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定子匝间短路的永磁同步电机建模与仿真

新疆大学电气工程学院国网浙江云和县供电公司汪洋

新疆大学电气工程学院何山

新疆大学电气工程学院国网新疆电力公司昌吉供电公司郝林钊

新疆大学电气工程学院江川祁希朱文婷

基于多回路理论，建立了定子绕组匝间短路故障下的永磁同步

发电机在三相静止坐标系下的数学模型，并通过坐标变换得到其在

同步旋转坐标系下的简化故障模型，并利MATLAB/Simulink平台进

行仿真建模，进而，基于例程验证该模型的正确性，为永磁风力发

电机组匝间短路故障诊断提供一定的依据。

1.前言

永磁同步发电机（PermanentMagnetSynchronousGenerator

PMSG）故障大致可分为三类：机械故障、电气故障和永磁体故

障（张莉，双定子无铁心轴向永磁容错电机的研究：东南大学，

2016）。其中电气故障又分为绕组短路故障、绕组开路故障和绕组图1永磁同步电机物理模型

不对称故障三类，其中绕组短路故障又细分为匝间短路故障、相间2.1故障时自然坐标系下PMSM数学模型

短路故障和三相短路故障（杨文超，永磁同步电机匝间短路故障在初期定子绕组短路通常是绕组绝缘受损而发生在同槽内的上层

线诊断研究：湖南大学，2016）。定子匝间短路故障是PMSG电气与下层线棒之间的局部匝间短路，属于同相相同或不同分支之间的

故障中发生概率最高的故障（曾德军，永磁直驱风力发电机继电保短路，多处同时发生短路的概率极小，而在本文中为与MATLAB中

护研究：新疆大学，2016）。自带的PMSM模块相匹配，以定子绕组同相并联数为1为例子，如

随着早期的PMSG长时间投入运行，受电磁脉冲、机械应力、图2所示，即为A相发生匝间短路故障。

温度异常等影响，定子绕组有可能出现绝缘失效而产生局部匝间短

路，长期（几百小时）“病态”运行会导致电机发生严重的相间、

相地短路，最终严重影响电网的安全运行。随着早期风机的长期投

入使用而引起故障概率的急剧增加和对近年来大容量或海上永磁风

电机组的大力发展的防患未然，研究PMSG定子匝间短路故障的特

征具有重要的应用价值。

2.PMSM正常和匝间短路下的数学模型

图1所示是一台表贴式永磁电机物理结构示意图，发电机定子

120°

有A、B、C三相绕组，三者轴线高度对称，夹角为，转子表面

贴有永磁体，d轴为永磁体磁链方向，超前d轴90°的方向为q轴，θ图2A相匝间短路故障示意图

e

为永磁体偏离A相绕组轴线的电角度，即转子位置角。以输入电流由图2可知A相增加一条故障附加回路（郝亮亮，孙宇光，邱

为正，在定子三相对称的静止绕组A、B、C中通以三相平衡的正弦阿瑞，等.同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿

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电流、、，所产生的合成磁动势是旋转磁动势，以同步转速真：电力系统自动化，2010），由多回路理论（高景德，王祥珩，

ABC

旋转。