻导线间因绝缘损坏而产生的电气短路。文章研究电机定子匝间短路故障诊断系统,通过引入先进的信号处理技术、数据驱动的故障诊断模型、特征提取与优化策略及故障定位与定量分析技术,提高故障检测的准确性和效率。实验结果表明,该故障诊断系统在实际应用中表现良好,能够为电机维护提供可靠、高效的技术支持。

轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。

基于多目标优化的永磁同步电机容错控制研究

电机定子绕组匝间短路是最常见的一类故障形式,若不进行处理会逐渐发展为相间或相对地短路,从而导致电机损坏。为了保障电机的安全运行与故障下转矩输出质量,需要及时对故障电机进行有效的容错控制。首先,以永磁同步电机为研究对象,通过电机定子绕组匝间短路故障等效电路获得电机数学模型,并分析了d-q轴电流平面下的故障电机转矩、短路环流及绕组温升。然后,为实现对故障电机电流的准确预测,对电机定子绕组匝间短路故障等效电路进行合理电路变换,建立故障电机预测模型,进而提出了一种多目标优化预测容错控制策略。最后,搭建电机实验平台,对提出的容错控制策略进行实验验证,结果表明:该方法可有效抑制短路环流及绕组温升并降低故障电机的转矩脉动。

变压器绕组短路故障多特征融合诊断

绕组匝间短路是变压器最常见的初期故障类型之一.为了提高轻度故障的诊断准确率,考虑绕组短路电流、绕组温度、电流密度和磁通偏移特征,提出了变压器绕组短路故障的多特征融合诊断方法 .首先建立了变压器绕组短路的COMSOL空间模型,将仿真结果和理论计算结果进行对比,证明空间模型的正确性.然后,对变压器轻度故障时进行了故障模拟和故障特征分析,提取其电流特征参量、温度特征参量、电流密度偏移率和磁通偏移率作为故障特征.采用BP网络进行故障识别.变压器的工程诊断实例验证了本文方法的有效性.

基于高频等效模型的分合闸线圈绝缘故障评估

为有效诊断断路器分合闸线圈的绝缘故障,提出一种线圈匝间短路故障位置的评估方法。建立分合闸线圈的高频等效电路模型,在模型首端注入高频方波脉冲信号,在末端测得电压响应特征曲线。计算不同匝间短路位置下的特征曲线小波包—能量谱。结果表明:随着短路位置靠近线圈末端,特征曲线能量分布向低频集中。以特征曲线的小波包—能量谱为输入,短路位置为输出,基于概率神经网络建立诊断模型并进行仿真。结果表明:该模型故障定位正确率为85.7%,具有一定的可行性。

探测线圈法在汽轮发电机转子匝间短路监测中的优缺点分析

转子绕组匝间短路故障是发电机转子常见故障之一。探测线圈法是监测转子绕组绝缘状况的常用方法。本文结合某台发电机转子匝间短路实际案例,表明了在因转子绕组变形导致的转子动态匝间短路故障诊断中,探测线圈法相较于其他测试方法具有可靠性高的优势。同时,探测线圈法存在安装条件苛刻、安装位置要求高、增加检修工序等缺点。通过综合比较,探测线圈法在发电机转子绝缘状况监测中起着重要作用,值得推广。

基于变分模态分解与精细复合多尺度散布熵的发电机匝间短路故障诊断

针对多极发电机匝间短路故障诊断与识别难度高的问题,提出了变分模态分解与精细复合多尺度散布熵结合的方法处理发电机定子振动信号。所提方法应用变分模态分解将原始信号分解为多个模态分量,并依据峭度和相关系数原则选取2个不同分量进行信号的重构,应用精细复合多尺度散布熵来进行重构信号的分类及故障识别。对3对极发电机匝间短路故障前、后定子振动数据的处理效果表明,所提方法可以对发电机匝间短路故障进行有效识别与诊断,与其他多尺度熵方法相比具有一定优越性。

基于电流波动特征的永磁同步电机匝间短路与局部退磁故障分类诊断研究

针对永磁同步电机匝间短路故障与局部退磁故障难以区分的问题,该文提出一种基于电机同相与异相电流幅值波动特征的故障分类诊断方法。在分析定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障对电流幅值影响机理的基础上,分别提取转子旋转一周内同相电流幅值波动特征和异相电流幅值之间的波动特征,建立了故障分类诊断指示器。仿真与实验结果表明,该指示器可有效识别定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障。该文提出的方法可直接嵌入永磁同步电机控制软件,不需要增加额外的传感设备,具有较好的实用价值。

35kV变压器匝间短路故障分析

介绍了变压器的基本参数和工艺结构,阐述了故障的发生过程与处理情况。对故障类型进行了仿真分析,对故障程度进行了定量计算,并通过电气试验和气相色谱试验结果的分析,确定了变压器故障产生的基本原因和故障位置,提出了相应的预防措施。

汽轮发电机励磁绕组不同位置匝间短路对励磁磁动势的影响

为了研究汽轮发电机励磁绕组不同位置匝间短路故障时的磁场特性,将各个励磁线圈产生的矩形波磁动势进行傅里叶分解,利用傅里叶级数法获得了汽轮发电机励磁绕组正常和匝间短路时励磁磁动势表达式。据此得到了励磁绕组正常和不同位置短路3.75%时的励磁磁动势波形,结果表明:励磁绕组匝间短路时励磁磁动势畸变位置与短路所处空间位置角相对应;节距小的线圈比节距大的线圈短路引起的磁场不平衡程度明显;发生短路的励磁线圈节距越大,励磁磁动势基波幅值越小,从节距小的线圈到节距大的线圈分别短路时励磁磁动势出现的2次谐波幅值先变大后越小;实验分支电压频谱与励磁磁动势表达式的分析一致。

同步发电机转子绕组匝间短路故障特征传递规律

研究了发电机转子绕组匝间短路时,短路故障特征依次由定子绕组、励磁绕组、励磁机电枢绕组到励磁机励磁绕组的传播规律。理论分析和仿真结果表明:当发电机转子绕组发生匝间短路故障时,励磁机励磁绕组上产生频率为nrM/60倍频的感应电流。从而提出了一种基于励磁机励磁电流的发电机转子绕组匝间短路故障诊断的新方法,克服了一般诊断方式需要安装侵入式传感器的不足。最后运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性。

车用永磁同步电机匝间短路故障瞬态特性分析

为了分析车用永磁同步电机匝间短路故障瞬态特性,利用Maxwell建立了电机二维瞬态场有限元模型,分析了永磁同步电机在不同工况下电磁转矩、电流、反电势及谐波幅值的变化,并且以本电机极限工况下的磁钢工作曲线及磁密云图分布,判断在发生匝间短路故障后电机是否继续发生失磁故障。仿真结果表明,发生匝间短路故障会引发趋向稳定的电磁转矩剧烈波动;随着故障严重程度的增加,三相绕组电流均增大,短路相电流增幅较大,相电流峰值升高带动电磁转矩上升;反电势7次谐波幅值和电流3次谐波幅值可作为发生匝间短路故障瞬态特征参数。