十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障.pdf

《十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第４１卷第８期２０１７年４月２５日Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．８Ａｐｒ．２５，２０１７ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１６０７１９００７十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障孙宇光，黄子果，王善铭，牟树君（电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，清华大学，北京市１０００８４）摘要：十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大，分析了该系统中４Ｙ移１５°的定子绕组可能出现的一种内部故障———发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型，考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓

2、扑结构的影响，实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果，说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析，总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征，尤其是短路回路电流的特点及其影响因素，为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。关键词：十二相同步发电机；整流系统；相间短路；多回路数学模型０引言三相同步发电机中因同槽线圈层间绝缘磨损或线圈端部交叉处绝缘破坏导致的定子绕组相间短路故直流发电机作为传统的独立直流电源，其电刷［１１－１２］障，

3、也有可能发生在多相整流发电机中，但鲜有结构复杂，存在换向问题、维护工作量大等缺点，已文献研究。逐步被交流发电机带整流桥系统替代。随着半导体文献［１３］分析了十二相（４Ｙ移１５°）同步发电器件和整流技术的不断发展，大功率同步发电机带机整流系统中发电机定子绕组的匝间短路故障。实整流负载系统的应用日益广泛，譬如在舰船直流供际上该十二相发电机系统中也可能发生定子相间短电系统、电力机车牵引、石油钻探、邮电通信和飞机路故障，包括接到同一整流桥的同组星形连接绕组［１］等应用领域。直流电源系统不仅对电源功率的需之间的相间短路和接到不同整流桥的绕组之间的相求增大，对直流供电品质

4、的要求也更加严苛。多相间短路，本文主要研究前者———同组星形连接绕组（六相、十二相）同步发电机带整流负载系统可以减的相间短路，而后者将另外撰文阐述。小直流输出纹波，从而提高直流电能的品质、减小电磁干扰，并且可提高电机的容错运行能力、功率密度１十二相整流同步发电机定子同组星形连以及效率，特别适用于舰船等要求高品质直流电源接绕组相间短路的数学模型［２］的场合。十二相同步发电机的定子绕组相当于４组空间由于经常应用于移动体（比如舰船、飞机），多相上互差１５°的三相星形连接对称绕组，４组绕组的中整流系统的安全可靠运行至关重要，有必要研究系性点互不相连，分别通过不同的三相

5、整流桥在直流统可能发生的常见故障。目前，对多相整流系统的［１３－１４］侧并联为负载供电，如图１所示。该系统中定故障分析主要包括整流装置故障和多相发电机故障子同组星形连接绕组之间可能发生内部相间短路故两种类型。对整流装置故障的研究主要涉及缺桥运［３］、整流桥开关管开路或短路［４－６］、直流侧突然短障，比如图１所示第１组三相绕组中ａ１相与ｂ１相行［７－８］之间的内部相间短路。路等。对多相发电机故障的研究涵盖缺相运［９］［１０］文献［１３］在ａｂｃ坐标系下建立了十二相整流发行、突然不对称性短路等。实际上多相电机的电机定子同相匝间短路的多回路数学模型，能考虑电枢绕组一

6、般采用常见的双层线圈结构，所以普通［１５－１６］内部短路引起的气隙磁场空间谐波，并利用回［１７］收稿日期：２０１６－０７－１９；修回日期：２０１６－１０－１９。路矩阵描述定子绕组与直流负载之间回路拓扑上网日期：２０１６－１２－１４。结构的变化。本文将在上述基础上建立同组星形连国家自然科学基金资助项目（５１２７７１０３）。接绕组相间短路故障的多回路数学模型。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ１５３２０１７，４１（８）·研制与开发·图１十二相整流同步发电机同组星形连接绕组相间短路的示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｔａｔｏｒｗｉｎ

7、ｄｉｎｇｐｈａｓｅ－ｔｏ－ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｂｅｔｗｅｅｎｓａｍｅｇｒｏｕｐｏｆｓｔａｒ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｈａｓｅｓｉｎｔｗｅｌｖｅ－ｐｈａｓｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｒｅｃｔｉｆｉｅｒｌｏａｄｓｙｓｔｅｍ１．１电机定子回路电压方程式中：Ｄ为微分算子ｄ／ｄｔ；ＵＳ，ＩＳ，ΨＳ，ＥＳ和ＲＳ分别整流发电机正常负载工况下，定子相绕组与直为十二相定子绕组与直流负载的电压、电流、磁链、流侧负载之间通过整流桥中导通的开关管形成实际反电势和电阻支路向量，都是１２＋４行的向量。其［１７］回路；定子同组星形连接三相绕组发生的相间短中各

8、元素中下标ａ１，ｂ１，…，ｃ４分别代表