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在电机故障分析中应用较多的仿真研究方法有坐标变换法、场路藕合

作者:振动电机 发布时间:2013-12-23 14:56

    (1)坐标变换法
    在电机的分析研究中,坐标变换法一直处于很重要的地位。振动电机,其中对称分量法在交流电机不对称分析时得到广泛的应用,它将不对称的三相系统分解为三组对称的分量再进行求解。但当不对称系统中空间谐波分量很大时,对称分量法并不理想;虽然这种分析电机外部不对称的方法是很方便的,但对电机绕组不对称问题,即使是进行稳态分桥,对称分量法也会遇到很多问题,主要仍是难以准确估计气隙磁场引起的各电抗分量的修正及各相分量的相互关联问题,在分析交流电机绕组不对称问题时,对称分量法不是理想的方法。
    著名的派克方程可以便电机方程变为常系数,使方程大大简化而便于求解,随着许多学者在计及谐波方面的研究,进一步丰富了坐标变换的理论。后来派克变换又被进一步推广和发展,形成多种参考坐标系统,在电机理论的发展过程守曾起过重要作用。但这些变换对电机内部绕组故障的分析也不理想。
    (2)相坐标法
    建立在相坐标系上且以相绕组为基本分析单元的相坐标法,可以较好地考虑绕组产生的空间谐波磁场作用。由于其参数是实际物理值.不必经过参数的复杂变换,对各种对称的或非对称的正常或故障运行状况都容易处理,并得到一致的解答。利用相坐标法研究了气隙磁场谐波较强的试验电机在正常运行时的谐波效应,计算结果与试验值比较吻合。Malik等学者采用该方法深入到相绕组内部.分析了同步发电机定子绕组的内部故降,是对相坐标法的一个发展。
    在研究交流电机气隙磁场的空间谐波问题和某些不对称问题,以及电力系统不对称运行的问题时,相坐标法具有越来越重要的地位。但是,对于交流电机绕组内部故障,以相绕组为基本单元的相坐标法就产生了难以克服的局限性。
    (3)场路耦合法
    将电机的电磁场方程与外部系统的联系方程直接耦合联立求解,可以较好地考虑电机的几何结构、分布参数、铁磁材料的饱和等因素,可以深入电机内部各点的状态,用于对电机进行暂态、稳态分析。但电磁场的计算相当复杂,分析电机内部绕组故障石很方便。
    (4)多回路分析法
    关于振动电机绕组内部的不对称,如振动电机定子绕组内部短路、笼型异步电动机转子断条和端环开裂等,以对称相绕组为基本分析单元的分析方法已不能满足研究要求。为深入研究交流电机内部绕组不对称问题,有必要突破传统的埋怨电机模型的限制。
    以单个线圈为分析单元的交流电机多回路理论是由我国学者高景德、王祥衍首次提出的,在电机分析中具有重大意义,为电机分析作出了杰出的贡献。它突破了传统故障分析中理想电机的假设,将分析深入到定子绕组内部,直接以单个线圈为研究单元,并根据研究问题的需要.组成相应的回路。分桥时电机其实就被看作具有多个相对运动的回路网络.定转子绕组按其实际回路列写电压和磁链方程。在处理发电机定子绕组内部故障时,多回路理论可以考虑绕组内部故障时影响较大的因素(如故障空间位置和绕组型式等),从而可以较为准确地获得绕组故障后的内部电磁关系和绕组电流分布,多回路分析法在电机定于内部故障的稳态及瞬态过程分析中皆有较好的应用o
    德国学者T.S.Kuling等人在研究汽轮发电机内部和外部故障瞬态电流时提出的计算方法类似于多回路,只是各基本线圈的电感是通过电磁场数值计算得到的,计算量相当大。
    近10多年来,多回路分析法在异步电机转子断条故障、绕组非对称分布的单相电容电动机、同步电动机带整流负载、特殊励磁的同步发电机系统以及变频驱动系统的分析中也得到广泛的应用。
    多回路分析法的关键是故障后回路参数的求取,有了精确的回路参数,理论上可以较为准确地计算定子绕组内部短路故障后的各电气量。这些回路参数不是电机学中d,q轴(纵、横轴)电抗,而是指把电机看作相互耦合的多个回路时各回路的自感和互感,它包含对应于漏磁场的漏电感和对应于气隙主磁场的主电感。占主要部分的主电感的计算通常有两种方法:磁路磁导法和磁场数值法。通过磁路磁导法得出的参数表示式多为级数形式,有的甚至是双重或三重级数形式.参数的计算精度将取决于谐波次数的选取。
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