异步电动机定子绕组短路故障仿真

2 θ − π 3 2 θ + π 3 M sr cos θ
式中 Ｍｓ 为定子电感矩阵 它包括定子漏感矩阵 L só 和 定子互感矩阵 M ss 称阵 阵
M r 为转子电感矩阵 它包括转子 M s 和 M r 都为对
漏感矩阵 L ró 和转子互感矩阵 M rr
２．５ 相轴线性模型 三相异步电机的相轴线性模型可表示为 dØ s U s = Fs R s I s + ８ dt dØ r 0 = Rr I r + ９ dt
Ø Ø
s r
= Fs M s Fs I s + M sr I r = M rs Fs I s + M r I r
图 ２ 定子电流的频谱图
４ 结论
本文通过引入不对称矩阵 对三相异步电动机定 子绕组短路故障进行了仿真 并对不同短路匝数情况 下的起动电流进行了快速傅立叶变换分析 定子绕组 短路时 定子电流中的五次 七次谐波增幅较大 ［参 考 文 献］ ［１］ 董建园 段志善 熊万里． 异步电机定子绕组故 障分析及其诊断方法［Ｍ］．中国电机工程学报 １９９９ １９ ３ ． ［２］ 常鲜戎 樊尚科 康波． 三相异步电机新模型及 其仿真与实验［Ｊ］．中国电机工程学报 ２００３ ２３ ８ ． ［３］ 许伯强 李和明 孙丽玲． 异步电动机定子绕组
［收稿日期］２００５－０５－０９
［作者简介］ 徐小来 １９８０－ 空军工程大学在读硕士研 究生 研究方向为电力系统及其自动化
的变化 针对上述四种情况下的定子起动电流进行快 速傅立叶变换 ＦＦＴ 定子电流的频谱图如图 ２ 所示 从图 ２ 可以看出 定子绕组短路时 定子电流中 的三次 五次 七次谐波增幅较大 三次谐波对绕组 短路的程度不敏感 增幅趋向定值 五次 七次谐波 幅值随绕组短路匝数的增加而增大 并且增幅比较显 著 可作为故障诊断的特征量
＋
运用该模型对定子绕 三次 五次 七次谐
该模型由原始的相轴线模型变换得到 定子绕组短路时
通过对定子起动电流的频谱分析发现
［关键词］ 异步电动机
［中图分类号］ ＴＭ３４３ ．２ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］１０００－３９８３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｏｒ Ｗｉｎｄｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ ＸＵ Ｘｉａｏ－ｌａｉ， ＷＡＮＧ Ｌｉ， ＸＩＥ Ｙｉ－ｊｉｎｇ （ Ｔｈｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｐｈａｓｅ ａｘｅｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｓｔａｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｓｔａｒｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ， ｆｉｆｔｈ ａｎｄ ｓｅｖｅｎｔｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ， ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ
r sc
３ ４
其 中 Ø
s
分 别 为 定 子 和 转 子 磁 链
= [Ø
sa
,Ø
sb
,Ø
]T
Ø
r
= [Ø
ra
,Ø
rb
,Ø
rc
]T
M s = L só + M ss M s + L sσ − M s / 2 − M s / 2 = − M s / 2 M s + L sσ − M s / 2 − M s / 2 − M s / 2 M s + L sσ
２００６．
１ 大 电 机 技 术
２３
异步电动机定子绕组短路故障仿真研究
徐小来 王 莉 谢一静 空军工程大学导弹学院 陕西 三原 ７１３８００
［摘 要］ 介绍了三相异步电机的一个新模型 组短路故障进行了仿真研究 波增加较多 绕组短路 故障诊断 ２００６ ０１－００２３－０３
Ø Ø
rs R s = rs r s
rr R r = rr r r
２．２ 磁链方程
s r
= M s I s + M sr I r = M rs I s + M r I r Ø s,Ø
１０ １１
２００６．
１ 大 电 机 技 术
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分别是定子 Ａ 相绕组正常 一匝短路 两匝短路 四 匝短路时定子 Ａ 相对应的电流曲线 从图 １ 可以看出 定子绕组短路时 定子电流的 幅值增大 但在短路的匝数较少的情况下 电流幅值 基本没有变化 当短路的匝数增加到一定程度时 电 流的幅值增加才比较显著 为分析异步电机定子绕组短路时定子电流中谐波
M
sr
３ 仿真实例
根据方程 ５ ￣ １１ 利用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 可构造异 步 电 动 机 的 仿 真 模 型 模 型 参 数 rs = 2.15Ω rr = 2.33Ω Lm = 0.2025 H L sσ = 0.0075 H 2 J m = 0.008 kg⋅ m V r = 380 V L rσ = 0.0075 H I r = 7.1 A Pr = 3.0 kW n r = 1420 r/ min f r = 50 Hz n p = 2 Ｎ＝３６ 匝 通过改变 f sa 的值来对异步电动机定子 Ａ 相绕组 部分短路故障进行仿真 图 １ ａ ｂ ｃ 和 ｄ
TL
２．４ 转矩方程
Te =
７
当定子绕组局部短路时 电机内部的参数也随之 ［２］ 改变 为此引入不对称矩阵 f sa Fs = f sb f sc 式中 当 f sa = f sb = f sc = 1 时 表示异步电动机三相对 称 且短路的匝数与总匝数之比为 (1 − f si ) : 1 当 f si (i = a, b, c ) < 1 时 表示定子绕组部分短路
M sr 为表示转子电流对定子磁链作用的互感矩 M rs 为表示定子电流对转子磁链作用的互感矩阵
T θ 为定子 Ａ 相和转子 Ａ 相间的夹角 有 M rs = M sr
２．３ 运动方程 J dω ５ Te = T L + np d t
dθ = ω ６ dt 负载转矩 Ｊ 机组的转动惯量 n p 极对数 ∂M sr 1 n p I sT I r 2 ∂θ
１ 引言
用计算机对电机故障状态下的运行过程进行仿真 是非常必要的 它可以从理论上揭示运行过程中各电 磁量的变化规律 为分析电机性能和确定电机性能指 标 构成更完备的电机控制和调节方案以及延长电机 使用寿命减少事故停机损失 提高设备运行的可靠性 提供直接的理论依据 为了得到异步电动机在定子绕 组部分短路 定子绕组一相开路故障下的运行特性 本文引入了不对称矩阵 来刻画定子出现故障时各参 数的变化 用 ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ 构建了仿真模型 通 过实例进行了仿真计算 并对仿真结果进行了分析
匝间短路故障检测方法研究［Ｊ］．中国电机工程 学报 ２００４ ２４ ７ ． ［４］ 付大金 王秀和 张荣 感应电动机故障诊断技 术综述［Ｊ］． 大电机技术， ２００４ （３）． ［５］ 黄允凯 梁国栋 王刘芳． 利用时频信息进行电 机故障诊断［Ｊ］． 大电机技术， ２００２， （２）．
２ 异步电动机的多变量数学模型
在分析异步电动机的多变量数学模型时 作如下 假设 １ 忽略空间谐波 设三相绕组对称（空间上互 差 １２０°电角度） 所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规 律分布 ２ 忽略磁路饱和 各绕组的自感和互感都 是恒定的 ３ 忽略铁心损耗 ４ 不考虑频率和温 度变化对绕组电阻的右手螺旋定则 ２．１ 电压方程 dØ s Us = RsI s + １ dt
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异步电动机定子绕组短路故障仿真研究 ２００６． １
M r = L ró + M rr M r + L rσ − M r / 2 − M r / 2 = − M r / 2 M r + L rσ − M r / 2 − M r / 2 − M r / 2 M r + L rσ
d 四匝短路 图 １ 定子 Ａ 相电流
=
sr
M M M
cos θ
M
sr
sr
sr
2 cos θ − 3 2 cos θ + 3
2 cos θ + π M sr cos 3 π M sr cos θ M sr cos 2 π M sr cos θ − π 3
dØ r ２ dt 其中 Ｕ ｓ 为定子三相电源电压 Ｉ ｓ 为定子三相电流 Ｒｓ 为定子电阻矩阵 Ｉｒ 为转子三相电流 Ｒｒ 为转子电阻 矩阵 0 = RrIr +
u sa U s = u sb u sc i sa I s = i sb i sc i ra I r = i rb i rc