Study of Steady-state Performances for a Novel Line-start Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Three Parallel-connected Windings

对于三相感应电动机的单相运行,学者们已经提出了多种实用的接线方式,比如Smith接法、SEMIHEX接法。然而,对于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,很少有合适的接法提出。将并联式接法应用于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,提出了一种新型三绕组并联式异步起动单相永磁同步电动机。分析了三相异步起动永磁同步电动机同步运行时以及起动瞬间的正序、负序阻抗,基于对称分量法,对该接法电机的对称运行条件进行分析,得出了电容的确定方法,并利用遗传算法对电容值进行优化。提出了该新型电机稳态性能的计算方法;设计了一台高功率因数和一台低功率因数三相异步起动永磁同步电动机作为样机,并分别将其改接为三绕组高效单相永磁同步电动机,进行实验研究。实验结果表明,低功率因数的异步起动永磁同步电动机更适合改接成新型三绕组并联式单相永磁同步电动机。由低功率因数三相永磁同步电动机改接成的单相异步起动永磁同步电动机在额定负载下运行时,具有与同容量三相永磁同步电动机相近的效率和更高的功率因数。

Harmonics in the Squirrel Cage Induction Motor Analytic Calculation-Part Ⅰ: Differential Leakage, Attenuation, Asynchronous Parasitic Torques

The magnetic field generated in the air gap of the cage asynchronous machine and the harmonics of the magnetomotive forces creating that magnetic field, as well as the related differential leakage, attenuation, asynchronous parasitic torques have been discussed in great detail in the literature, but always separately, for a long time. However, systematization of the phenomenon still awaits. Therefore, it is worth summarizing the completeness of the phenomena in a single study – with a new approach at the same time-in order to reveal the relationships between them. The role of rotor slot number is emphasized much more than before. An existing, commonly used, but still impractical basic figure has been modified to more clearly demonstrate the response of the rotor for the harmonics of the stator. The need to treat differential leakage, asynchronous parasitic torques and attenuation together will be demonstrated: new formula for asynchronous parasitic torque is derived;the long-used characteristic curves for differential leakage and attenuation used separately so far was merged into one, correct curve in order to provide a correct design guide for the engineers.

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。

考虑用电和馈电模式的变流器电驱系统建模与稳定性分析

由大量异步电机驱动设备构成的电力电子化交流配用电系统存在严重的次/超同步振荡问题。电驱系统正常工作时具有用电和馈电2种运行模式,现场振荡现象表明不同的运行模式对系统的稳定性影响也不同。建立了含机侧系统的电驱系统详细阻抗模型,利用阻抗分析法揭示了电驱系统接入电网的次/超同步振荡机理,分析了运行模式、电网强度、控制参数、交流电压幅值等因素对系统次/超同步稳定性的影响,并基于相位裕度灵敏度明确了主导影响因素。基于实际系统数据,搭建了时域仿真模型,仿真复现了振荡现象,并验证了理论分析的正确性。

非晶合金-硅钢混合铁心三相鼠笼式异步电机的能效分析

首先测试了非晶合金与硅钢铁心的磁化和损耗性能,将测取参数应用于YKK3552-4型笼型200 kW三相异步电动机的二维电磁有限元仿真,分析了电机在两种不同铁心材料组合下的能效特性:一是定子采用非晶合金铁心,转子采用硅钢铁心;二是定子和转子均采用硅钢铁心。结果表明异步电动机满载时组合铁心电机铁耗最小,但磁饱和问题突出,额定电压下组合铁心电机的空载电流可达额定电流的1.1倍,绕组铜耗最大。随后对运行电压降低时的混合铁心电机损耗情况进行仿真,当降压4%时电机能效特性达到最优。最后在3 kW样机上进行了能效测试,验证了降压运行的效果。为易饱和非晶材料在交流电机中应用奠定了理论基础,通过降低运行电压实现非晶定子铁心电机低耗、高效是一条可行技术路径。

基于三相异步电动机维修操作技术的研究

三相异步电动机应用广泛,其维修核心嵌线技术特殊又不易掌握。理论电动机绕组展开图与实际操作习惯不是很吻合,为方便学员高质量依图施工掌握嵌线技术,改进电动机绕组展开图起始槽为第一槽、改进绕组头尾处在有效边所在槽位、改进绕组电流方向为一实际瞬间方向;改进电动机完整维修技术为五个技术模块。实践证明改进的方法效果好效率高,维修后的电动机性能稳定,初学者在改进方法下能高效快速掌握电动机维修技术。

基于d-q变换及WOA-LSTM的异步电机定子匝间短路故障诊断方法

为了实现对异步电机定子绕组匝间短路故障的可靠在线诊断,提出一种基于d-q变换及鲸鱼优化算法(WOA)优化的长短期记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。通过理论推导可知,d-q变换可有效提取定子电流中的特征频谱数据。采用鲸鱼优化算法对长短期记忆网络中的3个关键参数进行优化,建立WOA-LSTM故障分类模型。为了验证基于d-q变换和WOA-LSTM故障诊断方法的有效性,分别以小波变换、快速傅里叶变换及d-q变换提取电流频谱数据作为输入数据集,以一台YE2-100L1-4型异步电机为实验对象进行实验验证。研究结果表明:相比于小波变换及快速傅里叶变换,采用d-q变换能更准确的提取出定子电流中的故障特征,更精确地反映电机故障状态,有助于提高故障分类准确率;相比于传统的LSTM算法,经WOA优化后的LSTM算法分类准确率可达98.3%,能可靠地实现不同程度匝间短路故障的诊断。

紊流随机风场下多相多分裂覆冰输电导线舞动的相间闪络概率评估

针对覆冰输电导线在紊流随机风场中舞动的相间闪络问题,提出了一种多相多分裂覆冰导线舞动的相间闪络概率评估方法。首先,通过生成覆冰导线在紊流随机风场中舞动时的随机风荷载,结合多相多分裂覆冰输电导线有限元模型对紊流随机风场中的导线舞动响应进行模拟;其次,通过等价极值分布法构建了多相多分裂覆冰输电导线舞动时的相间闪络失效准则,基于概率密度演化法发展了一种多相多分裂覆冰导线在紊流随机风场中发生非同步舞动的相间闪络概率评估框架;最后,对某单跨三相四分裂覆冰输电导线算例进行分析。结果表明:1)不同相对位置的覆冰导线相间闪络概率评估结果差异明显,并且相较稳态风场情况,紊流随机风场作用下的各相导线相间闪络概率密度曲线峰值位置左移,峰值存在明显的降低;2)随着紊流度的增加,各相覆冰导线在紊流随机风场中舞动时更易发生相间闪络;3)该跨覆冰导线的相间闪络概率随平均风速的增加呈现先升后降的变化趋势,不同初始风攻角工况的各相导线相间闪络概率差异明显。

基于离线单相周期方波脉冲的三相异步电机启动转矩测试

为了克服三相异步电机启动转矩无载测试现有方法存在的测试精度较低、电网冲击等问题,提出一种基于离线单相方波脉冲的电机启动转矩测试方法。以Y160M-4型三相异步电机为研究对象,给出用于测试启动转矩的单相方波逆变电源结构、工作原理及关键参数计算方法,并利用二维瞬态电磁场数值计算方法,以研究不同激励模式下的启动转矩为目的,获取电机启动过程的电枢电流。结合电机数学模型和坐标变换理论,研究并给出单相正弦波激励下的电机等效电路模型和启动转矩理论计算模型。在此基础上,进一步给出单相方波激励下的启动转矩数据处理方法。经验证,依据所提出的单相方波激励下的电机启动转矩计算方法并结合二维瞬态电磁场数值仿真,启动转矩测试相对误差约为0.25%。研究结果表明,利用该方法计算三相异步电机的启动转矩,测试精度获得明显提高,从而证明了所提方法的正确性和可行性。

基于d-q理论的双馈异步电机定子匝间短路故障诊断方法

为实现双馈异步电机定子绕组匝间短路的早期故障诊断,提出一种基于转子电流特征频率分量的故障诊断方法 .首先,通过分析故障后电机的电磁特性,得到故障后转子电流中会产生特征频率分量的结论 .然后,通过对转子单相电流进行特殊的相移构造出三相电流,并对该组电流进行d-q变换,利用理论推导证明d-q变换后的直流分量幅值能够反映特征谐波的大小,将直流分量作为故障特征量进行双馈异步电机匝间短路故障的诊断.最后,依据有限元法建立故障前后电机的仿真模型,对不同工况下故障特征量的变化进行研究.结果表明:基于d-q理论提取的故障特征量与定子绕组的短路匝数呈正相关,且在转速变化和电压不平衡时也可有效诊断出匝间短路故障;通过设置合理的故障阈值可实现对双馈异步电机定子绕组匝间短路故障的精确辨识.研究结果可以为电机绕组匝间短路故障诊断提供参考.

迁移学习和CNN的电机故障诊断方法

针对缺乏数据导致卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)训练不佳的问题,以三相异步电机故障诊断为研究对象,提出了基于迁移学习和CNN结合的电机故障诊断方法。首先搭建了电机故障诊断实验平台,通过加速度传感器获取CNN模型带标签数据,通过训练获取预训练模型;然后结合迁移学习得到的预训练模型迁移到目标域,并通过对目标域的带标签数据进行训练以优化CNN参数;最终获得可以对目标域数据有着良好分类能力的新模型,从而实现目标域带标签数据稀少情况下的电机故障诊断工作。通过将该方法与传统CNN、变分模态分解(Variational modal decomposition,VMD)-支持向量机(Support vector machine,SVM)、VMD-K近邻(K nearest neighbor,KNN)以及VMD-BP神经网络等识别模型进行对比验证,结果显示本文提出的迁移CNN模型模式识别方法有更好的识别效果。

三相异步电机轴承故障的诊断策略

轴承故障是三相异步电机常见的故障之一,及时准确地进行故障诊断对于保障电机的正常运行至关重要。针对电机电流信号特征分析法(MCSA)易受到电机基波频率和系统噪声干扰等影响,本文提出了一种基于Hilbert变换的轴承故障诊断方法。先对三相电流信号进行Hilbert变换,提取电流信号的平方包络线,然后利用频域分析方法傅立叶变换(FFT),对平方包络信号进行分析,最后对FFT之后的频谱图进行归一化处理。通过观察其频谱特征,可以判断轴承是否发生故障。该方法避免了电机基波频率和系统噪声干扰,能够可靠地检测三相异步电机轴承故障。并搭建了试验平台验证了方法的可行性。

三相交流异步电动机快速目标建模法

从磁链计算角度,提出一种三相交流异步电动机的快速目标建模方法,通过简单的计算式即可得到电机的初始模型,计算结果与仿真软件结果相近,该方法具有一定的准确性,省去了大量计算时间,为三相交流异步电动机的设计提供借鉴。

三相鼠笼异步电动机无传感器转速检测技术及其适应性

针对三相鼠笼异步电机无位置传感器快速傅立叶变换(fast Fourier transformation,FFT)测速方法需要预先知道转子槽数,且测试精度易受噪声干扰和采集时长等因素的影响,提出一种基于奇异值分解-Prony(singular value decomposition-Prony,SVD-Prony)算法的无位置传感器高精度转速测量技术。运用电机学相关理论,研究转子槽谐波测速机理,并给出整数倍率转子槽数的计算方法。在分析并明确定子电流噪声影响和FFT法存在检测精度受采样时长限制等问题的基础上,研究基于奇异值增长率的SVD滤波方法和用于辨识转子槽谐波的Prony算法,并以Y160M-4型电机为研究对象,在不同运行状态下对该技术的适应性进行分析。在此基础上,构建相关物理测试平台,对YE90S-2型电机进行实测。结果表明,在相同采集情况下,所提方法测试绝对误差仅为FFT测速方法的几分之一,检测精度大幅提高。

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。

开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制

针对六相永磁同步电机模型预测电流控制中存在固有的共模电压较大和计算量繁重的问题,提出了一种开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制方法。首先,将六相永磁同步电机绕组的中性点打开并接入两个六相电压源逆变器,形成双逆变器馈电的开绕组结构,目的是抵消逆变器之间共模电压。其次,双逆变器馈电会产生繁多的电压矢量,从中选出具有零共模电压性质的矢量。在此基础上,又考虑了x-y平面的谐波电流问题和母线电压利用率的问题,将矢量集精简为一个包含7个电压矢量的控制集,减少了计算负担。最后,通过与现存的传统六相永磁同步电机模型预测电流控制方法进行对比仿真,证明了所提出方法的有效性。

一种基于离散变频的三相异步电机软启动控制

针对传统三相异步电机软启动方式存在启动转矩不足,难以适用于部分需要重载启动电机场合的问题,采用一种离散变频的软启动控制方法,将离散变频的方式与传统软启动控制相结合,同时加入功率因数角补偿以提高电机在启动过程中的平稳性。实验表明,该控制方法可在抑制电机启动电流的同时,有效提升电机的启动转矩,同时抑制电机在启动过程中的抖动。

电机定子匝间短路故障诊断方法研究

三相异步电机定子发生匝间短路故障时,定子电流信号的频谱中会增加特定频率的故障特征。本文针对三相异步电机建立有限元模型并植入故障,采集定子电流信号并用FFT(Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换)提取电流中的故障特征,使用LSTM网络(Long Short-Term Memory,长短时记忆网络)进行预测表明,此方法针对定子匝间短路故障的识别准确率达93%,为该故障诊断提供了一种有效的方案。

GB/T 1032新旧标准差异解析

GB/T 1032《三相异步电动机试验方法》是我国三相异步电动机产品检测方法的主要依据。新版试验方法即将在2024年4月1日实施,与现行2012版标准相比,新版标准在诸多方面做出来调整。本文列举了新旧版本中除结构性调整和编辑性改动外的的变化,有助于相关检验检测人员学习掌握新的试验方法。