Erkennung von Wicklungsfehlern an der doppelt gespeisten Asynchronmaschine mittels transienter Erregung

Abstract

Das plötzliche Auftreten von Fehlern in elektrischen Maschinen kann zu erheblichen Schäden und enormen Kosten führen. Fehler in doppelt gespeisten Asynchronmaschinen im Speziellen können durch ihren Einsatzort als Generator in einem Windkraftwerk noch kostenintensiver werden. Aber auch in anderen Systemen angewandt, können Ausfälle zu hohen Kosten und sicherheitstechnischen Problemen führen. Es ist daher von Interesse, dass Fehler so früh wie möglich erkannt werden und die Anlagen oder Anlagenteile wenn Nötig außer Betrieb genommen werden können. Die häufigsten Fehler bei Asynchronmaschinen sind Windungsfehler und Exzentrizitätsfehler. Es gibt mehrere Methoden diese Fehler zu detektieren. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, sind Verfahren ohne zusätzlich benötigten Sensoren vorzuziehen. In dieser Diplomarbeit geht es darum, zu zeigen wie Statorwindungsfehler und Rotorwindungsfehler in einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine mittels transienter Anregung aus dem Rotorkreis detektiert werden können. Hier im speziellen, werden keine zusätzlichen Sensoren zu den bereits vorhandenen Strom- und Spannungsmessungen im Rotor und Stator benötigt. Es werden einzelne Fehler in den Windungen des Stators und des Rotors eingebaut und detektiert. Dabei wird untersucht, wie groß ein Fehler zumindest sein muss, um ihn mit der vorgestellten Methode noch detektieren zu können. Schließlich soll noch darauf eingegangen werden, wie sich weitere Parameter, wie die Belastung der Maschine, der Leistungsfluss oder die Drehzahl auf die Detektierbarkeit des Fehlers auswirken.

The sudden occurrence of faults in electrical machines can cause substantial damages and enormous costs. Due to their site of operation in wind power plants, faults in double fed induction machines particularly can be even more cost-intensive. But also in other systems a breakdown can lead to high costs and safety problems. So, it is a matter of interest to detect faults as soon as possible and shut down the plant or parts of it if necessary. The most common faults in induction machines are bearing faults and winding faults. There are several ways of detecting faults. To increase reliability, methods which do not need additional sensors have to be preferred. In this thesis it will be shown how stator winding faults and rotor winding faults of a double fed induction machine can be detected by transient excitation. In this, no sensors in addition to the already existing current and voltage sensors are needed. Single faults are implemented to the windings of the stator and rotor and detected. Differently sever faults are simulated to find out detection limit. Also the impact of several machine parameters as the load, the active/reactive power or the rotational speed is are analyzed.