摘要：无刷发电机转子匝间短路故障发生频率高且难以榆测。以发电机定子绕组线圈为对象，分析了发电机转子绕组匝间短路时，定子绕组并联支路内的感应电动势特性，以及由此引起的转子绕组上的谐波特性。将励磁电流中的特征频率成分看成谐波源，研究了故障特征向励磁机侧传递的规律，得到了故障时励磁机励磁电流的谐波特征，从而提出了一种基于励磁机励磁电流的转子绕组短路故障的检测方法。运用故障模拟发电机组进行了动模试验，试验验证了理论分析的正确性和有效性。

    关键词：无刷发电机；转子绕组；匝间短路；故障检测

    中图分类号：tm 307+l文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)04-0063-05

    转子绕组匝间短路是发电机的常见故障，会出现发电机组振动超标、无功严重降低（励磁屯流超过额定要求）、转子温度高等异常运行工况，危及发电机组的安全运行。因此，有必要在故障初期给出预警或检修方案，以****程度地减小故障损失。目前，对于发电机转子绕组匝间短路故障的检测，有较多的文献报道。文献[1]分析了定子绕组内环流的谐波成分，认为定子绕组并联支路内，奇数次谐波环流的出现和增长是转子短路故障的特征，并试验验证了随着短路情况的严重，频率为30 hz的环流几乎成线性增长；文献[2]认为转子绕组短路故障引起定子绕组并联支路二次谐波环流的增加，且幅值随短路程度的增加而增加，但对于实际运行的发电机，并联支路的接头在发电机的机壳内，故障特征测试不方便；文献[3]将转子径向工频振动幅值作为转子匝间短路故障的特征量，但是需要对转子安装侵入式的振动传感器；文献[4]分析了转子匝间短路时励磁电流的谐波特征，但是对无刷发电机而言，发电机励磁电流不可测；文献[5]应用小波变化对探测线圈法进行改进，采用小波分析法对电势波形的一阶微分信号进行处理，通过发现信号畸（突）变点及小波变换幅值极大值处，从而判断匝间短路故障的存在及故障点的位置；但是，这种方法要求转子处于旋转状态，所以在转f安装前和半成品时不能采用，而日从调研的资料发现，国内绝大多数电现有及新设计的电机中，极少装有这种测量线圈，并且．安装这种线圈需要的停机时间也很长。上述研究的主要缺点是故障特征不可测或者需要安装侵入式的传感器，给生产厂家和用户都带来了不便。本文针对上述缺点，提出了一种新的转子绕组匝问短路故障识别方法，测试方便，无需安装侵入式传感器，适合在线监测的要求。

     本文将分析转子绕组发生匝间短路故障时，故障特征依次由定子绕组、励磁绕组、励磁机电枢绕组到励磁机励磁绕组的传递规律，得出故障情况下，励磁机励磁电流的故障特征规律，最后实测了故障模拟发电机组的试验数据：

    发电机正常运行时，励磁绕组产生的磁动势以转子工频旋转（以本文试验用故降模拟发电机为例，转速为1 500 r/min，极对数p=2），电棍绕组感应电流产生的旋转磁动势以相同的转速和方向旋转。当发电机转子绕组发生匝间短路时，按照文献的推导假设：短路后绕组对气隙主磁场的影响相当于反向直流电产生的去磁磁场叠加在正常运行时的气隙磁场上。反向直流电大小等于正常情况下的励磁电流大小，流过反向电流线圈的跨距和匝数等于被短路线圈的跨距和匝数。考虑到短路发生位置的任意性，这里的跨距和匝数可以取不超过2w和转子线圈匝数的任意值。将坐标原点选存短路线圈的中心线与气隙网周的交点i．时，对等效的去磁磁动势进行傅里叶级数分解，则各个极对数(h=l，2，3，4…)对应的磁动势谐波成分都存在。下文将按各极对数分情况讨论。

    试验电机定子绕组为三相单层绕组，同心式绕法，并联支路数为2。

当np=1时，三相绕组的并联分支内将产生25 hz的环流，且每相绕组环流的相位差为60度电角度；

当np=2时，三相绕组的并联分支内无环流，每相绕组感应