基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

不同槽配比下绕线式无刷双馈电机性能对比研究

无刷双馈电机由于结构简单、可靠性高、变频器容量小等优点在恒频变速发电领域受到广泛关注,其定转子的槽数配比对电机性能与振动具有一定程度的影响。为探究这一问题,该文以绕线式无刷双馈电机定转子磁势分析为基础,推导不同槽配合的电磁力波对比以及槽配合对电机性能的影响,给出3种符合要求的槽配比方案,计算出各方案转子绕组谐波,并进行对比分析;利用有限元法对48/36槽、42/36槽与36/30槽3种方案在相同要求下的负载性能进行研究,导出定子齿部电磁力,对电机进行振动响应分析对比;最后,通过样机试验,验证有限元仿真的正确性,同时试验结果也证明所选槽配合下电机具有振动形变量小、转子电流小、系统输出电压和效率高、饱和程度低等优点。

三相异步电机匝间短路故障的诊断方法

三相异步电机是各类电机中应用量最大的一种,匝间短路故障为三相异步电机发生概率较大的一类故障。如果能实时监测电机运行状况,对运行进行健康安全评估,将能及时止损,减少损失。提出了基于扩展Clarke变换和故障特征因子Q的匝间故障诊断方法,分析了电机匝间故障的Clarke矢量的特点,对电机匝间故障的Clarke矢量取模,得到三相电流中对称分量的直流分量和2倍于基频的交流分量,以该分量的幅值与直流分量的比值作为故障特征因子Q进行匝间故障诊断。通过特征因子Q研究Clarke矢量频谱,从而判断电机故障,并且进行了理论仿真以及样机测试。

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

无刷双馈电机的研究现状与最新进展

无刷双馈电机以其无滑环电刷、运行可靠、功率因数可调、变频器容量小等优点受到了广泛关注,学者们就其磁场调制机理、定转子结构、控制策略等进行了深入研究,结果表明,此类电机适用于变频调速和变速恒频等领域。该文分析了它们的磁场调制机理及工作特点,总结了一般定转子结构以及若干特殊结构,并对多种控制策略进行综述。另外,还讨论了无刷双馈电机在不同领域的研究和应用,总结并展望了相关理论与技术研究的发展方向。

三相异步电机轴承故障的诊断策略

轴承故障是三相异步电机常见的故障之一,及时准确地进行故障诊断对于保障电机的正常运行至关重要。针对电机电流信号特征分析法(MCSA)易受到电机基波频率和系统噪声干扰等影响,本文提出了一种基于Hilbert变换的轴承故障诊断方法。先对三相电流信号进行Hilbert变换,提取电流信号的平方包络线,然后利用频域分析方法傅立叶变换(FFT),对平方包络信号进行分析,最后对FFT之后的频谱图进行归一化处理。通过观察其频谱特征,可以判断轴承是否发生故障。该方法避免了电机基波频率和系统噪声干扰,能够可靠地检测三相异步电机轴承故障。并搭建了试验平台验证了方法的可行性。

异步电机轴承故障的诊断方法研究

提出了基于Park矢量模平方函数及其数据处理的轴承故障诊断方法,计算电机轴承三相电流信号的Park矢量模平方函数,再经小波包分解分别至四层和五层,得到故障特征频率对应频带,并取其RMS值,以其RMS值经对数处理放大差异后与正常电机进行比较从而进行轴承故障诊断。通过求解小波包分解子频带所对应节点系数的RMS值,从而判断电机轴承故障,并且搭建了样机试验平台,测试结果验证了该方法的有效性。

齿谐波法设计的无刷双馈发电机运行范围

转子绕组采用齿谐波法设计的无刷双馈电机在变速恒频发电领域有着广泛的应用前景,而影响其应用的关键在于电机运行的可靠性。要实现电机可靠运行,则必须考虑电机能可靠运行的约束条件。约束条件主要包含运行时电机的电负荷、磁负荷和变频器容量等。根据齿谐波法绕线转子无刷双馈发电机在船用轴带领域的实际工况,依据绕线转子无刷双馈电机全电路模型,对轴带发电机电负荷的组成及其对电机温升的影响、磁负荷选择的依据和变频器容量的选择等进行了分析,推导了绕线转子无刷双馈发电机可靠运行的范围。计算和样机实验对比验证了结论的正确性。

64kW双正弦结构无刷双馈发电机的设计与测试

将正弦结构引入到基于齿谐波原理的无刷双馈电机转子绕组的设计中来,这一绕组设计方式克服了传统无刷双馈电机的导体利用率低、谐波磁动势含量大的缺陷。该文对转子绕组双正弦结构的无刷双馈电机的绕组设计原理、方法以及谐波磁动势计算进行了详细的分析,并以一台64 kW样机为例说明双正弦转子结构的设计方法。围绕样机在功率绕组带恒定负载时电机的各有功功率曲线和电机的效率、电机温升、恒定转速下功率绕组带载时输出电压的波形,以及无刷双馈发电系统的动态特性进行样机试验。试验结果表明,采用双正弦方法设计的绕线式无刷发电机具有优良的性能。

转子绕组星-环形拓扑结构无刷双馈电机

磁阻式和特殊笼型是目前无刷双馈电机常用的两种转子结构,但采用这两种转子结构的电机导体利用率低、谐波含量大,导致电机性能达不到工业应用要求。提出一种转子绕组采用星-环形接法的绕线式无刷双馈电机,星-环形结构可以提高绕组的导体利用率,这种电机可以作为发电机或电动机。引入基尔霍夫(Kirchhoff)定律用以说明星-环形结构的工作原理,并通过列举绕组实例说明了方法的有效性,同时对所选方案的磁势谐波进行分析。样机实验结果表明,基于星-环形原理设计的绕线式无刷电机具有优良的性能。

基于多谐波联合起动方法的无刷双馈电机起动性能研究

针对无刷双馈电机起动转矩小、起动电流大这一不足,提出一种新型无刷双馈电动机。该电机定子绕组磁动势可分解为多个不同极对数的同转向谐波磁场,其中基波磁场对应的转子电流流通路径与常规无刷双馈电机相同,谐波磁场中转子电流流通路径的电阻折算值增大而漏抗值保持不变,增加了电机起动时的功率因数,进而实现起动电流的降低和起动转矩的增大;而在正常运行时电机定子仅产生基波磁场以完成无刷双馈电动机的变频调速。该文对无刷双馈电机多谐波起动时定、转子绕组结构的设计原理、起动时电机等效电路以及电磁转矩计算进行了详细的分析,并以一台机座号为YZR132样机为例说明多谐波起动电机定、转子结构的设计方法。在多谐波联合起动和异步起动时分别对空载及不同负载情况下的起动电流进行了样机实验,对比分析了空载时的气隙磁场。实验结果表明采用多谐波原理设计的绕线转子无刷双馈电机具有优良的起动性能。

感应加热电饭煲涡流场与温度场分析

为了研究感应加热电饭煲的工作情况及相关结构参数对其性能的影响,以一台1 300 W感应加热电饭煲为例,建立了以sus430为主要涡流发热材料的三维电磁场有限元模型,分析了导体中涡流场的分布情况,并分别改变相关结构参数比较涡流功率的变化趋势.利用workbench软件分析研究其温度场,将仿真结果与样机实测温度值对比,验证了仿真方法的正确性.通过有限元法对感应加热电饭煲三维涡流场和三维温度场的研究,为相关感应加热系统的优化设计提供了可靠依据.

基于环路统一设计的永磁同步电动机四象限矢量控制系统

永磁同步电动机(PMSM)控制系统直流侧大多由不控整流提供,不能实现电机的四象限运行,且不控整流会对电网造成污染。将PWM整流器应用到永磁同步电动机控制系统中。PWM整流器采用基于电网电压前馈的矢量控制,永磁同步电动机控制系统采用基于转子磁场定向的矢量控制,构成了永磁同步电动机四象限矢量控制系统。分析了PWM整流器和永磁同步电动机的数学模型,总结其相似性,并以此为基础对环路进行设计。最后将该控制方法应用于系统中,实现了电机的四象限运行。

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。

基于气隙磁场分析的无刷双馈电机偏心故障研究

为了研究无刷双馈电机偏心情况下的气隙磁场特性及其偏心故障检测方法,首先用解析法计算无刷双馈电机在未发生偏心故障和发生偏心故障两种情况下的气隙磁场分布,分析了电机在不同偏心状态下的磁场特性,并与正常电机相比较,然后确定用于检测偏心故障的气隙磁场特征信号,采用了用磁场谐波特征信号检测偏心故障的方法。最后,通过有限元仿真验证了理论分析的正确性,并对故障信号的幅值与偏心度的关系作了研究,为无刷双馈电机气隙偏心的精确检测奠定了基础。

一种多谐波联合起动的新型无刷双馈电动机

由于无刷双馈电动机在起动过程中存在起动转矩小、起动电流大,以及对电网和电机造成冲击大等问题,使得电机起动性能达不到工业要求。将复合线圈结构引入到无刷双馈电机的转子绕组,并与定子磁动势谐波理论相结合,提出一种多谐波联合起动的方法,以改善电机的起动性能。介绍定子两套绕组的接线方式及其不同状态时的通电方式,分析转子结构在起动状态和运行状态下的工作原理。利用时步有限元法对电机在不同负载下的起动转矩、起动电流进行仿真分析,对比无刷双馈电机多谐波联合起动和异步起动的起动性能。通过仿真与试验验证绕组设计的正确性,其结果表明,该方法提高了起动转矩,减小了起动电流和对电网的冲击,具有一定的理论研究和实际应用价值。

转子绕组星-三角接法的无刷双馈电机研究

磁阻式和特殊笼型是目前研究的无刷双馈电机的两种转子结构,但均因导体利用率低、谐波含量大而导致性能达不到工业应用要求。本文提出一种转子采用星-三角接法的绕线式无刷双馈电机,这种电机可以作为发电机或电动机。转子绕组采用星-三角接法能够有效地提高导体利用率。文中引入双极数槽号相位图以用于说明星-三角结构的工作原理,并通过列举绕组实例说明了方法的有效性,同时对所选方案的磁势谐波进行了分析。样机实验结果表明,基于星-三角原理设计的绕线式无刷电机具有优良的性能。

基于奇/偶互补磁场理论的新型自起动永磁同步电机

自起动永磁同步电机在起动时存在电流大、转矩小、永磁体易退磁等不足,制约着该电机在重载起动等领域的工业化应用。该文提出一种奇/偶互补磁场理论,依据奇/偶对极磁场中每相转子绕组的各支路感应电势相位,对转子绕组进行串并联组合,使转子在奇/偶对极磁场中感应电流具有不同的流通路径,进而起动时转子绕组等效匝数降低,转子电阻折算值增大,达到提高样机起动性能的目标。通过对奇/偶互补磁场理论与同位线圈工作原理的分析,推导出样机起动状态等效电路,建立二维瞬态有限元模型。分析堵转时转矩与电流、空载起动气隙磁密、发电机制动转矩及永磁体退磁规律,结果表明,该理论既提高了样机起动转矩、减小了起动电流,进而削弱起动电流对永磁体的冲击,又保证了电机稳态运行性能与同机座号常规永磁电机相同,具有显著的应用价值。

绕线式转子绕组的谐波分析

绕线式异步电机转子相电势是由其线圈电势矢量叠加得到,其电流在空间产生的磁势除基波外还含有一系列的高次谐波,当高次谐波幅值较大时,对电机的起动和运行性能有较大的影响,本文采用槽矢量法对每相均具有两种匝数的转子绕组建立了等效电路,推导出参数的计算公式,通过分析和编程,得到各次谐波的m相正、反转合成磁势相对于基波的比值,为电机设计和绕组选择提供评估参考,最后给出了一组仿真结果。

绕线转子无刷双馈电机漏感计算

为准确计算和测定绕线转子无刷双馈电机漏感参数,该文根据绕组电流在电机内不同位置所建立漏磁场的不同特点,推导槽漏感、端部漏感、谐波漏感计算公式。求解槽漏感时建立单槽槽漏磁场能量模型,分区域分层计算该槽漏磁场能量,利用叠加定理求出槽内导体漏感,参考网络图论列写关联矩阵求出各相槽漏感。求解端部漏感时,引入气隙电流和镜像电流,在均匀介质中建立线圈端部漏感计算模型,采用离散化的毕奥-萨伐尔定律求解两线圈间端部漏磁链,列写关联矩阵求出各相端部漏感。求解谐波漏感时,由于气隙长度相等使得磁动势波形与磁通密度波形具有相似性,对两种极对数的磁场,分别利用总电感减去基波电感计算两线圈间的谐波互感,列写关联矩阵求出各相谐波漏感。根据该模型计算一台不等匝同心式绕线转子无刷双馈电机漏感参数,通过与堵转试验及传统方法所得数据对比,验证了该方法的准确性。