发电机偏心下定子-绕组系统力学特性研究

doi:10.3969/j.issn.1000-1565.2026.05.003

河北大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (5): 475-485.DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2026.05.003

发电机偏心下定子-绕组系统力学特性研究

何玉灵,张玉松,徐明星,代德瑞,张文

收稿日期:2025-01-02 出版日期:2026-09-25 发布日期:2026-09-15
通讯作者: 国家自然科学基金项目(52577051);中央高校基本科研业务费专项基金项目(2023MS128);河北省第三批青年拔尖人才支持计划(［2018］-27);河北省高层次人才项目(B20231006);河北省教育厅科学研究项目(QN2025002);保定市科技计划基础研究专项基金项目(2472P017)
作者简介:何玉灵(1984—),男,华北电力大学教授,博士生导师,主要从事电机系统故障诊断与状态监测方向研究. E-mail: heyuling1@163.com

Study of stator-winding system mechanical characteristics under eccentricity of generator

HE Yuling, ZHANG Yusong, XU Mingxing, DAI Derui, ZHANG Wen

Hebei Engineering Research Center for Advanced Manufacturing & Intelligent Operation and Maintenance of Electric Power Machinery, Department of Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China

Received:2025-01-02 Online:2026-09-25 Published:2026-09-15

摘要/Abstract

摘要： 针对同步发电机偏心状态下端部绕组的耦合振动问题,研究了径向偏心故障下定子-绕组系统一、二次强迫振动的力学特性. 首先,推导偏心前后端部绕组电磁力和铁芯磁拉力的理论公式,得出端部绕组耦合激励表达式;然后,构建发电机三维仿真模型,进行机-电-磁多场耦合计算,得出定子铁芯与端部绕组的力学响应特性; 最后,利用实验机组进行验证.实验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致.结果表明:定子-绕组系统激励及其一、二次强迫振动均呈耦合加成关系; 端部绕组耦合激励/振动主要包括直流分量和二倍频分量,且各分量幅值大于仅受单一激励时的幅值; 偏心不会引入新的谐波分量,但各分量幅值会随偏心程度增加而增大.

关键词: 发电机, 偏心, 定子-绕组系统, 力学特性

中图分类号:

TM311

何玉灵, 张玉松, 徐明星, 代德瑞, 张文. 发电机偏心下定子-绕组系统力学特性研究[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2026, 46(5): 475-485.

HE Yuling, ZHANG Yusong, XU Mingxing, DAI Derui, ZHANG Wen. Study of stator-winding system mechanical characteristics under eccentricity of generator[J]. Journal of Hebei University(Natural Science Edition), 2026, 46(5): 475-485.

参考文献

[1] 何玉灵,徐明星,张文,等.气隙静偏心故障对永磁风力发电机定子绕组振动的影响[J].中国工程机械学报, 2024, 22(1): 83-88. DOI:10.15999/j.cnki.311926.2024.01.022.
[2] 刘玉鑫,武文博,张雄,等.基于HHO-CNN的轴承故障诊断方法研究[J].河北大学学报(自然科学版), 2023, 43(6): 571-583. DOI:10.3969/j.issn.1000-1565.2023.06.002.
[3] 邓飞跃,王红力,高瑞洋,等.轮轨激励条件下轴箱轴承内圈故障振动特性分析[J].河北大学学报(自然科学版), 2023, 43(6): 561-570. DOI:10.3969/j.issn.1000-1565.2023.06.001.
[4] 陈奕虹.发电机定子绕组端部局部放电特性分析及模式识别[D].武汉: 华中科技大学, 2023.
[5] Xu M X, He Y L, Zhang W, et al. Impact of 2D and 3D rotor eccentricity on end winding mechanics behavior in synchronous generators[J]. J Electr Eng Technol, 2025, 20(1): 605-619. DOI:10.1007/s42835-024-01997-3.
[6] Xu M X, He Y L, Zhang W, et al. Comprehensive investigation of winding mechanical properties in generators under RISC: impact of position, degree, and eccentricity[J]. IEEJ Trans Elec Engng, 2024, 19(11): 1842-1857. DOI:10.1002/tee.24143.
[7] 王頲,王惠,赵洋,等.大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模及振动特性分析[J].振动与冲击, 2023, 42(7): 143-153. DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2023.07.017.
[8] 赵洋,严波,曾冲,等.大型汽轮发电机定子端部电磁力作用动态响应分析[J].电工技术学报, 2016, 31(5): 199-206. DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2016.05.025.
[9] 万书亭,姚肖方,豆龙江.发电机定子绕组端部电磁力特性与鼻端扭矩计算[J].振动、测试与诊断, 2014, 34(5): 920-925. DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2014.05.027.
[10] 万书亭,姚肖方,朱建斌,等.发电机定子绕组端部径向和切向电磁力分析[J].振动、测试与诊断, 2013, 33(3): 488-493. DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2013.03.028.
[11] Han J C, Dong J C, Wang Y, et al. Coupled electromagnetic-fluid-thermal analysis for end zone with electric screen in large water-hydrogen-hydrogen cooled turbine generator under different end winding extensions[J]. IEEE Trans Energy Convers, 2021, 36(4): 2703-2713. DOI:10.1109/TEC.2021.3061683.
[12] Patel M R, Butler J M. End-winding vibrations in large synchronous generators[J]. IEEE Trans Power Apparatus Syst, 1983, PAS-102(5): 1371-1377. DOI:10.1109/TPAS.1983.318088.
[13] 姜耸,李威,盛连超,等.采煤机永磁传动系统电机定子振动特性研究[J].振动、测试与诊断, 2023, 43(6): 1058-1066. DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.06.002.
[14] 庞彬,周紫烨,齐晓帆,等.双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析[J].河北大学学报(自然科学版), 2024, 44(1): 9-16. DOI:10.3969/j.issn.1000-1565.2024.01.002.
[15] 何玉灵,孙凯,孙悦欣,等.气隙轴向静偏心对发电机定子-绕组受载及振动的影响[J].振动工程学报, 2022, 35(3): 745-759. DOI:10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.03.025.
[16] 吕亚军,程思为,王东,等.表贴式永磁电机在电枢磁场作用下的定子受力计算模型[J].电工技术学报, 2019, 34(15): 3124-3135. DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.180749.

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[1]	杨三强,李成旺,刘琦,高毅松,刘娜. 钢箱梁桥斜交梁段栓接处动力学特性与仿真分析[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2026, 46(4): 359-366.
[2]	绳晓玲,苑素玲,韩旭超,万书亭. 双馈发电机气隙偏心故障下绕组力学响应特性[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2025, 45(6): 561-569.
[3]	白望望,张中丹,张耀忠,赵伟阳,付媛. 基于转子暂态电流的双馈风电机组转子电压动态补偿控制[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2025, 45(1): 20-33.
[4]	何玉灵,付滋翔,代德瑞,白洪华,黄伟灵. 轴向气隙非对称故障对发电机电磁转矩特性的影响[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2025, 45(1): 1-9.
[5]	庞彬,周紫烨,齐晓帆,郑涵升. 双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2024, 44(1): 9-16.
[6]	肖立春,李强,丁志江,肖林,朱斌. 煤气脱水技术综述[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2007, 27(4): 444-448.