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。

兆瓦级高速永磁同步电机偏心状态下电机性能及转子振动特性分析

在电机运行过程中,气隙偏心是一种常见的故障状态,会危害到电机的安全可靠运行,而该问题在大容量高速永磁同步电机中更为严重。因此,本文以一台兆瓦级高速永磁同步电动机为例,研究了气隙偏心对电机电磁性能以及其引发的不平衡磁拉力对转子振动特性的影响。首先,推导了静、动以及混合偏心状态下的不平衡磁拉力表达式。然后,建立了各偏心状态下的电机有限元模型,定量分析了不同偏心程度所引发的不平衡磁拉力变化情况。在此基础上,计算了电机转子系统的动力响应,详细讨论了各种偏心对转子系统轴心轨迹和电磁性能的影响。结果表明,不同偏心状态下不平衡磁拉力存在明显差异,在混合偏心时动偏心会削弱静偏心对转子振动的影响,偏心将增加气隙磁密的偶次谐波且增大转矩脉动。

含磁拉力及Alford力的磁悬浮转子动态特性分析

分析含开关磁阻电机不平衡磁拉力及压气机叶尖气流激励Alford力,且由磁悬浮轴承支承的多电航空发动机模拟转子系统的动态特性。基于Timoshenko梁理论及有限元方法建立模拟转子系统,在模型中引入12/8极三相开关磁阻电机的不平衡磁拉力及气流激励Alford力。计算结果表明,电机磁拉力会降低转子临界转速,但是存在Alford力时,电机磁拉力会提高转子稳定阈。Alford力和电机磁拉力会引入各种谐波、次谐波激励,并随转速使得转子呈现不同动态特性。改变磁悬浮轴承控制参数能改变转子平衡位置、运动轨迹和振幅,表明可以通过调节这些控制参数改变转子运动特性从而实现对发动机转子的主动控制。

水轮发电机组在不平衡磁拉力及密封力下振动特性分析

通过将气隙磁导展开为Fourier级数得到不平衡磁拉力的解析式,建立了考虑电机磁极对数分布的不平衡磁拉力及水轮机转轮线性密封力的水轮发电机组轴系动力学模型,并推导了其运动微分方程。基于Matlab仿真工具采用四阶五级Runge-Kutta法对系统进行了数值分析计算,对比了发电机励磁电流及发电机转子质量偏心对转子转轮系统横向振动的影响。结果表明,励磁电流及质量偏心对转子转轮横向振动的影响均较为明显;同质量偏心相比,励磁电流增加到某一程度会显著加大发电机转子的振幅。

基于多尺度法的电机转子在不平衡磁拉力作用下的自由振动特性分析

即使动平衡精度很高的电机转子,其质量偏心可忽略,但由于车用永磁同步电机工况复杂,换段过程、路面不平度、发动机激励等都可对转子系统形成径向扰动,转子将产生自由涡动,引起动态偏心,进而不平衡磁拉力对电机转子系统的自由涡动产生影响。根据转子系统的刚度特性讨论了动力学方程中非线性项系数以确定多尺度法的应用条件,利用该方法得到了不平衡磁拉力作用下转子系统自由振动的解析解并研究其振动特性。由于不平衡磁拉力的非线性使得转子正反自由涡动的复振幅是时变的,其大小保持常数不变而其相位随时间线性变化,其变化率取决于正反涡动的振幅,这将导致正反涡动的频率降低。若正反涡动振幅大小相等且非零则正反涡动频率相等,转子中心运动轨迹为直线;若正反涡动振幅有一个为零,则转子中心轨迹为圆;更一般的情况是正反涡动振幅大小不等且均不为零,两种涡动产生耦合其频率也不再相等,转子自由涡动的轨迹是一个旋转的近似椭圆其位移分量产生调幅现象。当转子涡动振幅不大时,利用多尺度法获得的解析解与数值计算结果吻合较好具有较高的精度。

不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响

研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响。首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式。然后代入到转子系统的运动方程中,采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应,详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响。研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据。

基于变采样分辨率相关分析法的铁道客车轮对动平衡测试

铁道客车轮对上的不平衡质量影响列车运行安全及速度的进一步提升,轮对安装前需要精确检测不平衡质量并进行动平衡处理。本文提出自适应小波消噪、MUSIC(Multiple Signal Classification)谱估计、相关分析法相结合的方法,实现铁道客车轮对动平衡振动信号特征的提取。通过Labview软件与MATLAB混合编程实现软件开发,并搭建铁道客车轮对动平衡测试平台进行实验验证,实验验证结果表明,经过降噪和采样分辨率的控制,可以克服现场噪声及频率干扰问题,提取的信号幅值及相位具有较高的精度,可实现轮对上不平衡质量及位置的准确探测。

计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴动力学分析

根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。

分数槽绕组永磁同步电机不平衡磁拉力的分析

分数槽绕组在永磁同步电机中的应用日益广泛。本文介绍了在永磁同步电机设计中采用分数槽绕组的优点,并以中小功率领域应用较多的9槽8极、9槽10极永磁同步电机为例,阐述不平衡磁拉力的形成原因及对电机整体性能特别是振动和噪声的影响。推导出了永磁同步电机不平衡磁拉力的数值计算方法,并对具体案例进行了有限元仿真分析。最后给出了抑制永磁同步电机不平衡磁拉力的具体措施。

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。

不平衡磁拉力作用下电机柔性转子非线性振动研究

建立了电机柔性转子非线性动力学模型,并使用多尺度法计算了系统的一次近似主共振响应。通过定常解分析发现转子主共振响应中存在幅频曲线左偏这一软非线性现象,并且不平衡磁拉力的线性部分使系统固有频率下降,非线性部分使主共振峰左偏量增大。使用MATLAB软件中的"ode23"函数绘制出系统的时间历程图及相图,数值积分的结果验证了解析解的正确性。从理论上揭示了转子长度、转子外径以及平均气隙长度等电机参数对非线性振动的影响,为电机的优化设计和控制提供了理论依据。

不平衡磁拉力作用下偏心转子的非线性振动

用数值方法研究不平衡磁拉力、偏心力、陀螺力及极对数对发电机空载运行时转子振动的影响.结果表明,不平衡磁拉力可引起大幅度圆形涡动.

不平衡磁拉力测量的影响因素分析

不平衡磁拉力作为水力机组轴系振动系统的附加外力之一,是影响水力发电机组稳定运行的重要因素。基于不平衡磁拉力的线性计算方法进行分析。首先,结合测量原理,推导得到不平衡磁拉力计算综合误差描述模型,对不平衡磁拉力测量参数的误差影响进行量化分析;其次,结合各项参数测试精度分析,发现气隙测量误差是影响不平衡磁拉力测量误差的主导因素;接着,结合立式水力机组轴系振动模型,从理论上分析了不平衡磁拉力与发电机转子摆度之间的关系,提出一种利用可测摆度间接校正发电机气隙的思路;最后,基于水电机组运行模拟平台进行仿真计算,分析不平衡磁拉力误差对机组振动幅值偏差的影响,通过仿真结果可以看出随着不平衡磁拉力的误差值增大,发电机转子振幅偏差随之增加。

基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制

振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理,通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽,增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向,减小了径向磁拉力,达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法,对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,得出开槽尺寸,并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析,得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明:该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。

12/8极无轴承开关磁阻电机定子振动特性分析

开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)由于径向磁拉力导致的振动和噪声问题阻碍了其推广应用;电机定转子偏心时出现的单边磁拉力使振动和噪声更加恶化。本文基于定子周向振动理论和无轴承开关磁阻电机(Bearingless-SRM,BSRM)的径向力特点,分析了将无轴承技术引入SRM后对不平衡径向力起到的补偿作用;给出了同时适用于SRM和BSRM的定子极径向力数学模型,建立了SRM和BSRM的系统仿真模型,分析了两种电机定子极所受的径向力。谐波分析发现:BSRM定子单边磁拉力直流分量及低次谐波含量幅值较SRM大幅减小,因而由此引起的振动和噪声小,更适合于应用在要求低噪声的领域。

电机不平衡磁拉力研究现状与展望

对当前国内外电机不平衡磁拉力研究现状进行分析和综述,分析和总结不平衡磁拉力的机理、特征,并对不平衡磁拉力特别是非线性磁拉力的国内外发展概况进行介绍。归纳防止和减小不平衡磁拉力的有效措施,最后对电机不平衡磁拉力未来的研究方向进行展望。

不同种类气隙偏心故障对汽轮发电机转子不平衡磁拉力的影响

结合理论推导和数值仿真计算分析了径向气隙偏心对汽轮发电机转子径向不平衡磁拉力及其振动特性的影响。首先通过分析气隙静偏心、气隙动偏心以及气隙动静混合偏心情况下气隙磁场的变化,分别推导得到不同气隙偏心所引起的转子径向不平衡磁拉力表达式,并分析了转子的振动特征,然后利用电机有限元软件Ansoft Maxwell建立了实验室SDF-9型隐极故障模拟发电机的二维模型,计算得到了转子水平及竖直方向的径向不平衡磁拉力变化情况,并与理论分析和部分实验振动响应进行了对比,结果基本吻合。结果表明,气隙静偏心将产生二倍频不平衡磁拉力作用于转子上;气隙动偏心根据转子表面凹凸数量分为合外力为零及合外力不为零两种情况,当合外力不为零时,将产生一倍频不平衡磁拉力作用于转子;气隙动静混合偏心将同时产生一倍频和二倍频不平衡磁拉力作用于转子上(考虑动偏心时合外力不为零的情况)。同时随着偏心程度的增大,不平衡磁拉力也随之增大。

水电机组轴系电磁振动特性实测与仿真分析

采用水电机组实测振动数据分析与轴系模型仿真验证相结合的方法,研究了某半伞式两导轴承轴流转桨式水电机组轴系在电磁力影响下的电磁振动特性。通过分析水电机组现场变励磁试验过程中的实测振动数据,总结出机组的实测电磁振动特性规律;利用机组轴系的有限元分析模型和不平衡磁拉力简化计算方法,对机组轴系在电磁力作用下的电磁振动响应进行了仿真验证。结果表明:该水电机组加励磁电流后,机组轴线发生显著偏移,同时上导轴承处的摆度明显增大,而水导轴承处的摆度反而有所减小;仿真验证结果与实测分析结果相吻合,较好地揭示了水电机组轴系电磁振动现象产生的原因。

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。

不平衡磁拉力对永磁同步电主轴动态性能影响机理研究

针对由于定转子气隙偏心引起的不平衡磁拉力影响永磁同步电主轴动态性能的问题。首先分析产生不平衡磁拉力的原因,其次根据电磁理论建立电磁不平衡磁拉力载荷模型,将气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过对定转子表面的Maxwell应力积分得到不平衡磁拉力的非线性解析表达式。基于Ansoft Maxwell电机仿真软件,建立永磁同步电主轴的有限元分析模型,以设定的气隙偏心量模拟不平衡磁拉力造成的气隙偏心,得到电主轴动态性能曲线。仿真结果表明:由于气隙偏心引起的不平衡磁拉力,导致永磁同步电主轴齿槽转矩增大,气隙磁密幅值增大,电主轴振动加剧。