双馈异步发电机定子匝间短路对并联支路环流特性的影响 被引量：1

1

作者 何玉灵 刘翔奥 +5 位作者 代德瑞 徐明星 张文 赵路佳 万书亭 李俊卿 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期74-81,共8页

分析了双馈异步发电机定子匝间短路故障前后的定子绕组并联支路环流特性。首先对正常情况和匝间短路情况下气隙磁通密度表达式进行了推导,得到了并联支路环流的解析表达式;然后建立了故障前后的二维有限元计算模型并对并联支路环流进行... 分析了双馈异步发电机定子匝间短路故障前后的定子绕组并联支路环流特性。首先对正常情况和匝间短路情况下气隙磁通密度表达式进行了推导,得到了并联支路环流的解析表达式;然后建立了故障前后的二维有限元计算模型并对并联支路环流进行求解计算;最后在故障模拟发电机组上完成了实验验证,所得实验结果与理论推导及有限元仿真结果基本吻合。结果表明:正常情况下发电机定子绕组无并联支路环流,而单条支路短路故障发生后并联支路内出现环流,其频率成分为f、f_(u)、(1+(n±x)(1-s))f,并且随着故障程度的加剧各并联支路环流频率成分幅值将会增加;两条并联支路发生相同程度短路故障后无并联支路环流。 展开更多

关键词 双馈异步发电机 定子匝间短路 有限元分析 并联支路环流 故障特征。

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永磁发电机动偏心故障下关键部件振动特性

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作者 何玉灵 代德瑞 +4 位作者 徐明星 张文 万书亭 唐贵基 慈铁军 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第3期535-542,623,624,共10页

针对永磁同步发电机气隙动偏心故障下关键部件振动特性研究不足的问题,提出便捷经济的发电机动偏心实验模拟方案,分析发电机定子、定子绕组与转子在动偏心故障前后的振动特性。首先,通过建立理论解析模型,揭示动偏心对定子单位面积磁拉... 针对永磁同步发电机气隙动偏心故障下关键部件振动特性研究不足的问题,提出便捷经济的发电机动偏心实验模拟方案,分析发电机定子、定子绕组与转子在动偏心故障前后的振动特性。首先,通过建立理论解析模型,揭示动偏心对定子单位面积磁拉力、绕组电磁力与转子不平衡磁拉力及相关部件振动特性的影响机理;其次,构建有限元模型并进行电磁与谐响应分析,阐明定子、绕组及转子的激振力与振动响应特性;然后,搭建基于轴承内圈更换的动偏心实验模拟装置并进行关键部件的振动测试,实现不同偏心程度下的实验验证;最后,对理论、仿真与实验结果进行对比验证,三者结论一致。结果表明:正常情况下定子单位面积磁拉力与绕组电磁力频率成分主要为直流与二倍频,定子及端部绕组的振动频率成分主要为二倍频,转子因无不平衡磁拉力激励故无振动;但动偏心故障下定子单位面积磁拉力与绕组电磁力及二者的振动响应会产生原频率加减转子转频的边带频率成分,而转子受到方向不断变化的不平衡磁拉力,产生频率为转频的振动,且关键部件的受力及振动幅值随着偏心程度的增大而增大。 展开更多

关键词 永磁同步发电机 动偏心 关键部件 振动特性 频率成分

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考虑静偏心时永磁发电机局部失磁下定子振动特性

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作者 何玉灵 邢云 +5 位作者 付滋翔 代德瑞 徐明星 周福成 万书亭 李俊卿 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期106-116,共11页

通过理论推导、有限元计算和实验验证,分析了永磁同步发电机气隙静偏心故障、局部失磁故障以及复合故障前后的定子振动特性。与以往研究不同的是,提出了一种新的发电机局部失磁模型,并综合考虑了气隙静偏心的影响。首先通过分析各工况... 通过理论推导、有限元计算和实验验证,分析了永磁同步发电机气隙静偏心故障、局部失磁故障以及复合故障前后的定子振动特性。与以往研究不同的是,提出了一种新的发电机局部失磁模型,并综合考虑了气隙静偏心的影响。首先通过分析各工况下的气隙磁密,推导出定子所受单位面积磁拉力的表达式,然后在一台四对极永磁同步发电机上进行有限元仿真计算和实验验证,理论、仿真与实验结果基本吻合。结果表明,正常情况下定子振动只有偶数倍频成分,静偏心故障不会引入新频率成分,但会增大定子振动各频率幅值。发生局部失磁故障时,出现新的分数倍频成分(f/4、f/2、3f/4……),原有的偶数倍频幅值基本不变。复合故障下也出现分数倍频成分,且失磁程度一致时,偶数倍频幅值随着偏心故障的加剧而增大,分数倍频幅值基本不变。偏心程度一定时,随着局部失磁故障的加剧,偶数倍频幅值基本不变,分数倍频幅值增大。 展开更多

关键词 永磁同步发电机 气隙静偏心 局部失磁 定子振动 有限元计算

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小体积电缆管道打磨机器人控制系统设计

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作者 何玉灵 薛瑞 +4 位作者 代德瑞 庞子旺 孔凡坊 张翼 占鹭林 《现代电子技术》 北大核心 2025年第8期93-99,共7页

地下电缆已成为城市电网的重要组成部分,但目前施工过程中电缆易因管道错位问题而被划伤,亟需设计一款电缆管道边缘打磨机器人,提前排除电缆划伤隐患,其中机器人的软硬件控制系统是设计的重中之重。在此背景下,开发了一个基于STM32的硬... 地下电缆已成为城市电网的重要组成部分,但目前施工过程中电缆易因管道错位问题而被划伤,亟需设计一款电缆管道边缘打磨机器人,提前排除电缆划伤隐患,其中机器人的软硬件控制系统是设计的重中之重。在此背景下,开发了一个基于STM32的硬件电路、软件控制系统的上位机操作界面。使用EDA软件设计系统部分硬件电路,包括最小系统板、降压电路、CAN通信电路和电机驱动电路;在Keil5软件中,应用串级PID控制算法设计了各模块的软件控制程序;基于C#语言,使用Visual Studio软件设计了上位机人机交互界面。经过样机制作与实验验证,证明了该机器人整体功能完善,能够通过上位机界面实现图像传输、机器人行进以及管壁打磨等功能,完全能够满足小体积电缆管道打磨机器人的作业要求。 展开更多

关键词 电缆管道 打磨机器人 控制系统设计 硬件电路 STM32 串级PID CAN

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轴向气隙非对称故障对发电机电磁转矩特性的影响

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作者 何玉灵 付滋翔 +2 位作者 代德瑞 白洪华 黄伟灵 《河北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期1-9,共9页

气隙偏心是发电机中常见的一种机械故障,气隙偏心下不同运行参数将对发电机的电磁特性造成影响.已有研究主要关注轴向气隙均匀偏心对电磁转矩波动的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心(倾斜偏心)所造成的影响.作为补充,该文全面分析了倾... 气隙偏心是发电机中常见的一种机械故障,气隙偏心下不同运行参数将对发电机的电磁特性造成影响.已有研究主要关注轴向气隙均匀偏心对电磁转矩波动的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心(倾斜偏心)所造成的影响.作为补充,该文全面分析了倾斜偏心下关键运行参数差异对发电机电磁转矩波动特性的影响.其中,关键运行参数主要包括倾斜偏心程度及发电机负载差异.整体工作以一台5 kVA的故障模拟发电机为研究对象,通过实验验证了理论分析和有限元分析得到的结果.结果表明:倾斜偏心会为电磁转矩带来额外的二倍频成分,且随着倾斜偏心角度的增大,电磁转矩的直流分量和二倍频成分都增大;随着负载的增加,发电机电磁转矩波动程度加剧,且直流分量和二倍频成分也将增大. 展开更多

关键词 发电机 负载差异 气隙非对称 电磁转矩

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气隙静偏心故障对永磁风力发电机定子绕组振动的影响 被引量：5

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作者 何玉灵 徐明星 +3 位作者 张文 郑文杰 代德瑞 邢云 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第1期83-88,共6页

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,综合分析永磁风力发电机气隙静偏心故障前后定子端部绕组的振动特性。首先,推导正常情况和气隙静偏心故障下的气隙磁通密度,得到端部绕组的电磁力表达式;然后,基于电磁-结构耦合模型,... 端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,综合分析永磁风力发电机气隙静偏心故障前后定子端部绕组的振动特性。首先,推导正常情况和气隙静偏心故障下的气隙磁通密度,得到端部绕组的电磁力表达式;然后,基于电磁-结构耦合模型,得出绕组电磁力、应力应变等力学响应特性;最后,实测3 kW故障模拟发电机在正常和气隙静偏心故障情况下的定子绕组振动响应。实验结果与理论分析、有限元计算结果基本吻合。结果表明:气隙磁通密度随偏心程度的增加而增大(气隙减小处),随偏心故障加剧端部绕组电磁力/振动增大,绕组电磁力/振动以偶倍频为主。另外,直线段绕组和端部绕组的连接处为振动磨损危险位置。 展开更多

关键词 永磁风力发电机 气隙静偏心 电磁力 绕组振动

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汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

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作者 张文 何玉灵 +3 位作者 徐明星 代德瑞 王晓龙 李俊卿 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期13-24,共12页

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密... 本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。 展开更多

关键词 汽轮发电机 转子匝间短路 强励动作 损耗特性 定子 热响应

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倾斜偏心对同步发电机转子力学特性的影响

8

作者 何玉灵 徐明星 +3 位作者 代德瑞 郑文杰 李勇 唐贵基 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第3期88-94,共7页

气隙偏心是一种常见的发电机机械故障。已有研究主要关注正常和轴向气隙均匀偏心对转子受载和振动特性的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心,即转子倾斜偏心。作为补充,全面分析转子倾斜偏心状态下故障程度差异对同步发电机转子力学特性... 气隙偏心是一种常见的发电机机械故障。已有研究主要关注正常和轴向气隙均匀偏心对转子受载和振动特性的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心,即转子倾斜偏心。作为补充,全面分析转子倾斜偏心状态下故障程度差异对同步发电机转子力学特性的影响。其中,转子力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性和振动特性。以一台5kVA的两极故障模拟发电机为研究对象,分别进行理论分析、有限元仿真计算和实验验证。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力为零,转子振动频率以常规基频和定子传递的各偶次谐波为主。在转子发生倾斜偏心故障后,转子不平衡磁拉力/振动以二次谐波为主。随着偏心程度增加,转子不平衡磁拉力/振动的二次谐波幅值将增大。此外,转子不平衡磁拉力沿轴向非均匀分布,在气隙越小的位置不平衡磁拉力越大。 展开更多

关键词 振动与波 同步发电机 转子倾斜偏心 不平衡磁拉力 转子振动 力学特性

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永磁风力发电机热-机械载荷下绝缘层应力损伤研究

9

作者 何玉灵 代德瑞 +3 位作者 徐明星 张文 白怡凡 万书亭 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第6期810-815,共6页

以永磁风力发电机定子绕组绝缘层为研究对象,通过理论推导、仿真与实验验证得到绝缘层在热-机械载荷作用下的应力应变损伤规律。与以往绝缘损伤研究不同,本文针对热-机械联合载荷下的绕组绝缘不同部位应力损伤规律进行探究,并以5 kW永... 以永磁风力发电机定子绕组绝缘层为研究对象,通过理论推导、仿真与实验验证得到绝缘层在热-机械载荷作用下的应力应变损伤规律。与以往绝缘损伤研究不同,本文针对热-机械联合载荷下的绕组绝缘不同部位应力损伤规律进行探究,并以5 kW永磁风力发电机为分析对象,进行有限元计算与实验验证。研究结果表明:5 kW发电机绕组绝缘层在机械载荷作用下的应力应变幅值远小于热载荷,但应力分布比热载荷更集中,热-机械载荷联合作用下的应力分布结果与热载荷相似。单载荷与联合载荷作用下的绝缘失效危险位置均为2处,分别为关节处和鼻端内侧。 展开更多

关键词 永磁风力发电机 绕组绝缘层 热-机械载荷 应力应变

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考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响 被引量：1

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作者 徐明星 何玉灵 +3 位作者 张文 代德瑞 刘翔奥 唐贵基 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第14期112-121,共10页

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首... 端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。 展开更多

关键词 同步发电机 转子匝间短路 气隙偏心 电磁力 绕组振动

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同步发电机定子-绕组系统耦合振动特性

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作者 徐明星 何玉灵 +3 位作者 张文 代德瑞 付滋翔 万书亭 《电机与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期12-24,共13页

针对同步发电机定子-绕组系统耦合振动问题,重点研究了发电机定子-绕组系统的一、二次强迫耦合振动特性。首先建立了发电机铁心和绕组系统的力学解析模型,推导得到了定子铁心所受的磁拉力解析表达式、定子绕组所受的电磁力解析表达式,... 针对同步发电机定子-绕组系统耦合振动问题,重点研究了发电机定子-绕组系统的一、二次强迫耦合振动特性。首先建立了发电机铁心和绕组系统的力学解析模型,推导得到了定子铁心所受的磁拉力解析表达式、定子绕组所受的电磁力解析表达式,分析两种载荷各自的激励特性和相互间的耦合特性、定子铁心和定子绕组的振动响应特性。然后,在有限元仿真软件中建立了发电机三维全局模型并进行了机-电-磁多场耦合仿真计算,得到了铁心与绕组的载荷激励数据和力学响应数据。最后,利用YC-3型一、二次强迫振动耦合实验机组,对绕组所受到的一次强迫振动、二次强迫振动和一、二次强迫耦合振动特性进行验证。结果表明,发电机运行时定子-绕组系统激励及其一、二次强迫振动均为耦合加成关系,端部绕组耦合激励/耦合振动主要包括直流分量和二倍频成分,且直流分量和二倍频成分的幅值大于仅受单一激励下的幅值。 展开更多

关键词 同步发电机 定子-绕组系统 定子磁拉力 绕组电磁力 耦合振动

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考虑偏心的发电机绕组振动与绝缘损伤研究

12

作者 代德瑞 何玉灵 +4 位作者 张文 杨鹏 徐明星 唐贵基 宋立琴 《振动.测试与诊断》 2025年第4期650-657,839,共9页

针对振动作用下发电机绕组绝缘断裂损伤机理与偏心故障影响机制尚未明确的问题,提出考虑静态偏心故障的绕组绝缘损伤分析方法。首先,建立理论模型,对偏心前后的绕组电磁力与绝缘断裂情况进行解析;其次,构建有限元分析模型并进行电磁场分... 针对振动作用下发电机绕组绝缘断裂损伤机理与偏心故障影响机制尚未明确的问题,提出考虑静态偏心故障的绕组绝缘损伤分析方法。首先,建立理论模型,对偏心前后的绕组电磁力与绝缘断裂情况进行解析;其次,构建有限元分析模型并进行电磁场分析,验证偏心前后的电磁力分布、幅值及频率变化;然后,进行结构场仿真,揭示绝缘应力分布与裂纹扩展情况;最后,通过实验来验证理论模型与有限元分析结果。结果表明:在正常情况下,各绕组所受电磁力基本相同;发生偏心故障后,气隙减小(增大)处绕组电磁力增大(减小),且偏心不会改变端部绕组的电磁力及振动的频率,主要为二倍频;绕组关节处(尤其是正面)的应力与裂纹应力强度因子最大,最易产生张开型(Ⅰ型)裂纹扩展,且裂纹应力强度因子随着偏心程度的增大而增大。 展开更多

关键词 发电机 绕组绝缘 偏心 振动 裂纹

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