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在電機故障分析中應用較多的仿真研究方法有坐標變換法、場路藕合

作者:振動電機 發布時間:2013-12-23 14:56

    (1)坐標變換法
    在電機的分析研究中,坐標變換法一直處于很重要的地位。振動電機,其中對稱分量法在交流電機不對稱分析時得到廣泛的應用,它將不對稱的三相系統分解為三組對稱的分量再進行求解。但當不對稱系統中空間諧波分量很大時,對稱分量法并不理想;雖然這種分析電機外部不對稱的方法是很方便的,但對電機繞組不對稱問題,即使是進行穩態分橋,對稱分量法也會遇到很多問題,主要仍是難以準確估計氣隙磁場引起的各電抗分量的修正及各相分量的相互關聯問題,在分析交流電機繞組不對稱問題時,對稱分量法不是理想的方法。
    著名的派克方程可以便電機方程變為常系數,使方程大大簡化而便于求解,隨著許多學者在計及諧波方面的研究,進一步豐富了坐標變換的理論。后來派克變換又被進一步推廣和發展,形成多種參考坐標系統,在電機理論的發展過程守曾起過重要作用。但這些變換對電機內部繞組故障的分析也不理想。
    (2)相坐標法
    建立在相坐標系上且以相繞組為基本分析單元的相坐標法,可以較好地考慮繞組產生的空間諧波磁場作用。由于其參數是實際物理值.不必經過參數的復雜變換,對各種對稱的或非對稱的正常或故障運行狀況都容易處理,并得到一致的解答。利用相坐標法研究了氣隙磁場諧波較強的試驗電機在正常運行時的諧波效應,計算結果與試驗值比較吻合。Malik等學者采用該方法深入到相繞組內部.分析了同步發電機定子繞組的內部故降,是對相坐標法的一個發展。
    在研究交流電機氣隙磁場的空間諧波問題和某些不對稱問題,以及電力系統不對稱運行的問題時,相坐標法具有越來越重要的地位。但是,對于交流電機繞組內部故障,以相繞組為基本單元的相坐標法就產生了難以克服的局限性。
    (3)場路耦合法
    將電機的電磁場方程與外部系統的聯系方程直接耦合聯立求解,可以較好地考慮電機的幾何結構、分布參數、鐵磁材料的飽和等因素,可以深入電機內部各點的狀態,用于對電機進行暫態、穩態分析。但電磁場的計算相當復雜,分析電機內部繞組故障石很方便。
    (4)多回路分析法
    關于振動電機繞組內部的不對稱,如振動電機定子繞組內部短路、籠型異步電動機轉子斷條和端環開裂等,以對稱相繞組為基本分析單元的分析方法已不能滿足研究要求。為深入研究交流電機內部繞組不對稱問題,有必要突破傳統的埋怨電機模型的限制。
    以單個線圈為分析單元的交流電機多回路理論是由我國學者高景德、王祥衍首次提出的,在電機分析中具有重大意義,為電機分析作出了杰出的貢獻。它突破了傳統故障分析中理想電機的假設,將分析深入到定子繞組內部,直接以單個線圈為研究單元,并根據研究問題的需要.組成相應的回路。分橋時電機其實就被看作具有多個相對運動的回路網絡.定轉子繞組按其實際回路列寫電壓和磁鏈方程。在處理發電機定子繞組內部故障時,多回路理論可以考慮繞組內部故障時影響較大的因素(如故障空間位置和繞組型式等),從而可以較為準確地獲得繞組故障后的內部電磁關系和繞組電流分布,多回路分析法在電機定于內部故障的穩態及瞬態過程分析中皆有較好的應用o
    德國學者T.S.Kuling等人在研究汽輪發電機內部和外部故障瞬態電流時提出的計算方法類似于多回路,只是各基本線圈的電感是通過電磁場數值計算得到的,計算量相當大。
    近10多年來,多回路分析法在異步電機轉子斷條故障、繞組非對稱分布的單相電容電動機、同步電動機帶整流負載、特殊勵磁的同步發電機系統以及變頻驅動系統的分析中也得到廣泛的應用。
    多回路分析法的關鍵是故障后回路參數的求取,有了精確的回路參數,理論上可以較為準確地計算定子繞組內部短路故障后的各電氣量。這些回路參數不是電機學中d,q軸(縱、橫軸)電抗,而是指把電機看作相互耦合的多個回路時各回路的自感和互感,它包含對應于漏磁場的漏電感和對應于氣隙主磁場的主電感。占主要部分的主電感的計算通常有兩種方法:磁路磁導法和磁場數值法。通過磁路磁導法得出的參數表示式多為級數形式,有的甚至是雙重或三重級數形式.參數的計算精度將取決于諧波次數的選取。
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