计及动偏心与负载变化的外转子永磁发电机绕组绝缘振动分析

蒋宏春; 端木文杰; 吴学伟; 孙凯; 陈慧才; 何玉灵; 朱涛

电力科学与工程 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (9) : 39 -49.

蒋宏春, 端木文杰, 吴学伟, 孙凯, 陈慧才, 何玉灵, 朱涛

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摘要

针对外转子永磁发电机动偏心故障下定子绕组绝缘振动特性不明的现象，采用理论分析、有限元仿真与实验验证相结合的方法，研究了动偏心程度与不同负载条件下气隙磁密、电磁力及绕组绝缘结构响应的演变规律。首先，理论推导了动偏心故障下气隙磁密的谐波成分及绕组端部电磁力表达式；然后，建立有限元仿真模型，通过磁固耦合计算获得了不同偏心程度与负载工况下绕组绝缘的变形与应力分布；最后，搭建外转子永磁发电机故障模拟实验平台进行验证。结果表明：动偏心通过加剧气隙不均匀性和磁密波动，使绕组端部电磁力随偏心程度增大；负载增大时，虽然电枢反应使气隙合成磁密降低，但绕组电流的增强作用占主导，因而端部电磁力以及绝缘振动、变形和应力响应整体增强。绕组端部径向振动以二倍频分量占主导，其幅值随偏心程度及负载正相关；定子绕组绝缘最大变形位于鼻端，最大应力位于渐开线与直线段连接处。研究结果为外转子永磁发电机绕组绝缘状态在线监测与结构优化设计提供了参考。