倾斜偏心对同步发电机转子力学特性的影响

气隙偏心是一种常见的发电机机械故障。已有研究主要关注正常和轴向气隙均匀偏心对转子受载和振动特性的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心,即转子倾斜偏心。作为补充,全面分析转子倾斜偏心状态下故障程度差异对同步发电机转子力学特性的影响。其中,转子力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性和振动特性。以一台5kVA的两极故障模拟发电机为研究对象,分别进行理论分析、有限元仿真计算和实验验证。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力为零,转子振动频率以常规基频和定子传递的各偶次谐波为主。在转子发生倾斜偏心故障后,转子不平衡磁拉力/振动以二次谐波为主。随着偏心程度增加,转子不平衡磁拉力/振动的二次谐波幅值将增大。此外,转子不平衡磁拉力沿轴向非均匀分布,在气隙越小的位置不平衡磁拉力越大。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

双并列转子永磁同步电机由于部分定子铁心和绕组的缺失,存在较大的转矩脉动,限制了其在并行对驱类机械装备中的应用。该文对双并列转子永磁电机转矩脉动产生机理进行分析,并提出了相应的抑制方法。对比了N-N型、N-S型两种转子结构,阐明了N-S型转子结构的优越性。在此基础上,开展了转矩脉动产生机理研究,按照影响因素不同,逐次分析了齿槽效应、端部效应、永磁齿轮效应以及绕组参数不对称对电机转矩脉动的作用机理,构建了各个转矩分量的解析表达式。通过有限元模型,验证了理论分析的正确性。针对产生转矩脉动的不同分量,提出了相应的抑制方法,其中抑制空载转矩可以通过优化电机的结构参数来实现,抑制纹波转矩可以通过优化绕组位置分布来实现。搭建样机实验平台,验证了分析模型的准确性。

基于流固耦合的压气机转子叶片非同步振动分析

压气机转子叶片非同步振动是近年来发现的一类新气动弹性问题,表现为叶片振动频率与转频不同步且具有锁频现象,严重影响航空发动机的可靠性和运行安全,目前对其产生机理并不完全清楚.为了深入研究压气机内不稳定流动与叶片非同步振动之间的耦合机制,基于时间推进的方法建立了多级压气机转子叶片全环的双向流固耦合模型,数值研究了刚性叶片与非同步振动柔性叶片的非定常流场、气流激励频率和结构响应特征,揭示了压气机转子叶片非同步振动的流固耦合机制.结果表明:近失速工况下,转子叶尖吸力面径向分离涡的周期性脱落及再附过程是导致叶尖压力剧烈波动的主要原因,其3倍谐波激励频率与转子一阶弯曲固有频率接近,提供了叶片非同步振动的初始气流激励源.叶片非同步振动发生时,位移响应表现为等幅值的极限环特征,振动以一阶弯曲模态主导,径向分离涡产生的非整数倍气流激励频率及其谐波频率最终锁定为叶片一阶弯曲固有频率,非同步振动的运动胁迫使得相邻通道叶尖流场周向趋于一致.研究成果及对叶片非同步振动流固耦合机制的认识可为压气机内部不稳定流动诱发的叶片振动失效分析提供有益参考.

基于二维CNN与多源机电信息融合的同步电机转子匝间短路故障诊断方法

为提高同步电机转子绕组匝间短路故障的诊断准确率,以一台型号为SDF-9的一对极同步发电机为研究对象,提出了一种基于二维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)与多源机电信息融合的匝间短路故障诊断方法。首先选取故障前后的定子环流、转子振动、定子振动信号为故障特征,采用信号-图像转换方法将一维时序信号转化为二维灰度图像。其次将处理后的图像分别作为二维CNN模型的前置输入进行训练。最后采用D-S证据理论将3种证据体的输出概率进行决策融合。结果表明:该方法消除了单一信号易受传感器故障及环境变化的影响,故障诊断准确率显著提高,并与其他传统故障诊断算法的诊断结果进行对比分析,验证了此方法的有效性。

基于车用永磁同步电机转子结构的电磁噪声优化仿真分析

针对目标电机低速加速段中存在明显类似“口哨”的高频噪声的问题及电机量产降本原则,将48槽8极峰值功率62 kW的乘用车前驱动电机作为案例进行电磁方案设计。基于设计指标及存在问题设计了定子结构相同内置式转子拓扑结构不同的优化方案,推导计算了两电机方案气隙磁场幅值波形时空分布方程及电磁力表达式,建立了两电机方案有限元模型及电磁-结构声场耦合模型,仿真分析比较两电机气隙磁密及径向电磁力谐波含量。基于仿真结果得到优化方案,在不牺牲电磁性能的前提下削弱了低速段加速过程的0阶6f1径向电磁力,并使磁钢用量从1.474 kg降低到了1.371 kg,实现了降本目的。最后分别制作样机进行实验验证,结果表明优化方案明显削弱了低速段径向振动,降低了24倍频电磁噪声,与仿真结果相吻合。

基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法

现有基于高频注入的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法由于高频衰减,面临失效风险。该文基于主电机定转子互感,提出一种“基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法”,将励磁电压作为载波,用低频方波对其进行调制后,提取主电机定子侧低频响应电流用于转子初始位置估算。定子逆变器三相下管导通状态下,该方法分为2步:首先对励磁电压进行低频方波调制,采集主电机定子低频感应电流用于转子初始位置预估算;其次,由预估算初始位置,判断励磁电压断电前后相关电流特征,得到包含磁极信息的最终初始位置。所提方法通过虚拟角度变换和方差对采集低频电流进行处理。实验表明所提方法具有较高估算精度。

基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法

针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法。首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响。为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力。实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题。

双风冷外转子永磁同步电机不同动密封结构的传热特性

为加强基于定转子双风冷外转子永磁同步电机内部小间隙处密封性的同时保障间隙的散热性,在考虑旋转因素下,利用计算流体力学的方法对电机小间隙处不同迷宫密封结构在不同工况下的流场和传热特性进行数值模拟,通过对间隙处压力、速度的分析,探讨上下间隙处不同迷宫密封结构对电机整体密封性能以及定子侧壁面散热性的影响,并使用泄漏量和努塞尔数作为评价因子对其密封性能和散热性进行评估。结果表明:轴流风扇工况为吸风时更有利于提升电机密封性并同时保障间隙处散热性;在上下定转子间隙处添加迷宫密封的方式可以有效提高电机在双风冷系统下的密封性,且上下间隙处密封结构的压降总和越大,泄漏量越小;间隙处定子侧壁面的平均努塞尔数因迷宫密封的添加会有所下降,并且当来流温度低于壁温时其下降程度随密封结构阻流效果的增大而增大,高于壁温时随密封结构阻流效果、凹槽漩涡强度的减小而增大;相较于无密封结构,定子侧双凹槽结构在提高电机整体密封性的同时有效保障了间隙的散热性,研究结果为外转子永磁同步电机内部间隙处密封和散热结构的设计提供了参考。

新型双转子双定子永磁同步发电机的磁场及耦合效应分析

为了解决目前海上风力发电机存在的成本高、体积大等问题,提出一种新型双转子双定子永磁同步发电机(DRDS-PMSG).建立了发电机的等效磁路模型,采用有限元分析方法评估了发电机的电磁特性及内外电机的耦合效应,部分仿真结果得到了实验验证.仿真结果表明:随着内、外永磁体相对位置的改变,电机等效磁路存在3种典型情况,并可通过耦合系数对耦合区域的等效磁阻进行描述;内、外电机的耦合效应体现在齿槽转矩、电磁转矩等电磁特性上,内、外电机的齿槽转矩峰峰值分别为0.52和1.64 kN·m,电磁转矩平均值分别为11.65和27.09 kN·m,转矩脉动分别为6.02%和4.12%;总体来看,内、外电机之间存在一定程度的耦合,但该耦合效应被隔磁环有效削弱.

基于小波神经网络算法的同步发电机转子绕组匝间短路故障诊断

为了准确诊断转子绕组匝间短路的故障程度,文章提出了一种基于小波神经网络算法的诊断方法。首先,对收集到的发电厂实验数据进行预处理,并将其划分为训练样本集和测试样本集;其次,基于小波神经网络算法建立同步发电机转子绕组匝间短路的故障诊断模型,并提取对应的故障特征;最后,根据实测的样本数据对所提出方法进行验证。相关研究表明,文章所提方法可以诊断转子绕组匝间短路的故障程度,并且相比传统的BP神经网络在诊断精度上有显著提升。

转子激励对永磁同步电机电磁振动影响分析

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振动噪音的贡献度,首先依据麦克斯韦应力张量法对气隙电磁力谐波进行理论分析,同时建立单电机的电磁振动仿真模型。然后以一台8极定子48槽内置式永磁同步电机为样机,通过试验模态分析和仿真分别对定子和转子的材料参数进行修正。再分别进行转子动力学和电磁激励下的整机动力学仿真,结果表明由转子偏心引起的不平衡电磁激励能够引起转子系统共振,并且在单位电磁力波的激励下,转子激励引起的响应与定子激励引起的响应在低频段具有同等的重要性。最后通过样机振动试验对上述结论进行了验证。

基于增益控制的永磁同步电机低速转子位置估算方法

当永磁同步电机工作在零低速域内时,受系统延迟时间的影响,采用高频脉振方波电压注入的传统差分解调法会出现系统失稳和动态性能下降的问题。提出了误差系数标幺下的增益控制策略。分析了不同延迟时间下传统差分解调法的开环增益变化趋势,得出了延迟时间会影响增益幅值和符号的结论;通过求解延迟时间变化时的实际开环增益表达式,并用实际增益值对误差函数进行标幺,提升了系统的稳定性和收敛性。实验结果表明,该方法不仅提升了位置估算系统的稳定性,而且收敛速度快。

新型转子定子电励磁无刷同步电机特性分析

针对极端环境下因永磁体失磁导致电机性能下降,而不适宜采用永磁电机的情况,提出一种新型转子结构的定子侧电励磁无刷同步电机(stator electrically excited brushless synchronous motor, SEEBSM)。分别阐述绕组分布、转子结构和运行系统,设计一台额定功率为11 kW的样机,给出了主要参数和励磁绕组接线图,建立了电机二维物理模型,采用有限元方法分别对其空载和负载(轻载和额定负载)运行时的电磁特性进行了分析,研究结果表明所提出的新型转子结构能够改善起动性能,且能省去由励磁控制器向励磁绕组提供小直流电流使转速牵入同步的过程,可为后续样机的研制和实验研究提供参考。

基于模型预测锁相环的永磁同步电机转子位置估计方法

针对传统锁相环(PLL)估计永磁同步电机转子位置存在响应速度慢及跟踪精度低的问题,提出一种基于模型预测锁相环的转子位置估计方法。首先,对永磁同步电机模型预测控制原理进行分析,将传统模型预测控制方法与锁相环结合,提出一种模型预测锁相环(MP-PLL)结构;然后,结合离散位置搜索算法对转子位置进行估计,通过高效优化离散位置搜索算法改善模型预测锁相环在宽转速范围内的性能,提高其鲁棒性和转子位置估计精度;最后,进行仿真和实验验证。结果表明,在永磁同步电机参数变化情况下,所提出的模型预测锁相环比传统锁相环具有更好的响应性能,能快速准确地实现永磁同步电机转子位置估计。

气体轴承-高速永磁电机转子系统亚同步涡动效应研究

气体箔片轴承(gas foil bearings-GFBs)在高速永磁电机中应用广泛,为了进行合理的轴系设计,预测GFBs-高速电机转子系统的动力学行为,基于刚性气膜假设,建立GFBs-非对称刚性转子动力学模型,研究了转子不平衡量和箔片结构刚度对转子动力学行为的影响规律。结果表明:对于一根特定的刚性转子,存在一个与之匹配的最佳的结构刚度,使得转子的振幅和亚同步涡动效应最弱。计算结果表明,气体轴承支承的高速永磁电机轴系的综合设计,需要考虑转子与箔片结构刚度的合理匹配,以抑制亚同步涡动对轴系振动的影响。

同步发电机转子绝缘监察方法

随着电力工业的发展,电力系统越来越庞大且复杂。目前仅依靠人工检测发电机转子绕组绝缘电阻的方式耗时耗力,越来越无法满足电力系统的需求。为此提出了同步发电机的转子绝缘监察方法,该方法可自动计算出发电机转子绕组的接地电阻,能够用于非在线监测同步发电机转子绕组接地电阻。阐述了同步发电机的基本原理,分析了转子接地的发生及其危害性,并给出相应的措施,进一步提出了转子在运行中的监视方法。该方法能够节省大量人工测量和计算的劳动强度,对确保发电机安全可靠运行具有重要意义。

高压同步电动机转子故障分析与预防

以一起大型石化企业高压同步电动机转子故障为例,通过对继电保护动作信息、试验结果以及设备受损情况进行判断,逐层排查故障区间,定位故障点,深入分析故障产生的原因及故障机理,提出了优化、预防措施。供同类企业的高压同步电动机具有良好的借鉴意义。

隐极同步电机转子槽口绝缘固定工艺研究

在隐极同步电机的实际运行中,存在转速较高的特点,这就意味着其在较强谐波磁通、较高启动电流等多重因素的影响下,出现转子槽口过热问题,这对电机的稳定、安全运行十分不利。基于此,为了保证转子的稳定可靠,就需及时关注转子槽口绝缘材料的选择、工艺的控制。本研究的重点在于隐极同步电机转子槽口绝缘的固定工艺,以期为隐极同步电机的稳定运行提供保证。

利用旋变软解码研究分析车用永磁同步电机定转子同心度

本文提出了一种新能源车用永磁同步电机定转子同心度的检测方法和检测原理,通过该方法可以检测永磁同步电机定转子的同心度偏差,同时还对检测原理进行了分析和研究。本文介绍的检查方法基于旋变软解码原理,能够精准测量电机定转子的同心度,并根据检测方法设计了实验平台和检测流程。试验台特别设计了电机控制器和电驱动系统,配备了实时测量和标定功能的软件应用界面,使得检测流程更为直观和高效。经过实验验证,该检测方案展示了高稳定性和可靠性,测量结果的误差范围小,证明了其精准度和实用性。