交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的故障建模仿真方法

摘要

本发明涉及交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的故障建模仿真方法，基于两相静止坐标系下交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的数学模型完成，具体方法包括：计算交流异步牵引电机定子绕组匝间短路时参数，并基于此通过建立的交流异步牵引电机定子绕组匝间短路故障状态方程计算交流异步牵引电机状态变量，进而计算当前时刻异步牵引电机输出电流、电磁转矩以及转速值，从而完成交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的故障建模仿真。本方法可实现离线仿真以及在线实时仿真系统中，交流异步牵引电机匝间短路故障的仿真。该方法中基于两相静止坐标系下交流异步牵引电机定子绕组匝间短路状态方程的建立，使得该方法易于计算机仿真实现。

主权项

交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的故障建模仿真方法，通过建立异步牵引电机定子绕组匝间短路故障模型进行异步牵引电机定子绕组匝间短路故障仿真，包括以下步骤：（1）确定并计算异步牵引电机定子短路绕组系数μ、参数σ、参数ζ、以及参数矩阵N： μ = sa 2 / ( sa 1 + sa 2 ) σ = L s L r - L m L m ζ = L ls + 2 3 μ L m - 2 3 μ L s N = L r σ + 2 3 μ 1 ζ 0 - L m σ 0 - 2 3 1 ζ 0 L r σ 0 - L m σ 0 - L m σ 0 L s σ 0 0 0 - L m σ 0 L s σ 0 1 ζ 0 0 0 - 1 μ 1 ζ 其中，sa2为交流异步牵引电机单相定子绕组短路绕组匝数，sa1为交流异步牵引电机单相定子绕组正常绕组匝数，Ls为交流异步牵引电机定子电感参数，Lr为交流异步牵引电机转子电感参数，Lm为交流异步牵引电机定转子互感参数，Lls为交流异步牵引电机定子漏感参数;（2）建立基于两相静止坐标系的交流异步牵引电机定子绕组匝间短路的状态方程，并进行求解，计算异步牵引电机状态变量ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ、ψsα2： p ψ sα ψ sβ ψ rα ψ rβ ψ sa 2 = - R s N 2 + 2 3 μ R s N 5 - R s N 1 - R r N 3 - ω r [ 00010 ] - R r N 4 + ω r [ 00100 ] - μ R s N 2 + ( μ R s + R f ) N 5 ψ sα ψ sβ ψ rα ψ rβ ψ sa 2 + u sα u sβ 0 0 0 其中，p为微分算子，ψsα为交流异步牵引电机定子磁链在两相静止坐标系α轴上的分量，ψsβ为交流异步牵引电机定子磁链在两相静止坐标系β轴上的分量，ψrα为交流异步牵引电机转子磁链在两相静止坐标系α轴上的分量，ψrβ为交流异步牵引电机转子磁链在两相静止坐标系β轴上的分量，ψsα2为交流异步牵引电机定子短路绕组磁链在两相静止坐标系α轴上的分量，Nn为参数矩阵N中的第n行，Rs为交流异步牵引电机定子电阻参数，Rr为交流异步牵引电机转子电阻参数，Rf为交流异步牵引电机定子绕组短路电阻，usα为交流异步牵引电机输入电压在两相静止坐标系α轴上的分量，usβ为交流异步牵引电机输入电压在两相静止坐标系β轴上的分量；（3）根据异步牵引电机状态变量值计算当前时刻交流异步牵引电机输出电流isα、isβ、irα、irβ，交流异步牵引电机定子绕组短路电流if，交流异步牵引电机输出电磁转矩Te以及转速值ωr； i sα i sβ i rα i rβ i f = L r σ + 2 3 μ 1 ζ 0 - L m σ 0 - 2 3 1 ζ 0 L r σ 0 - L m σ 0 - L m σ 0 L s σ 0 0 0 - L m σ 0 L s σ 0 1 ζ 0 0 0 - 1 μ 1 ζ ψ sα ψ sβ ψ rα ψ rβ ψ sa 2 T e = 3 2 n p L m ( i sβ i rα - i sα i rβ ) - n p μ L m i f i rα d ω r dt = n p J ( T e - T L ) 其中，isα为交流异步牵引电机定子电流在两相静止坐标系α轴上的分量，isβ为交流异步牵引电机定子电流在两相静止坐标系β轴上的分量，irα为交流异步牵引电机转子电流在两相静止坐标系α轴上的分量，irβ为交流异步牵引电机转子电流在两相静止坐标系β轴上的分量，np为交流异步牵引电机极对数参数，J为交流异步牵引电机转动惯量参数，TL为交流异步牵引电机负载转矩参数;（4）将（3）所得计算数值输出至后续处理设备。