永磁同步电机匝间短路-退磁耦合故障分析

永磁同步电机匝间短路-退磁耦合故障分析
永磁同步电机匝间短路-退磁耦合故障分析

永磁同步电机的原理及结构

. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流,在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体,永磁体的磁极是固定的,根据磁极的同性相吸异性相斥的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转,最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等,所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中,电动机的转速是从零开始逐渐增大的,造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的,所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中,质的转矩,只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的,其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时,在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速,而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后,最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说,永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似,主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构,在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择,所以永磁同步电机通常会被分为三大类:内嵌式、面贴式以及插入式,如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的,影响其性能的因素有很多,但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言,各种结构都各有其各自的优点。

同步电动机经常出现的故障及原因分析通用版

解决方案编号:YTO-FS-PD944 同步电动机经常出现的故障及原因分 析通用版 The Problems, Defects, Requirements, Etc. That Have Been Reflected Or Can Be Expected, And A Solution Proposed T o Solve The Overall Problem Can Ensure The Rapid And Effective Implementation. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

同步电动机经常出现的故障及原因 分析通用版 使用提示:本解决方案文件可用于已经体现出的,或者可以预期的问题、不足、缺陷、需求等等,所提出的一个解决整体问题的方案(建议书、计划表),同时能够确保加以快速有效的执行。文件下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用。 经常发现的故障现象有: ①定子铁芯松动,运行中噪声大。 ②定子绕阻端部绑线崩断,绝缘蹭坏,连接处开焊,导线在槽口处端点断裂引起短路。 ③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。 ④转子线圈绝缘损伤,起动绕组笼条断裂。 ⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。 ⑥电刷滑环松动,风叶断裂等故障。 以上故障现象有的出现在同步电动机仅运行2—3年内,甚至半年内。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂,虽对制造工艺中的关键部位加强措施,但没有明显效果,故障现象仍然屡屡发生。 通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析,对电动机起动,投励运行中的各种典型状态波形摄

电机匝间短路与相间短路

电机匝间短路及相间短路问题解答 一、什么是电机匝间短路 就是同一个绕组是由很多圈(匝)线绕成的,如果绝缘不好的话,叠加在一起的线圈之间会短路,这样一来,相当于一部分线圈直接被短路掉不起作用了。匝间短路后,电机的绕组因为一部分被短路掉,磁场就和以前不同了,不对称了,而且剩余的线圈电流比以前大了,电机运行中会振动增大,电流增大,出力相对减小。 二、发生电机匝间短路,会有以下现象: 1)被短路的线圈中将流过很大的环流(常达正常电流的2---10倍),使线圈严重发热; 2)三相电流不平衡,电动机转矩降低; 3)产生杂音; 4)短路严重时,电动机不能带负载起动。 匝间短路在刚开始时,可能只有两根导线因交叠处绝缘磨坏而接触。 由于短路线匝内产生环流,使线圈迅速发热,进一步损坏邻近导线的绝缘,使短路的匝数不断增多、故障扩大。 短路匝数足够多时,会使熔断器烧断,甚至绕组烧焦冒烟。 当三相绕组有一相发生匝间短路时,相当于该相绕组匝数减少,定子三相电流就不平衡。不平衡的三相电流使电动机振动,同时发出不正常的声音。电动机平均转矩显著下降,拖动负载时就显得无力。

三、电动机绕组短路故障现象和原因是什么? 答:由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至,分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。 1.故障现象 离子的磁场分布不均,三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧,严重时电动机不能启动,而在短路线圈中产生很大的短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。 2.产生原因 电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用;嵌线时造成绝缘损坏;绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿;端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏;端部连接线绝缘损坏;过电压或遭雷击使绝缘击穿;转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏;金属异物落入电动机内部和油污过多。 相间短路的电机短路点会瞬间烧断融化,导致电机无法工作。 匝间短路的电机会电流不正常,稍后冒烟甚至起火,烧毁至电机无法工作。维修时一眼就能鉴别出来。 *异步电机与同步电机区别:

用于磁悬浮列车的长定子同步直线电动机电磁设计

用于磁悬浮列车的长定子同步直线电动机电磁设计 国外的交通研究报告指出,距离约为800km 的大城市之间的中远程运输,对于汽车和火车来说距离太远,对飞机又显得太近,从成本上来说很不经济。然而,这一距离对于磁悬浮列车来说却非常适合,磁悬浮列车以高达500km/h的运行速度可以填补汽车、火车与飞机之间的交通运输空挡,还能减轻汽车和飞机对环境的污染[ 1 ]。因此磁悬浮列车将成为现有交通运输系统的有力补充,并使工业国家存在的高速长途运输问题有望得以解决。 ?高速磁悬浮铁道运输有EMS与EDS两大系统。EMS(机车车辆侧驱动) 是一种吸引式电磁悬浮系统,EDS(轨道侧驱动) 是一种排斥式电动悬浮系统。德国磁悬浮列车的发展经历了从长定子同步直线电动机的EDS , 到短定子异步直线电动机的EMS , 再到长定子同步直线电动机的EMS的过程,并最终确定了长定子EMS 的发展路线。 ?德国高速磁悬浮列车以其无接触式电磁悬浮、驱动和导向系统为铁路交通开辟了新的前景。磁悬浮列车的速度高达500km/h , 尽管运行速度很高但能量消耗却不大,运行时没有摩擦损耗,舒适性好,对环境的影响很小[ 2 ]。另外其悬浮和导向系统环绕导轨(即车辆从外面包着路面),且悬浮、导向和制动功能被设计成既是冗余的又是各不相同的,因此运行时非常安全。 ?德国磁悬浮列车经过长达数10 年的发展,技术已趋于成熟,目前几个国家如德国、美国和中国等正考虑将长定子磁悬浮列车投入使用。在美国,拉斯维加斯已决定在该城与洛杉矶之间的交通线上使用德国的高速磁悬浮列车;德国针对磁悬浮列车在国内的应用,也展开了大规模的调查, 莱茵走廊/ 美茵—莱茵/ 鲁尔以及北德和南德地区均属考虑之列;中国上海正在建造磁悬浮铁路,使用德国高速磁悬浮列车TR -08 技术,力争成为世界上第一条实际应

同步电动机经常出现的故障及原因分析

同步电动机经常出现的故障及原因分析 经常发现的故障现象有:①定子铁芯松动,运行中噪声大。②定子绕阻端部绑线崩断,绝缘蹭坏,连接处开焊,导线在槽口处端点断裂引起短路。③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。④转子线圈绝缘损伤,起动绕组笼条断裂。⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。⑥电刷滑环松动,风叶断裂等故障。 以上故障现象有的出现在同步电动机仅运行2—3年内,甚至半年内。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂,虽对制造工艺中的关键部位加强措施,但没有明显效果,故障现象仍然屡屡发生。 通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析,对电动机起动,投励运行中的各种典型状态波形摄片,研究分析表明,同步电动机出现上述故障,不是制造问题,而是传统励磁技术存在缺陷。 2 传统励磁技术存在的缺陷 2.1 励磁装置起动回路及环节设计不合理 同步电动机励磁装置主回路中的主桥分为:全控桥式和半控桥式,下面分别以这两种方式分析。 ①半控桥式励磁装置:由三只大功率晶闸管和一只大功率二极管组成,如图1所示。电动机在起动过程中,存在滑差,在转子线圈内将感应-交变电势,其正半波通过ZQ形成回路,产生+if,其负半波则通过KQ,RF形成回路,产生-if,如图2所示,由于回路不对称,则形成的-if与+if也不对称,致使定子电流强烈脉动,波形如图3所示。使电动机因此而强烈振动,直到起动结束才消失。 ②全控桥工励磁装置:由6只大功率晶闸管组成,如图4所示。

在起动过程中,随着滑差减小,当转速达到50%以上时,励磁感应电流负半波通路时通时断,同样形成+if与-if电流不对称从而形成脉振转矩,造成电动机强烈振动。 ③投励时“转子位置角”不合理。无论是全控桥还是半控桥,电动机起动过程投励时,都产生 沉闷的冲击,这种冲击,同样会造成电机损害,这是“转子位置角”不合理所致。 以上所出现的脉振、投励时的冲击,并不一定一次性使电机损坏,但每次起动都会使电机产生疲劳,造成电机内部损害,积而久之,必然造成电机内部故障。 2.2 将GL型反时限继电器兼做失步保护 传流动磁装置将GL型继电器兼做失步保护,当电机失步时,它不能动作(如带风机类负载)或不及时动作(如带往复式压缩机类负载),使电动机或励磁装置损坏。 ①失励失步:是指同步电动机励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁,使同步电动机失去静态稳定,滑出同步,此时丢转不明显,负载基本不变,定子电流过流不大,电机无异常声音,GL型继电器往往拒动或动作时限加长,且失励失步值班人员-不易发现,待电动机冒烟时,已失步较长时间,已造成了电机或励磁装置损害。但不一定当场损坏电机,而是造成电机内部暗伤,经常出现电机冒烟后,停机检查又查不出毛病,电机还可以再投入运行。

发电机匝间短路故障诊断

目录 1 引言 (1) 1.1 研究目的与意义 (1) 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 (1) 1.3 发电机转子绕组匝间短路故障检测的研究现状 (2) 1.4 本文的内容和主要工作 (4) 2 汽轮发电机转子绕组匝间短路的理论分析 (6) 2.1 汽轮发电机的转子结构 (6) 2.2 转子绕组发生匝间短路的原因 (6) 2.3 匝间短路的磁场分析 (7) 2.3.1 发电机发生匝间短路的磁场分析 (9) 3 发电机转子绕组匝间短路故障的探测线圈法 (12) 3.1 探测线圈法的测试原理 (12) 3.2 探测线圈的结构及置放 (14) 3.2.1 诊断系统及其功能组成 (15) 3.2.2 基本参数 (16) 3.2.3 传感器安装和定位 (16) 3.3.3 故障判断 (16) 3.3 大亚湾核电站发电机组的探测线圈法实例分析 (17) 参考文献 (20)

1引言 1.1研究目的与意义 随着我国国民经济的快速发展,电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。人们的生活和生产水平迅速提高,使得电能需求量日益增长,进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。发电机是电能生产的重要设备,它为整个电力系统提供电能,是整个电网的心脏,因此如果发电机发生故障,可能会导致局部停电甚至整个系统崩溃。 发电机转子作为发电机的重要组成部分,主要由励磁绕组线圈、线圈引线以及阻尼绕组等部分组成。发电机运行时,由于转子处于高速旋转状态,这些部件将承受很大的机械应力和热负荷,若超过其极限值时将导致部件的损坏。转子绕组是发电机经常出现故障的部位,除本体故障外,主要是转子绕组的短路故障,如匝间短路、一点接地短路、两点接地短路等。发电机正常运行时,转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻,绝缘甩阻的阻值通大于1兆欧。但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时,就会发生转子绕组接地事故。当发电机转子发生一点接地故障时,因为励磁电源的泄漏电阻很大,一般不会造成多大的伤害,限制了接地泄露电流的数值。但是,发电机转子两点接地故障将会产生很大的电流,经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体。而部分转子绕组的短接,励磁绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏,气隙磁通也会失去平衡,从而引起发电机的振动,还可能使转子大轴磁化,甚至会导致灾难性的后果,因此两点接地故障的后果是很严重的。 目前,在国内运行的大型发电机组中,发电机匝间短路故障占故障总数的比重较大,大多数发电机都发生过或已经存在转子绕组匝间短路的故障。由于转子绕组绝缘的损坏,转子绕组匝间短路后会形成短路电流,从而导致局部过热。发电机长期在这种环境下运行,会进一步引起绝缘的损坏,导致更为严重的匝间短路,最终形成恶性循环。据统计资料表明,发电机转子匝间短路故障并不会影响机组的正常运行,所以常常被忽略,但是如果任其发展,转子电流将会显著增加,绕组温升过高,无功输出降低,电压波形畸变,机组振动加剧,并且还会引起其它的机械故障,严重时还会影响发电机的无功出力。如果发生的是不对称的匝间短路故障,发电机组的振动将会加剧,转子绕组的绝缘也有可能进一步的损坏,进而发展成为接地故障,对发电机组的安全稳定运行构成了严重的威胁。因此,对发电机绕组匝间短路故障的诊断与识别是十分必要的。 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 早期的故障诊断主要依靠人工经验,如:看、听、触、摸等方法进行诊断,

永磁同步电机失磁故障的对策分析

永磁同步电机失磁故障的对策分析 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点,应用范围极为广泛,遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前,永磁电机的应用领域仍在不断的拓展,风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此,为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性,必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件,它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应及机械振动等因素影响下,嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁,使电机性能急剧下降,甚至有可能导致电机停转,对于像电动汽车这样的应用系统,永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此,分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障,对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来,国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究,总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象,分析了引起电机失磁的原因,提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障,提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析,提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测,可防止永磁电机失磁状况的恶化,降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法,可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特

同步电机原理和结构

每相感应电势的有效值为

(15.2) ◆ 交变性与对称性:由于旋转磁场极性相间,使得感应电势的极性交变;由于电枢绕组的对称性,保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速 从供电品质考虑,由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值,这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ,故有: (15.3) ◆要使得发电机供给电网50Hz 的工频电能,发电机的转速必须为某些固定值,这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ,4极电机的同步转速为1500r/min ,依次类推。只有运行于同步转速,同步电机才能正常运行,这也是同步电机名称的由来。 运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种,即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式,作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节,在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 ? 西安交通大学电机教研室 版权所有,侵权必究 2000.12?

水轮发电机 水轮发电机的特点是:极数多,直径大,轴向长度短,整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大,定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要,定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为1~2mm 的钢片叠成;磁极两端有磁极压板,用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽,槽内放上铜条,并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组,其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡,在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接,如图15.4所示。 隐极式转子 隐极式转子上没有凸出的磁极,如图15.2b 所示。沿着转子本体圆周表面上,开有许多槽,这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽,构成所谓大齿,是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后,沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。在大容量高转速汽轮发电机中,转子圆周线速度极高,最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力,大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求,隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。

永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法

第37卷第3期2018年3月 电工电能新技术 AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergy Vol.37,No.3Mar.2018 收稿日期:2017?03?29 作者简介:彭一伟(1991?),男,重庆籍,硕士研究生,研究方向为电动汽车用交流电机的控制; 赵一峰(1979?),男,陕西籍,研究员,研究方向为电动汽车用交流电机的控制三 永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法 彭一伟1,2,赵一峰1,3,4,王永兴1,3,4,关天一1,2 (1.中国科学院电工研究所,北京100190;2.中国科学院大学,北京100049; 3.中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,北京100190; 4.电驱动系统大功率电力电子器件封装技术北京市工程实验室,北京100190) 摘要:本文提出了简单的永磁同步电机(PMSM)匝间短路故障在线检测方法三首先对不同状态PMSM定子电流谐波成分展开分析,提出一个融合了-fe及?3fe谐波成分的故障特征量Ft三针对采用快速傅立叶变换方法计算特征量实时性差的问题,在连续细化傅立叶变换方法基础上引入布莱克曼窗,从而改善了连续细化傅立叶变换方法的幅值辨识精度,实现了故障特征量快速且准确的求取三仿真及实验结果表明,特征量Ft能够正确反映PMSM匝间短路故障是否发生,本文提出的在线检测方法在不增加任何硬件设备的基础上实现了PMSM匝间短路故障的检测三关键词:永磁同步电机;匝间短路故障;故障特征量;在线检测;连续细化傅立叶变换 DOI:10 12067/ATEEE1703103一一一文章编号:1003?3076(2018)03?0041?08一一一中图分类号:TM351 1一引言 永磁同步电机(PMSM)具有高转矩/惯量比二高功率密度二高效率二响应快等优点三近年来,随着永磁性能不断提高,PMSM在电动汽车中的应用越来越广泛[1]三永磁同步电机在长期运行的过程中不可避免会出现各种故障,严重影响其在电动汽车应用中的可靠性和安全性三永磁同步电机驱动系统中,由匝间短路引起的定子绕组故障是最为常见的故障之一[2]三在早期的匝间短路故障阶段,电机仍然可以正常运行,然而由于大的短路电流的存在,短路回路会产生大量热量,从而引起更多的绝缘失效三因此,早期匝间短路故障的检测对于避免驱动系统失效二避免危害人身安全具有十分重要的作用三目前,已有许多学者展开了永磁同步电机定子 故障检测方面的工作[3?11]三这些研究主要包括基于磁通密度传感器的方法[3]二基于测得的定子电压和电流构建状态观测器的方法[4]二基于频域及时频分析工具的定子电流特征分析的方法[5?10]二智能控制(如人工神经网络)方法[11]等故障检测方案三其中,定子电流特征分析方法因其低成本而受到国内 外学者最广泛的关注三文献[5]提出将负序电流幅值作为反映匝间短路故障严重程度的特征量,并采用负序dq轴结合低通滤波器的方案成功提取出负序电流幅值三文献[6]利用傅立叶变换的方法对定子电流信号进行分析,通过对比正常电机和故障电机定子电流频谱,指出故障电机定子电流3次谐波含量增加,故以此作为故障的判定依据三文献[7]在文献[6]的基础上提出以q轴2次谐波幅值为特征量代替定子电流3次谐波电流的提取,简化了故障检测算法三傅立叶变换将原有电流信号从时域变换到频域进行分析,难以应对系统非线性工况下的特征量提取三针对这一问题,文献[8,9]分别采用离散小波变换(DWT)和小波包变换对动态情况下匝间短路故障的定子电流进行分析三仿真和实验结果表明,该方法在电机变速二中速二低速二高速情况下,根据3次谐波所在频段能量进行分析均可判定短路故障是否发生三文献[10]采用经验模态分解(EMD)方法对定子电流进行分析,得到一个本征模态函数IMF的集合,然后用时频分析方法对包含故障谐波的模态进行分析得到故障对应的瞬时频率,仿真和实验表明了该诊断方法的有效性三时频分析

同步电动机经常出现的故障及原因分析(通用版)

Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. (安全管理) 单位:___________________ 姓名:___________________ 日期:___________________ 同步电动机经常出现的故障及原 因分析(通用版)

同步电动机经常出现的故障及原因分析(通 用版) 导语:做好准备和保护,以应付攻击或者避免受害,从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见,安全是目的,防范是手段,通过防范的手段达到或实现安全的目的,就是安全防范的基本内涵。 经常发现的故障现象有: ①定子铁芯松动,运行中噪声大。 ②定子绕阻端部绑线崩断,绝缘蹭坏,连接处开焊,导线在槽口处端点断裂引起短路。 ③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。 ④转子线圈绝缘损伤,起动绕组笼条断裂。 ⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。 ⑥电刷滑环松动,风叶断裂等故障。 以上故障现象有的出现在同步电动机仅运行2—3年内,甚至半年内。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂,虽对制造工艺中的关键部位加强措施,但没有明显效果,故障现象仍然屡屡发生。 通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析,对电

动机起动,投励运行中的各种典型状态波形摄片,研究分析表明,同步电动机出现上述故障,不是制造问题,而是传统励磁技术存在缺陷。 XX设计有限公司 Your Name Design Co., Ltd.

永磁同步电机的原理及结构

完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流,在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体,永磁体的磁极是固定的,根据磁极的同性相吸异性相斥的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转,最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等,所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中,电动机的转速是从零开始逐渐增大的,造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的,所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中,质的转矩,只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的,其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时,在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速,而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后,最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说,永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似,主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构,在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择,所以永磁同步电机通常会被分为三大类:内嵌式、面贴式以及插入式,如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的,影响其性能的因素有很多,但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言,各种结构都各有其各自的优点。

利用电磁特性分析对永磁同步电机进行故障诊断的新方法..

文献翻译 题目利用电磁特性分析对永磁同步电机 进行故障诊断的新方法 学生姓名黄建波 专业班级电气工程及其自动化10级1班学号541001020215 院(系)电气信息工程学院 指导教师张志艳 完成时间 2014年 05月23日

利用电磁特性分析对永磁同步电机进行故障诊断的新方法姚达,IEEE学生会员,石晓东,IEEE会员,马赫施·奎纳姆瑟,IEEE会员 摘要 本文提出了一种通过直接测量传感线圈的磁通量对永磁同步电机进行健康监测和多故障检测的新方法。不同于其他基于频谱的故障检测方案,这种方法仅需要测量用于故障检测的基频分量。因此,本方案的性能不受速度波动或者电源谐波的影响。此外,可以检测到匝间短路的位置和静态偏心的方向,这是其他方案都没有的。虽然是嵌入式技术,但它非常适合于关键任务和新兴技术的应用,离岸风力涡轮机和混合动力汽车技术,军事上的应用等故障的早期检测非常重要的场合。使用有限元分析进行二维模拟已经验证了不同条件下提出的方法。实验简介对定子匝间短路故障、失磁故障、静态偏心故障进行了讨论,对提出的方案进行实验,验证其有效性。 关键词:故障检测,有限元分析、永磁同步电机、传感线圈。 1.简介 过去十年,永磁同步电机(PMSM)由于其高效率、高输出功率体积比和高转矩电流比,在诸如风力涡轮机和电动汽车中得到了很大的普及。在这些关键任务的应用中,一个意想不到的机器故障可能会导致非常高的维修或更换费用,甚至灾难性的系统故障。因此,这种场合需要坚固可靠的健康监测和故障检测方法,可以为预防性维护提供依据,延长使用寿命,减少机器故障。 离线机故障检测与诊断的方法不能频繁地测试,经济上也不允许,研究人员已经提出了许多在线检测的方法,这类方法维修费用少、诊断结果更可靠。一个具有成本效益的方式是基于定子电流频谱,通常被称为电动机电流特征分析(MCSA)[1]-[6]。电机电流的特定次谐波可以作为某种特定故障的标志。由于离散傅里叶变换(DFT)不包含机器操作和快速变化的速度的时间信息,短时傅里叶变换可以权衡时间和频率的分辨率。然而,一个固定长度的窗口可能导致不同的电流频率[7]不一致,改变电机的速度使它难以确定谐波次数。为了避免时间分辨率和频率分辨率之间的矛盾,罗赛罗等人[7]利用连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在一台机器非平

同步电动机常见启动故障分析及处理

同步电动机常见启动故障分析及处理 摘要:同步电动机能否顺利启动,不仅影响到同步电动机自身的安全,还影响到生产系统,为了快速、准确的发现故障、排除故障,对同步电动机常见的启动故障分析就显得非常必要。文章结合维修实践,分析了同步电动机常见启动故障,并给出了具体的处理措施,为今后同步电动机启动故障的维修提供了方法,具有一定的参考价值。 0 引言 同步电动机由于其功率因数高,运行效率高,稳定性好,转速恒定等优点广泛应用于工业生产中。熟悉同步电动机启动故障,并及时排除故障,对电 动机本身及生产系统都具有现实意义,为了能及时、准确排除故障,必须对 同步电动机常见故障进行详细的分析。 1 常见故障 1)同步电动机通电后,不能启动。 同步电动机接通电源后,不能启动和运行,一般有以下几方面的原因:(一)电源电压过低,由于同步电动机启动转矩正比于电压的平方,电源电压过低,使得电机的启动转矩大幅下降,低于负载转矩,从而无法启动,对此,应提高电源电压,以增大电机的启动转矩。(二)电动机本身的故障检查电动机定、转子绕组有无断、短路,开焊和连接不良等故障,这些故障都使电机无法建立起额定的磁场强度,从而电动机无法启动;检查电动机轴承有无损坏,端盖有无松动,如果轴承损坏或端盖松动,造成转子下沉,与定子铁心相擦,从而导致电机无法启动。对定、转子绕组故障可用低压摇表,逐步查找,视具体情况,采取相应的处理方法,对轴承和端盖松动故障,每次开车前都应盘车,看电动机转子转动是否灵活,如轴承(或轴瓦)损坏,应及时更换。(三)控制装置故障此类故障多为励磁装置的直流输出电压调整不当或无输出,造成电动机的定子电流过大,致使电机过流保护动作或引起电机的失磁运行,此时,检查励磁装置的输出电压、电流是否正常,电压、电流波形是否正常,如电压或电流波形不正常,为了节省时间,更换备用触发板。(四)机械故障如被拖动的机械卡住,

同步电动机励磁系统常见故障分析

同步电动机励磁系统常见故障分析 作者:陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置,对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W,励磁电流电压无输出。 原因分析:励磁电流电压无输出,肯定是晶闸管无触发脉冲信号,而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良,或者同步电源变压器4T损坏,造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上,从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析:这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏,或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT~6VT中有某一个开路或是触发极失灵,同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时,励磁电流即有输出。 原因分析:这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电,即使移相电路还未送来正确的控制电压,也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通,2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通,使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时,励磁不能自行投入。 原因分析:励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常,因此可能是投励插件与插座间接触不良,或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常,电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象,或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析:引起励磁电流电压输出不稳的原因很多,主要有1)脉冲插件可能存在接触不良,造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动,使三极管1V1电流负反馈发生变化,造成放大器工作点不稳定,从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外,如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良,也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良,将会使移相控制电压Ed间歇性消失,引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外,如果稳压管7VS、8VS损坏,都会使Ey随电网电压波动而波动,使Ed输出波动,造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。

电机匝间短路与相间短路

电机匝间短路及相间短路问题解答 一、什么就是电机匝间短路 就就是同一个绕组就是由很多圈(匝)线绕成得,如果绝缘不好得话,叠加在一起得线圈之间会短路,这样一来,相当于一部分线圈直接被短路掉不起作用了。匝间短路后,电机得绕组因为一部分被短路掉,磁场就与以前不同了,不对称了,而且剩余得线圈电流比以前大了,电机运行中会振动增大,电流增大,出力相对减小。 二、发生电机匝间短路,会有以下现象:1?)被短路得线圈中将流过很大得环流(常达正常电流得2---10倍),使线圈严重发热;2?)三相电流不平衡,电动机转矩降低; 3)产生杂音;4?)短路严重时,电动机不能带负载起动。?匝间短路在刚开始时,可能只有两根导线因交叠处绝缘磨坏而接触。?由于短路线匝内产生环流,使线圈迅速发热,进一步损坏邻近导线得绝缘,使短路得匝数不断增多、故障扩大。 短路匝数足够多时,会使熔断器烧断,甚至绕组烧焦冒烟。 当三相绕组有一相发生匝间短路时,相当于该相绕组匝数减少,定子三相电流就不平衡。不平衡得三相电流使电动机振动,同时发出不正常得声音。?电动机平均转矩显著下降,拖动负载时就显得无力。 三、电动机绕组短路故障现象与原因就是什么?

答:由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至,分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路与绕组相间短路。 1、故障现象 离子得磁场分布不均,三相电流不平衡而使电动机运行时振动与噪声加剧,严重时电动机不能启动,而在短路线圈中产生很大得短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。 2、产生原因 电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用;嵌线时造成绝缘损坏;绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿;端部与层间绝缘材料没垫好或整形时损坏;端部连接线绝缘损坏;过电压或遭雷击使绝缘击穿;转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏;金属异物落入电动机内部与油污过多。 相间短路得电机短路点会瞬间烧断融化,导致电机无法工作。 匝间短路得电机会电流不正常,稍后冒烟甚至起火,烧毁至电机无法工作。维修时一眼就能鉴别出来。 *异步电机与同步电机区别: 异步电机又叫感应电机,转子上得电磁场就是通过定子磁场感应出来得。同步电机转子上要有自带得磁场。?异步电机得转速会随负载得不同,略有改变,而且这个转速就是低于定子磁场得转速得,所以才叫异步电机。同步电机转速严格得按定子磁场转速旋转,所以叫同步电机。?异步电动机可以直接启动。同步电动机要有专门得启动装置或者启动绕组,所以制造工艺复杂,造

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单,运行稳定;功率密度大;损耗小,效率高;电机形状和尺寸灵活多变等显著优点,因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降,越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计,并对电机进行了性能和参数的计算,然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下: 计算额定数据:

(1) 额定相电压:N 220V U U == (2) 额定相电流:3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速:160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩:3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定 永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度,它们可由如下公式 估算得到: 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=, 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中,i1D 为定子内径,L 为定子铁心长度,P '为计算功率,C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值,本例取0.96;p α'为计算极弧系数, 初选0.8;Nm K 为气隙磁场的波形系数,当气隙磁场为正弦分布时等于1.11;dp K 为电枢的绕组系数,初选0.92。A 为电机的线负荷,B δ为气隙磁密,A 和B δ的 选择非常重要,直接影响电机的参数和性能,应从电机的综合技术经济指标出发 来选取最合适的A 和B δ值,本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。 由上式可初步确定电机的2i1D L ,但要想进一步确定i1D 和L 各自的值,还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===,其中τ为极距。通常,中小型同步电动机的0.6~2.5λ=,一般级数越多,λ也越大,本例初选1.4。 永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大,主要 是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂 散损耗,减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动 机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本 例取=0.7mm δ。 确定电动机定子外径时,一般是在保证电动机足够散热能力的前提下,视具 体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。

永磁同步电机文献综述

永磁同步电机失磁故障诊断综述 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点,应用范围极为广泛,遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前,永磁电机的应用领域仍在不断的拓展,风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此,为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性,必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件,它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应及机械振动等因素影响下,嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁,使电机性能急剧下降,甚至有可能导致电机停转,对于像电动汽车这样的应用系统,永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此,分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障,对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来,国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究,总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象,分析了引起电机失磁的原因,提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障,提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析,提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测,可防止永磁电机失磁状况的恶化,降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法,可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特

同步电动机经常出现的故障及原因分析正式版

In the schedule of the activity, the time and the progress of the completion of the project content are described in detail to make the progress consistent with the plan.同步电动机经常出现的故障及原因分析正式版

同步电动机经常出现的故障及原因分 析正式版 下载提示:此解决方案资料适用于工作或活动的进度安排中,详细说明各阶段的时间和项目内容完成的进度,而完成上述需要实施方案的人员对整体有全方位的认识和评估能力,尽力让实施的时间进度与方案所计划的时间吻合。文档可以直接使用,也可根据实际需要修订后使用。 经常发现的故障现象有: ①定子铁芯松动,运行中噪声大。 ②定子绕阻端部绑线崩断,绝缘蹭坏,连接处开焊,导线在槽口处端点断裂引起短路。 ③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。 ④转子线圈绝缘损伤,起动绕组笼条断裂。 ⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。 ⑥电刷滑环松动,风叶断裂等故障。 以上故障现象有的出现在同步电动机

仅运行2—3年内,甚至半年内。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂,虽对制造工艺中的关键部位加强措施,但没有明显效果,故障现象仍然屡屡发生。 通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析,对电动机起动,投励运行中的各种典型状态波形摄片,研究分析表明,同步电动机出现上述故障,不是制造问题,而是传统励磁技术存在缺陷。 ——此位置可填写公司或团队名字——

永磁同步电机匝间短路故障在线诊断研究2500字

永磁同步电机匝间短路故障在线诊断研究2500字 分析永磁同步电机匝间短路故障常用的模拟方法,研究我国匝间短路故障诊断方法,在目前发展状况,预测定子匝间短路故障的处理方法,提出了针对解决匝间短路故障的解决注意问题。永磁同步电机匝间短路故障不能被诊断得到纠正,会造成一定故障问题,需要及时对于故障进行诊断,对于影响车辆的正常运行,减少故障的破坏性,早期及时发现故障及时处理,减少故障诱发的停机问题,保障机器正常运转模式。 /3/view-13032379.htm 永磁;同步;电机;匝间短路故障;诊断 永磁同步电机的结构一般比较紧凑,体积比较小,重量比较轻,工作效率也比较高,工作具有很高可靠性,噪声比较低的特点。在电动汽车驱动综合指标中,电动汽车的电机需要合理选择。通常情况下电动汽车的运行环境比较复杂,会涉及到很多方面问题,比如振动、湿度、粉尘和频繁起动等问题,这些都会直接影响到电机安全运行问题,会诱发一定电机故障问题。 一、永磁同步电机定子匝间短路故障模拟方法分析 永磁同步电机定子匝间短路故障诊断研究中,可以集中分为两个方面,要寻找故障特征量,判断故障发生,判定故障的严重程度,对于永磁同步电机定子匝间短路故障进行及时处理,总结变化规律,及时判断故障发生的原因,有效分析故障出现问题,利用有效办法解决故障问题,比如采用有限元分析方法,建立良好故障模型,减少故障发生,设定良好电机运行环境,对于电机故障仿真处理,分析形成故障原因,采用有效措施解决故障。 另一种办法就是建立永磁同步电机数学模型,借助仿真平台,提高故障处理,设定良好的接头和附加电阻,及时调整好电阻大小,分析定性电阻之间关系。 二、永磁同步电机定子匝间短路故障短路故障诊断方法研究分析 在电机运行过程中,要提高内部空间存在的气隙磁场,电机中的点磁场要在不同媒质中分布,根据变化情况分析,实现对于电机运行状态性能分析,及时反映电机内部磁场的数学模型,运用良好的诊断方法对于电机进行分析研究,常用的方法有参数辨识法、卡尔曼滤波算法和磁通估计法等。建立良好永磁同步电机匝间短路故障处理模式,有效控制好系统基础上的仿真模型,针对电流发生的故障处理好数学模型,如果出现电机的绕组故障问题,快要针对坐标数学模型,做好建模仿真工作,实现对于电机常见故障仿真方法处理。 在永磁同步电机数学模型基础上,推动坐标系的匝间短路故障处理,建立良好电机互感和反向磁动势动态参数分析,建立良好故障电机仿真模型,附加合理电机模拟匝间短路故障严重程度分析,解决故障电流不平衡问题。在电机发生故障的时候,电气量的电流的电压都会发生一定变化,需要借助变换的信号及时处理好故障信息问题,常见的信号变换主要是对于电机状态的监测和故障诊断工作,比如小波?化、电机电流频谱分析和傅里叶的变换方法处理。要及时消除电机固有不对称供电影响问题,提出功率分解技术故障检测方法,有效消除故障产生的负序电流影响问题,及时检测电流线圈故障问题,准确获得电机参数,提高大幅度的故障诊断精度分析, 基于人工职能的诊断方法研究中,人工职能可以有效模拟人类分析处理问题的职能行为,需要提高数学模型分析和研究,保障永磁同步电机故障有效诊断研究,采用新的研究方法,提高故障诊断系统维护智能化,保障人工职能诊断方法处理合理性。处理中要及时有效将负荷波动产生的高频成分从负面电流中分离出来,调整好电流的负序阻抗作用,及时判断故障

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