核电汽轮发电机定子短路故障下阻尼绕组电磁力研究

为了研究大型核电汽轮发电机运行时由阻尼绕组电磁力引起的阻尼绕组振动损坏现象,本文建立了核电汽轮发电机二维电磁场-路耦合数学模型,并结合洛伦兹力原理对一台1407MW核电汽轮发电机额定负载运行与定子短路故障运行时阻尼绕组所受的电磁力进行深入的研究。考虑齿槽效应、磁极形状及定子电枢电流等相关因素对阻尼绕组电磁力的影响,准确计算了额定负载运行、单相短路故障、两相短路故障以及三相短路故障运行工况下阻尼绕组的电磁力,并分析了额定负载和不同故障工况下电磁力的分布规律及对阻尼绕组的损害程度。研究结果表明:定子单相短路故障下阻尼绕组的损害最大,三相短路故障下阻尼绕组的损害最小。

基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型

针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型,存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模,且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题,该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型(APM)。首先,将每个线圈分割为多个线圈子单元,分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程,利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程,建立电机的电磁功率和转矩方程。其次,利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵,通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后,在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面,通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置,计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。最后,有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性,表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献,也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。

基于判据融合的异步电动机定子绕组匝间短路诊断

为解决定子绕组匝间短路故障诊断中常见异常运行工况干扰的问题,提出一种基于判据融合的异步电动机定子绕组匝间短路故障诊断方案。首先,考虑到故障特征之间的关联性,提出一种以电流特征为主、电压特征为辅的融合判据;然后,通过融合判据对定子绕组匝间短路故障及故障相进行诊断;最后,通过仿真实验证明了该方案的有效性。

同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

在对同步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流分量产生机理进行分析的基础上,提出了以负序电流作为故障特征量,对同步发电机定子内部短路故障进行监测和诊断的方法。基于电路与电磁场有限元理论,建立同步发电机场路耦合数学模型,对半载运行下的同步发电机发生定子绕组匝间短路故障进行仿真,计算出故障发生前后三相电流相角差与幅值以及负序电流分量,并通过一台功率为24 kW的同步发电机实验数据验证了模型的精度与理论分析的合理性。同时,仿真分析了同一支路短路故障与不同支路短路故障等情况下对负序电流大小的影响,该结果对同步发电机定子绕组匝间短路故障的监测与诊断具有理论意义。

谐波对同步发电机定子绕组内部短路故障回路电感影响的研究

发电机发生内部短路时,多回路理论是分析故障状态的有效方法之一,而电感参数的计算是运用多回路法进行仿真的关键,本文针对大型同步发电机发生定子绕组内部短路时电感的计算进行了研究。但是,故障状态时气隙磁场中的高次谐波会影响电感参数的计算。本文运用了磁路的气隙磁导法对同步电机短路故障后的电感参数计算并进行了系统的分析,分析了不同极对数谐波对电感参数计算结果的影响。总结了在保证电感参数计算精度的同时,选取合理的谐波极对数可减少计算的工作量,为大型发电机内部故障仿真的计算提出理论参考。

基于二倍频转矩脉动的异步电机定子匝间短路故障预测方法

为了能够在故障早期有效地检测异步电机定子绕组匝间短路故障,首先建立了异步电机在定子匝间短路状态下的动态数学模型,运用坐标变换和空间矢量变换的思想对异步电机动态模型进行分析与仿真,提出了一种新的基于计算转矩二倍频脉动的匝间短路检测方法。通过搭建异步电机定子绕组匝间短路的数学模型并对其进行仿真,对匝间短路引发电路计算转矩的变化进行研究,验证了所提出方法的可行性。在此基础之上,提出以计算转矩的二倍频分量为故障特征量对异步电机定子绕组匝间短路故障进行诊断,并分析了该方法的鲁棒性和准确性,从而形成了新的异步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法,为电机故障预测提供了新的研究思路。

基于稀疏深度森林的调相机轻微定子匝间短路故障诊断

针对调相机轻微定子匝间短路故障难以辨识的问题,提出了一种基于稀疏深度森林的调相机轻微定子匝间短路故障诊断新方法。该方法首先提取将定子电流的1、3、5、7次谐波幅值作为预特征,再利用稀疏滤波网络将特征信息增强,然后在深度森林中引入XGBoost和逻辑回归的基学习器,在提高单一学习模型分类能力的同时,缩短了运行时间,并在级联森林部分加入决定系数以平衡运算效率与模型精度,选取级联层最后一层的平均值作为输出,最后,采用改进后的深度森林和稀疏滤波构建故障诊断模型。通过定制同步电机模拟调相机轻微定子匝间短路故障实验来验证所提方法,实验结果表明,该方法提取的特征能有效反映定子匝间短路故障,且具有较高的诊断精度与效率。

采用最优小波树和改进BP神经网络的感应电动机定子故障诊断

为了准确及时地识别并排除感应电动机定子匝间短路故障,保障电动机设备的安全运行,提出了一种基于最优小波树和捕食搜索遗传算法优化神经网络的新型故障诊断方法。结合故障电流的特征,采用最优小波树,将滤除基波分量后的定子残余电流信号进行分解,提取表征信号内在规律最强的分解节点能量成分,作为BP神经网络的输入特征向量。采用BP神经网络进行分类,通过捕食搜索策略优化的遗传算法选择神经网络训练的初始权值和阈值,提升网络训练的速度和准确度。实验结果表明,该方法不但可以提取优于小波包方法的最优特征向量,同时可以准确识别三种故障下的电动机定子匝间短路故障。

定子故障下的双馈风力发电机组建模与稳定性分析

针对双馈风力发电机组(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后的稳定性问题,建立了SWITSC故障下的DFIG的小干扰稳定性分析模型。基于Lyapunov稳定性理论进行特征值分析,并勾勒出主导特征值的变化轨迹;另外,找出了对稳定性影响作用较大的关键性控制参数,结合仿真波形说明了DFIG稳定性的变化情况。得到结论:DFIG发生SWITSC故障后,其稳定性有所下降,但在风速及控制参数合理的条件下仍然具有保持稳定运行的能力。

感应电动机内部故障检测技术综述

针对感应电动机常见的几种内部故障,详细的阐述了不同故障产生的原因,分析了国内外目前所用的检测方法,并指出了故障检测技术的发展趋势。