基于等效风速的双馈风力发电机动偏心故障特性分析

文章综合考虑了自然条件下风剪切和塔影效应造成的风速时空分布差异问题,研究如何更好地辨识实际工况下双馈风力发电机气隙偏心的故障特征。首先对气隙偏心故障特征进行理论分析,推导得到了考虑风速时空分布差异时,偏心故障导致的发电机电磁特性变化规律;最后进行了仿真研究和实验验证。实验结果表明,风速时空分布差异会导致气动转矩产生波动,最终引起发电机电磁参量和风速分布参数的耦合,产生新的故障特征。研究结果完善了双馈风电机组故障诊断理论,对实际故障诊断有一定的理论参考价值。

汽轮发电机动偏心与定子短路故障特性研究

为在发电机发生故障时进行快速定位达到减少维修时间的目的,针对汽轮发电机动偏心、定子绕组匝间短路及复合故障下的气隙磁密、定子绕组电磁力进行理论解析和仿真研究。首先,分别对各状态下的气隙磁密、定子绕组电磁力进行理论解析;然后建立汽轮发电机各状态下的模型,进行仿真求解计算。结果表明,故障状态下的气隙磁密、定子绕组电磁力特征可以为汽轮发电机转子动偏心故障、定子绕组匝间短路故障及复合故障诊断提供参考。

BTA钻杆系统的涡动偏心及压电控制研究

对BTA钻杆系统偏心运动的控制方法进行了研究,分析了钻杆系统的偏心运动方式和受力情况。基于线性二次型(LQR)最优模态控制,提出了一种压电主动控制方法。利用压电BTA钻杆理论,结合MATLAB软件对涡动控制进行仿真。仿真结果验证了压电主动控制方法的合理性,对BTA钻杆系统的运动稳定性控制的研究具有理论意义。

偏心效应下大范围转动弹性梁振动特性分析

计及转子偏心效应,借助转子动力学理论,应用Galerkin法和Hamilton原理建立电机-弹性梁系统动力学模型;采用Runge-Kutta法实现动力学解耦,解析不同速度下大范围转动弹性梁的动力学特性,对比分析电机转子动偏心、静偏心与转动梁振动特性的耦合关系。研究结果表明:转子动偏心与系统动力学响应呈现强耦合,动偏心距达到0.5 mm时,转动梁振幅高达2 mm;而静偏心距由0 mm增至0.5 mm时,其振幅均为0.178 mm,后续研究可忽略静偏心因素;随着角速度提高至150 rad/s时,在转子动偏心的作用下,弹性梁振动由周期振动变为非周期振动,也是该类机构高速下呈现不同程度的突发性或间歇性振动的主要原因之一。

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。

考虑构件偏心时磁场调制型磁齿轮传动系统的主共振

考虑磁场调制型磁齿轮传动系统中内转子偏心,建立了基于时变磁耦合刚度的参数振动动力学模型,采用多尺度法推导了内转子上转矩激励频率接近系统固有频率时的共振响应计算公式,分析了算例系统的主共振响应。结果表明:当转矩波动频率接近系统不同阶固有频率时,产生的共振振幅相差较大,且共振响应中只有一个自由度的振幅很大,而其他自由度振幅很小;系统响应中激励频率占主导成分,而激励频率与磁耦合刚度波动频率的组合频率对系统响应影响很小。较大的主共振会严重恶化系统动力学行为,对其进行研究可以为深入探索该系统的动力学特性、优化不同工况环境下的设计参数提供理论依据。

低速永磁同步电机转子偏心的抑制措施

为了减小低速永磁电机转子偏心对电机性能及结构强度造成的危害,以一台210 kW低速永磁电机为研究对象,建立低速永磁电机转子偏心下的不平衡磁拉力(UMP)模型,基于对模型的分析,提出辅助槽法及车削法两种抑制措施,并对其抑制效果进行计算分析。首先,依据静偏心与动偏心的特点,对静偏心下在转子偏向侧开定子辅助槽、动偏心下在转子偏向侧开转子辅助槽进行研究,计算分析辅助槽位置、槽高、槽宽、槽数量对偏心下UMP的影响规律,找出辅助槽最佳尺寸参数,并对其抑制效果进行计算分析。其次,对车削法对混合偏心的抑制效果进行计算分析,并校验车削后电机的空载反电动势。结果表明,采用定子辅助槽可将静偏心下UMP减小49.8%,采用转子辅助槽可将动偏心下UMP减小47.2%,采用车削转子法可将混合偏心下UMP减小81.95%,抑制效果显著。

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。

机电复合故障下汽轮发电机转子振动特性分析

针对汽轮发电机机械、电气故障间的交叉影响,采用气隙磁导法建立了发电机气隙磁场模型,分析了多种故障引起的作用于转子的不平衡力以及机电复合故障状态下的转子振动特征。数值仿真表明:转子绕组匝间短路故障与转子基频振动幅值间并不是单一的对应关系。最终得出结论:同时参考振幅和相位信息诊断转子绕组匝间短路故障有助于提高诊断转子绕组匝间短路故障的灵敏性和可靠性。

基于电流信息的电机回转偏心检测方法

针对电机回转偏心检测的问题,提出了基于电流信息与位置信息的电机偏心特征辨识方法。建立了基于电流信息的电机回转偏心检测模型,通过研究电机回转偏心在定子电流信号中的表现规律,对利用电流信号辨识转子静偏心的电流特征频率进行了分析,并在此基础上提出了利用电机电流信息与位置信息结合检测电机动偏心动态的方法。通过实验与应用测试对比,结果表明利用电流信息与动态轴心轨迹可以有效地检测与估计电机的回转偏心状况,这也证明了通过电机定子电流信号可以对电机回转偏心进行检测与辨识的可能性。

汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力(UMP),以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明:UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.

新型涡轮驱动水力振荡器设计与实验研究

提出了一种新型的石油钻井用水力振荡器,可有效降低管柱摩阻,提高钻井效率.该水力振荡器采用涡轮驱动,并使用双偏心动定阀作为压力脉冲发生机构.通过建立双偏心动定阀的运动特性方程,结合实际工况得出阀盘的最优尺寸.通过选定阀型的水力振荡器性能测试实验,得出在模拟钻压为30kN,流量为28L/s,工作介质为清水时的振动冲击力约为15 859N,振动位移约为4.1mm,振动频率约为11.4Hz.该分析与实验结果对水力振荡器的设计与应用具有指导意义.

水轮发电机组横/轴有限元振动分析

针对机械和电磁故障引起的水轮发电机组轴系振动问题,基于单节点4自由度Euler梁,将轴向位移纳入整体结构建立了单节点5自由度机组转子-轴承系统有限元模型。利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法对系统进行求解,借助轴心轨迹图分别讨论了是否考虑轴向自由度和轴向电磁力下质量偏心、静偏心对系统横向振动特性的影响。结果表明:轴向自由度的加入对系统运动轨迹形态及大小起到了积极改变作用。轴向电磁力与动、静偏心下不平衡磁拉力形成电磁激励耦联效应,二者共同作用使系统横向运动振幅明显增大。因此,在水轮发电机组轴系建模及分析过程中应充分考虑轴向自由度及相关荷载作用影响。

水电机组转子-转轮弯扭耦合振动特性分析

针对水轮发电机组轴系由多振源激励引起的非线性振动问题,本文构建了考虑动、静偏心因素的不平衡磁拉力及非线性密封力联合作用下机组轴系弯扭耦合振动模型,采用数值分析方法对系统动力学特性进行了研究。通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法分析了质量偏心、密封间隙对系统振动特性的影响。结果表明,动静偏心的加入对系统动态特性表现形式及振幅均带来了明显改变,系统稳定性在一定程度上得到了提升,新的运动特征周期6得以显现。质量偏心在恶化转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则,但过大的质量偏心会导致定转子发生全周碰摩故障,容易引起系统潜在的不稳定。密封间隙的增加可以减少阻尼和摩擦,使系统运动趋于稳定;但过大的密封间隙会增加流体的泄漏,降低水轮发电机组运行效率。

应用于机床电机的振动噪声分析研究

针对某款应用于机床的三相感应电机产生的振动噪声问题,结合测试频谱数据,从产品结构、零部件装配工艺、电磁力波等方面进行深入分析,最终确定噪声、振动异常的原因为零部件结构变形引起电机动偏心,同时提供了有效的解决方案。该分析过程,为同类型产品的噪声振动异常分析及解决提供了理论依据。

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。

制程偏差对电磁力影响机理分析

不可避免的加工制造偏差会使气隙磁导中引入不对称分量,进而影响电机的性能。主要考虑定子圆度、附加气隙及偏心三个制程因素,分析其对电机电磁力的影响。首先对不同制程因素进行阐述说明,对电机齿槽转矩、电磁径向力的机理展开分析,进一步推算出不同制程偏差下气隙磁导函数,计算出对应情况下电机齿槽转矩、电磁径向力的解析表达式,并结合有限元仿真分析方法,得出不同制程偏差情况下引入的电磁力谐波含量,为后续制程偏差的影响分析提供理论指导。

汽轮发电机励磁绕组短路及伴随故障不平衡电磁力分析

结合汽轮发电机在实际运行中较为常见的励磁绕组匝间短路故障以及伴随的振动问题,在准确搭建汽轮发电机物理模型基础上完成了有限元仿真。分析了励磁绕组匝间短路位置、短路程度对转子所受不平衡电磁力的影响。研究了转子动偏心故障下偏心程度及偏心角度对转子不平衡电磁力的影响。同时考虑两种故障,计算了转子所受不平衡电磁力,得到了双重故障下的汽轮发电机转子受力特征以及变化规律,为研究发电机转子在多源应力作用下的振动规律及故障诊断提供了可行路径。

复合故障下的汽轮发电机转子电磁力研究

针对汽轮发电机转子受力环境复杂以及基频振动状态的多变性,选取转子绕组匝间短路故障和静偏心故障两种典型的转子基频振动故障源作为研究对象,依托有限元仿真工具的强大计算功能研究发电机转子在动偏心和励磁绕组匝间短路双因素作用下的不平衡磁拉力,分析各种故障变量对不平衡磁拉力大小和方向的影响,为全面研究汽轮发电机转子受力及利用转子振动诊断励磁绕组匝间短路故障奠定基础。

水轮发电机转子典型机电故障的不平衡磁拉力研究

针对水轮发电机发生转子偏心和转子绕组匝间短路故障产生不平衡磁拉力,进而引起机组强烈振动的情况,通过有限元仿真软件建立一台550MW水轮发电机二维仿真模型,分别对转子动、静偏心故障及转子绕组匝间短路故障进行模拟,计算各故障情况下的不平衡磁拉力,分析转子偏心程度、方向和转子绕组匝间短路程度对不平衡磁拉力大小和方向的影响。结果表明,不论是发生转子偏心故障还是发生转子绕组匝间短路故障,不平衡磁拉力数值均随故障程度的加重而增大,且不平衡磁拉力方向为诊断转子偏心方向和空载情况下匝间短路故障磁极提供帮助。研究成果为未来研究水轮发电机振动现象和故障检测奠定了基础。