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发电机故障的交叉特性分析及机电联合故障诊断研究

武玉才  
【摘要】: 发电机的机电故障间存在交叉影响,传统的故障诊断方法对这种交叉特征分析不足,诊断的灵敏性和可靠性不高。本文深入研究了发电机电气故障引起的发电机振动特征和机械故障导致的发电机电气特征(即故障的交叉特征),确立了通过交叉信息判断故障的方法。本文的主要工作如下: (1)提出了通过轴电压检测发电机静偏心故障程度的方法。采用气隙磁导法分析了静偏心状态下的发电机气隙磁场特征,证明了畸变的磁通可以在发电机转轴两端感应轴电压。轴电压与发电机静偏心程度之间存在对应关系,轴电压特征分量可以有效表征发电机的静偏心故障程度。 (2)转子绕组匝间短路电气故障对发电机振动特性的影响研究。采用傅里叶分析方法得到了发电机励磁磁势数学表达式,研究了转子绕组匝间短路产生的不平衡电磁力随励磁电流和发电机运行状态的变化规律。针对通过转子振动信号基频分量幅值诊断转子绕组匝间短路故障灵敏度不高这一实际问题,研究了发电机转子在机电复合故障下的受力和振动规律,提出了同时利用转子振动信号基频分量的振幅和相角变化诊断转子绕组匝间短路故障的方法。为排除质量不平衡等机械故障对诊断转子绕组匝间短路故障的干扰,研究了定子铁心壳体在不平衡电磁力作用下的振动规律,理论分析和实验证实:通过定子铁心振动可以有效诊断转子绕组匝间短路故障。 (3)提出了利用发电机定子齿槽效应辅助诊断转子绕组匝间短路故障的方法。采用气隙磁导法计算发电机磁场时通常忽略定子齿槽效应,漏掉了发电机的故障信息。本文考虑定子齿槽效应建立了发电机气隙磁导模型,理论分析和实验证明了发生转子绕组匝间短路后轴电压中出现与齿槽数对应的轴电压特征谐波,该谐波可以反映转子绕组匝间短路故障。 (4)提出了利用发电机静偏心故障辅助诊断转子绕组匝间短路故障的方法。本文考虑发电机固有的偏心故障,采用气隙磁导法建立了转子绕组匝间短路故障下的发电机磁场模型,通过理论分析和实验证明了发生转子绕组匝间短路故障后,轴电压中出现故障特征分量,该分量可以有效表征转子绕组匝间短路故障。


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