1. 引言
2. 定子绕组短路时端电压约束条件
3. 双笼转子三相感应电动机数学模型
4. 仿真分析
5. 结论
6. 参考文献
1. 引言
定子绕组短路故障是三相感应电动机的典型故障情形之一，但其发生几率比缺相故障要低。根据电力系统的研究报告，单相短路在所有类型的短路中占比最大，达到65%至70%，而三相短路的发生率最低。电机绕组中的绝缘材料损坏或老化可能引发定子绕组短路，电机绝缘的最常见故障是由于相与地之间或相与定子本体之间的初始故障所引起，超过一定时间,这种故障就变成一相对地故障.，故障可以出现在绕组对地的任何地方, 也可能发生在定子三相绕组的任何部分。
三相感应电动机定子绕组的短路故障是一种非常严重的故障，对其进行深入的研究具有重要意义。首先，通过研究可以揭示三相感应电动机在单相故障下的具体行为，为工业应用提供更灵活、经济的故障处理方案，从而提高工业设备的运行效率并减少因故障导致的生产中断。其次，对绕组短路故障的研究有助于优化电机设计和保护措施，提升电机的安全性和可靠性。此外，研究还能够帮助制定有效的短路保护策略，如使用自动开关和熔断器来迅速切断电源，防止更大的设备损坏。总之，三相感应电动机的绕组短路故障对电机本体和整个电力系统的稳定运行有较大影响，深入研究这一问题对于保障电力系统的安全和高效运行具有重要的实际应用价值。
本文的研究目标是：对定子绕组Y接法的双笼转子三相感应电动机定子绕组单相短路的故障运行过程进行仿真分析。为此，首先导出故障时的定子端电压约束条件，然后根据前文已经建立的双笼转子三相感应电动机的数学模型，建立起考虑故障情况的仿真模型，通过实例进行仿真计算和分析，得出有价值的结论。
2. 定子绕组短路时端电压约束条件
2.1 定子绕组单相短路
根据定子绕组单相短接（设A相短路）接线图1写出其端点方程，然后将其带入静止dq坐标系下的坐标变换关系式中，整理后便可得到定子绕组端电压约束条件：
图1. 定子绕组单相短路（A相短路）
（1）
特别提醒：所应用的坐标变换关系式只满足磁动势平衡，不满足功率不变原则。
3. 双笼转子三相感应电动机数学模型
任意速dq坐标系下的dq轴等效电路分别如图2和图3所示。
图2. 任意速dq坐标系下的d轴等效电路
图3. 任意速dq坐标系下的q轴等效电路
电磁转矩方程为
（2）
机械运动方程为
（3）
4. 仿真分析
仿真用的电机参数：
一台三相4极、3kw、415V、50Hz、双笼型三相感应电动机，定子绕组Y接法，参数为Rs=1.86Ω，Lls=12.83mH，Lr12=7.96e-3H，Rr1=4.1Ω，Rr2=1.53Ω，Lrl1=8.24mH，Lrl2=13.65mH，Lmn=0.3472H。电动机和负载转矩的总转动惯量J=0.06kg﹒m2，摩擦系数Bm=0.0006，额定负载转矩TL=20.175.N.m.。转子侧的参数均已折算到定子，不考虑主磁路的饱和效应。
根据上述方程式（1）~（3）和图2图3（令=0并补充零轴等效电路），用matlab/simulink建立三相双笼感应电动机定子绕组单相短路在静止dq0坐标系下的仿真模型。用这个仿真模型对电动机带0.5倍额定恒转矩负载在稳定运行时突然发生单相短路（t=1.2s）的仿真结果，图4~图6所示。
图4. 定子三相电压波形
图5. 定子三相电流波形
图6. 电磁转矩和转速波形
从图6的电磁转矩和转速波形看，在t=1.2s时发生的单相突然短路似乎对转矩和转速的波形没有任何影响，这说明即使发生了这种单相短路故障，但电动机仍然在非常接近于平衡对称运行状态，从图5的定子三相电流波形上看，发生故障后，定子三相电流的幅值近似相等（A相电流幅值约为58.4A，B相电流幅值约为62.8A，C相电流幅值约为65.6A）。从图4可见，发生故障后，定子三相电压不平衡，A相电压为零，B相电压幅值约为587v，C相电压幅值约为587v。正常稳定运行时的定子电流幅值约为4.2A，故障后的定子三相电流是正常运行时的10几倍，所以，这种单相短路是一种严重故障。
5. 结论
本文首先导出定子绕组单相短路时的定子端电压约束条件，然后根据前文已经建立的双笼转子三相感应电动机的数学模型，建立起考虑故障情况的仿真模型，通过实例对定子绕组Y接法的双笼转子三相感应电动机定子绕组单相短路的故障运行过程进行仿真分析。仿真结果表明这种单相短路是一种严重的故障。
