多相星形无刷励磁机作为大容量核电机组的重要组成部分,能够为发电机提供高品质的励磁电流。励磁绕组匝间短路故障是励磁机的常见故障,实现对该故障的在线监测对保障核电机组的安全稳定运行具有重要意义。针对多相星形无刷励磁机转枢式的结构,可以通过定子励磁电流的谐波特征实现故障的有效监测。本文针对核电多相星形无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障展开了数学建模、仿真分析、故障特征机理分析以及故障在线监测装置等一系列研究工作。首先,建立了多相星形无刷励磁机正常运行和励磁绕组短路故障情况下的数学模型,包括励磁绕组、旋转电枢绕组、直流负载的电压方程和磁链方程。考虑电机定、转子绕组的实际连接情况,以单个线圈为基本单元建立了多相星形无刷励磁系统的数学模型,最终迭代求解,为研究故障特征提供了理论依据。其次,对多相星形无刷励磁机进行了正常运行、励磁绕组短路故障下的理论分析和仿真验证。以一般3n相P对极的无刷励磁机为分析对象,从故障前后励磁磁动势的变化入手,分析励磁磁动势通过气隙在电枢绕组上感应出的电枢电流,进而根据电枢电流以及电枢反应磁场的变化得出了电枢反应磁场的存在条件,并最终得到了故障前后励磁电流谐波特征。采用Ansys Maxwell仿真分析软件对多相星形无刷励磁机进行仿真分析。仿真结果与理论分析表明:正常运行时,定子励磁电流除直流分量外主要包含6倍次谐波;当发生励磁绕组匝间短路故障时,不同电枢绕组形式下,定子侧励磁电流会出现不同的谐波特征。多相星形电枢绕组的组合模式复杂多样,为探究定子绕组形式对多相星形无刷励磁机发生励磁绕组匝间短路故障时励磁电流谐波特征的影响,本文分别从每相n分支绕组的相对空间位置、三相绕组的相对空间位置两方面对星形无刷励磁机的电枢绕组形式进行讨论,并给出了相应绕组形式下的星形励磁机故障谐波特征的统一分析方法。以两种电枢绕组形式的多相无刷励磁机为例,建立了相应的仿真模型,验证了理论分析的正确性。最后,根据仿真计算、理论分析所得到的励磁机定子励磁电流的独有谐波特征,提出了多相星形无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障的监测原理以及其定值整定方法,为故障的在线监测奠定了理论基础。