2.3 本书主要研究内容

为了获取端部绕组的疲劳破坏和振动磨损特性，本书主要对定子绕组电磁力及机械响应进行理论分析、仿真计算和实验验证，研究思路如图1.2-2所示。主要在以下3个方面开展研究工作。

1.绕组电磁力理论分析

推导各运行状态下的气隙磁动势和单位面积磁导，进而得到气隙磁密变化特性；根据电磁感应定律分析定子绕组在不同运行状态下的电流公式，并基于安培力公式建立发电机定子绕组所受电磁力的解析表达式。

2.绕组电磁力仿真计算

在ANSYS Workbenchs平台的Maxwell电磁分析模块针对不同运行状态建立发电机的三维有限元仿真模型，对气隙磁密和定子绕组电磁力进行瞬态有限元仿真计算，获取各状态下的气隙磁密变化数据、各定子线圈的电磁力激励数据。

将瞬态电磁力密度导入至ANSYS Workbench平台中的Structual结构分析模块，进行电磁—结构耦合计算；研究端部绕组渐开线上不同位置的最大应力和位移特性，并分析故障对各部位应力和位移的影响，得到绕组疲劳破坏和振动磨损的分布规律；获取各状态下端部绕组的振动响应数据，并通过傅里叶变换得到其频率成分组成及幅值变化特性。

3.端部绕组振动响应实验验证

在故障模拟发电机上对定子端部绕组在径向、切向和轴向的振动加速度数据进行测试，对比分析不同故障对端部绕组振动频率组成成分和幅值的影响，并通过对比验证理论分析和仿真结果的正确性。

在整体架构上，本书第1篇简单介绍发电机结构及常见机电故障，概述绕组力学特性仿真软件及建模分析步骤。第2篇主要针对一对极的QFSN-600-2YHG汽轮发电机和三对极的MJF-30-6故障模拟机，在正常运行、气隙静偏心、转子绕组匝间短路以及气隙静偏心与转子绕组匝间短路复合故障下，对发电机定子端部绕组的电磁力和机械响应进行理论分析、仿真计算和实验验证。第3篇主要以华北电力大学双馈风力发电实验台中的双馈发电机为研究对象，对其在正常工况、气隙静偏心故障工况和气隙动偏心故障工况下定子绕组电磁力特性以及力学响应特性进行研究。