大功率电力机车异步牵引电机的典型故障研究

通过分析相电流信号,对大功率电力机车异步牵引电机的两种典型故障——转子断条故障和定子绕组匝间短路故障进行故障诊断,建立电机故障情况下的有限元模型并进行仿真.结果表明,电机故障引起了三相电流不对称,基于故障后的三相电流,利用频谱分析法和对称分量法进行后处理运算,可以提取到明显的故障特征,能够有效的诊断转子断条故障和定子绕组匝间短路故障.实验所得结果与仿真及理论分析吻合,证明了故障模型的正确性,也验证了基于相电流信号的故障诊断方法的有效性.     

无刷直流电机匝间短路故障定位及定量评估方法研究

针对无刷直流电机匝间短路故障问题,提出一种结合深度迁移学习和多维特征拟合方法,以实现匝间短路故障的精确定位和定量评估。同步采集电机定子绕组的三相电流信号,将一维电流信号转化为图像信号,采用基于迁移学习的卷积神经网络实现匝间短路故障的定位,在确定故障相之后,从电流信号中提取并筛选敏感特征,采用特征拟合方法实现故障等级的定量评估。实验结果表明,所提出的方法能够实现100%精度的故障相定位,同时故障定量评估的相对平均误差低至4.33%。该方法对于永磁电机系统的定子绕组故障精确定位和精密诊断具有潜在的应用价值。     

基于Park变换和DRNN的定子绕组匝间故障诊断方法

采用定子电流信号检测方法诊断三相交流电机定子绕组匝间短路故障时,会受到电网电压不对称和负载变化等因素的影响,为克服这一缺陷,提出了基于派克变换和对角递归神经网络(DRNN)的定子绕组匝间故障诊断方法.该方法根据派克变换得到三相电流派克矢量模的轨迹变化,通过频谱分析提取故障严重度特征因子.为进一步确定短路绕组的匝数,综合考虑负载、三相输入电压不平衡度的变化情况,构建基于DRNN的短路匝数诊断模型.根据此方法,构建了试验系统并进行了匝间短路试验,试验结果证明:基于Park变换和DRNN的诊断方法,不但在稳态工况下可精确确定定子绕组短路故障的严重度及匝数,而且在电机启动、负载、电压不平衡动态变化时,取得比前馈神经网络(FFNN)故障诊断模型更好的诊断结果.     

汽轮发电机定子内部故障的负序阻抗方向保护

现有的绝大多数汽轮发电机中性点侧只引出3个端子。通常装设的完全纵差保护只能反应相间短路故障,纵向基波零序过电压保护和故障分量负序方向保护等对匝间短路故障都存在较大的动作死区。为提高汽轮发电机匝间短路故障的保护动作率,通过分析机端等值负序阻抗在电机内部不对称故障和外部不对称情况下的不同规律,提出了基于相角范围的负序阻抗方向判据。在此基础上考虑到各种防误动措施,提出了一种新的发电机定子内部不对称故障保护方法——由负序电流启动的故障分量负序阻抗方向保护(Z2′)。运用"多回路分析法",对两台典型汽轮发电机所有可能发生的内部短路故障进行了仿真计算和灵敏度分析。结果表明,Z2′保护对定子内部不对称故障(尤其对内部匝间短路故障)的灵敏性和保护范围都优于现有的其他原理保护,能为只引出3个中性点的汽轮发电机提供高质量的保护。     

基于改进型相关算法的变频异步电机定子故障诊断

变频器供电下,异步电机定子电流谐波成分剧增,使定子匝间短路故障的诊断不同于电网直接供电。电网电压不平衡以及电机的先天不平衡也会影响诊断结果。针对以上问题,根据变频器调制频率构建参考信号,提出用改进型相关算法提取定子电流中调制频率基波成分,避开电网不平衡因素以及变频器高次谐波的影响,利用逆调制频率同步速变换将调制频率的基波正序分量转化为二倍频交流分量,将负序分量转换成直流量,通过对整周期采样长度取均值的方法将直流分量单独分离出来。并考虑电机先天不平衡因素定义了故障灵敏度因子。实验结果表明该因子能正确反映定子故障程度,消除了变频器的谐波成分和噪声对计算结果的影响,对供电电源不对称具备鲁棒性,方法有效可行。     

基于小波分析永磁同步电机匝间短路故障检测

为研究电动汽车永磁同步电机匝间短路故障的检测方法,首先建立永磁同步电机匝间短路故障的有限元仿真模型;然后,在多种工况下对正常电机和故障电机的定子电流进行小波分析,提取特征频段系数的均方根(RMS)作为匝间短路故障检测的依据,并设定故障检测的阀值.实验结果表明,基于定子电流小波分析的方法能够检测电动汽车永磁同步电机匝间短路的故障.     

基于高阶谱的异步电机定子匝间短路故障诊断方法研究

传统的信号频谱分析方法应用在信噪比低、故障特征不明显的异步电机定子匝间短路故障诊断中,往往会出现因为故障的频谱图差别不大而导致误判的问题,为此提出了一种基于高阶谱的定子匝间短路故障诊断方法。高阶谱相较于传统频谱分析,具有良好的抑噪性,同时还保留了信号的非线性相位信息,解决了定子匝间短路故障快速诊断的问题。通过理论联系实例分析表明:发生定子匝间短路故障与未发生故障的电流信号"最大幅值"处双谱水平切片图完全不同,且随着故障严重程度的增加,其谐波分量越多,幅值越大。由此验证了该方法可以有效地提取出信号中的非线性特征,完成了对异步电机定子匝间短路故障的诊断,具有良好的实际应用前景。     

同步发电机定子绕组匝间短路下电磁转矩和振动分析

在考虑气隙偏心的情况下,分析了定子绕组匝间短路后同步发电机气隙磁场的变化特征,得到该内部故障前后电磁转矩和振动的变化规律,特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征．应用场路耦合法分析了内部故障与偏心双重条件下的电机端电流第17阶和第19阶分量特征．通过动模实验实测了一台容量为7．5kVA的发电机定子绕组匝间短路时的定子垂直方向振动加速度信号并对其进行了离散频谱分析．结果表明,发电机定子绕组匝间短路后,其2倍基频振动加速度变化大,第17阶和第19阶谐波电流幅值可作为检测未发生或发生内部故障的电机的动态偏心严重程度的特征值     

基于Maxwell的永磁同步电机短路故障诊断研究

针对缺少成熟电动机分析方法的情况,文章建立了基于Maxwell的永磁同步电动机二维有限元模型。通过仿真得到电机在正常工作和匝间短路故障情况下的电磁场分布和相关性能曲线。得到了不同条件下,反电势三次谐波含量随匝间短路程度的加剧而减少等结论,为永磁同步电机定子绕组早期匝间短路故障诊断提供了依据。     

定子铁心故障引起的电机轴电压仿真研究

该文分析了定子铁心叠片接缝对电机磁通分布的影响,以及接缝不均匀时电机磁通的变化规律。采用不定积分的方法建立了电机动态过程产生的不平衡磁通的数学模型。应用ANSYS有限元软件模拟了接缝不均匀的电机磁场分布,提出可以通过轴电压信号监测定子铁心叠片接缝不均故障。     

车用发电机定子绕组匝间短路故障下转子弯扭耦合振动特性分析

运用数值积分法,在建立发电机转子系统弯扭耦合振动模型基础上,考虑定子绕组匝间短路故障时发电机转子弯曲及扭转电磁刚度的影响,对不同程度匝间短路故障下转子的弯曲及扭转振动特性进行分析。结果表明,发电机定子匝间短路故障不仅会使转子弯曲和扭转振动加强,还会增加转子弯振和扭振中的倍频及高倍频成分;随短路程度加大,弯振的1、3、5等奇数次倍频振动量与扭振的2、4等偶数次倍频振动量逐渐增加,且弯振中1倍频振动量最大,扭振中2倍频振动量变化最为显著。     

基于电流解耦的异步电机V/F控制补偿方法

针对异步电机恒压频比(V/F)控制低速性能不理想的问题,提出了一种新颖的定子电阻压降的补偿方法.该方法在对定子电流进行解耦的基础上,根据异步电机低频运行时简化的等值电路和矢量图,采用一种基于力矩电流的标量补偿方法对定子电阻压降进行补偿,并结合转差频率补偿,以实现电机低频时的自动转矩提升.该方法有效改善了异步电机V/F控制时的低速性能,保证低频运行时依然能获得额定磁通和相应的转矩.基于Saber软件的仿真结果表明:采用补偿方法后,电机能够带额定负载稳定运行在2 Hz工况下,电机的带负载能力有明显的提高,补偿后的机械特性略有上扬.     

无速度传感器感应电机转子断条的故障诊断

在基于定子电流信号进行异步电机故障诊断时,转子断条故障特征频率分量常常被电流的基频分量淹没.针对这种情况,文中提出一种新型无速度传感器感应电机矢量控制转子断条故障方法.该方法通过转子反电动势与电流矢量的叉乘构建无功功率,然后对无功功率进行频谱分析,其中特征频率2sf被用作转子断条的故障诊断判据.同时利用该无功功率进行速...     

基于Hilbert变换和小波包能量分析的转子断条故障诊断

转子断条是笼型异步电机最常见故障之一.基于Hilbert变换和小波包频带能量分析方法,提出了一种新的笼型异步电机转子断条故障检测方法.对采集的定子电流信号进行Hilbert变换,消去定子电流中包含的直流分量,解决了转子断条故障特征分量容易被基波湮没、难以检测的问题.采用基于小波包频带能量分析方法,对转子断条故障进行识别.实验结果验证了方法的有效性.     

基于Comsol多物理场仿真的短路工况下变压器轴向电磁力的计算

过大的短路电磁力会影响变压器的安全运行及电网的稳定性。为了计算研究短路条件下变压器绕组的轴向电磁力,本文建立了110 kV/38.5 kV/10.5 kV的变压器“磁场-电路”耦合模型,使用Comsol Multiphysics软件对三相高压对中压绕组短路工况下的变压器进行了仿真,并得到了铁心磁密和内部辐向漏磁磁密的分布,B相高压中压绕组所受的轴向电磁力,以及在不同电流载荷下绕组所受轴向电磁力的变化规律。结果表明,变压器内部辐向漏磁磁密主要集中在绕组端部,峰值可达0.03 T,绕组中间位置,辐向漏磁磁密为0。绕组所受轴向电磁力的频率主要为50 Hz和100 Hz,且随着短路时间的增加,其二倍频特性愈加明显。随着短路励磁电流增加,绕组受到的轴向电磁力也会增大,且轴向电磁力增幅等于电流增幅的平方。     

基于PSO-ADMMF和WPE的发电机转子匝间短路故障诊断

针对常规的数学形态滤波器对定子电流信号滤波效果不理想,提出粒子群算法改进的数学形态滤波器。引用粒子群算法寻找最优的数学形态滤波器中开-闭和闭-开运算的权系数,建立自适应数学形态滤波器模型,对定子电流信号进行滤波处理。结合小波包理论和信息熵理论,提出小波包熵作为故障特征的故障诊断方法。仿真实验对比了PSO算法改进的自适应数学形态滤波器和常规数学形态滤波器的滤波效果,计算了滤波后的不同状态信号的小波包熵,并以此进行了转子匝间短路故障诊断,仿真验证表明本方法是有效的。