Este trabalho traz uma análise detalhada dos efeitos de faltas entre espiras, sem envolvimento com Terra, no enrolamento de estator dos geradores síncronos de polos salientes eletricamente excitados conectados a inversores bidirecionais do tipo Neutral Point Clamped de três níveis. Adicionalmente, é proposto um algoritmo para detecção dessas faltas usando as medidas de correntes elétricas tipicamente adquiridas para fins de controle do gerador para evitar a necessidade de instalação de sensores adicionais. As faltas entre as espiras do estator causam mudanças específicas no conteúdo harmônico das correntes de linha e campo do gerador, as quais são filtradas e usadas para detecção da ocorrência das faltas. A mudança nas características da corrente do neutro do inversor de três níveis conectado ao gerador também é avaliada para detecção das faltas. Para detectar as componentes harmônicas selecionadas em diferentes velocidades, são usados filtros dinâmicos baseados nas transformadas / e de Fourier, que empregam a medida de posição do rotor para se adaptar às mudanças de frequências das componentes sob diferentes velocidades. Então, os lugares geométricos das componentes são propostos como parâmetro para distinguir entre condições saudáveis e defeituosas. Dados de simulação e experimentais são considerados para testar a sensibilidade, seletividade e tempo de detecção da técnica proposta para diferentes casos de faltas. A avaliação para um gerador de 4, 5 MW também é apresentada considerando simulações computacionais.

This work presents a detailed analysis of the effects of turn faults, without ground contact, on the stator winding of electrically excited salient pole synchronous generators connected to three-level Neutral Point Clamped bidirectional inverters. Moreover, an algorithm to detect these faults using measurements of electrical currents typically acquired for control purposes is proposed, in order to avoid the need to install additional sensors. Faults between stator turns cause specific changes in the harmonic content of the generator line and field currents, which are filtered and used for fault detection. The changes in the characteristics of the neutral current of the three-level inverter connected to the generator is also evaluated for fault detection. To detect selected harmonic components at different speeds, dynamic filters based on abc/dq and Fourier transforms are used, which employ the rotor position measurement to adapt to frequency changes of the components under different speeds. Then, the geometric loci are proposed as a parameter to distinguish between healthy and faulty conditions. Simulation and experimental dataare used to test the sensitivity, selectivity and detection time of the proposed technique for different fault cases. The evaluation for a 4.5 MW generator is also performed through computational simulations.