气隙静偏心故障对永磁风力发电机定子绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,综合分析永磁风力发电机气隙静偏心故障前后定子端部绕组的振动特性。首先,推导正常情况和气隙静偏心故障下的气隙磁通密度,得到端部绕组的电磁力表达式;然后,基于电磁-结构耦合模型,得出绕组电磁力、应力应变等力学响应特性;最后,实测3 kW故障模拟发电机在正常和气隙静偏心故障情况下的定子绕组振动响应。实验结果与理论分析、有限元计算结果基本吻合。结果表明:气隙磁通密度随偏心程度的增加而增大(气隙减小处),随偏心故障加剧端部绕组电磁力/振动增大,绕组电磁力/振动以偶倍频为主。另外,直线段绕组和端部绕组的连接处为振动磨损危险位置。

存在初始静偏心的储能飞轮转子动力学特性

以大功率储能飞轮转子系统为研究对象,探究电机转子存在初始静偏心时飞轮动力学特性的变化规律。首先使用能量法求出电机转子不平衡磁拉力(UMP)与转子偏心位移之间的关系,采用Timoshenko梁单元模型建立包含UMP的飞轮转子机电耦合动力学模型,计算分析电机转子初始偏心量和偏心方向对飞轮稳态和瞬态特性的影响,得出以下结论:随着偏心量的增大,上轴承处轴心轨迹出现嵌套圆环,频谱出现3种频率成分且幅值增大,升速响应曲线共振峰的峰值增大,对应转速减小;当偏心方向改变且旋转一周时,转频等成分的幅值、升速响应曲线共振峰值产生明显的周期规律变化。

转子静偏心对电驱总成NVH的影响

为研究转子静偏心对电驱总成NVH性能的影响,建立某电驱总成的弹性多体动力学模型,计算得到壳体表面振动速度,与测试结果吻合较好。将转子不同静偏心量产生的电磁激励载荷施加到动力学模型上,评估转子偏心对电驱总成动力学及NVH性能的影响。结果表明:转子偏心不仅改变电机自身的动力学性能,同时对整个电驱总成的动力学行为及NVH性能均产生影响;随着偏心量的增加,转子轴承与减速器输入轴左端轴承载荷恶化明显,齿轮传递误差与齿面载荷分布系数变大,意味着齿轮啮合状态恶化。

气隙轴向静偏心对发电机定子-绕组受载及振动的影响

通过理论推导、有限元计算和实验验证,研究了气隙轴向静偏心前后同步发电机定子及绕组的受载与振动特性变化。与其他大部分气隙径向偏心的研究不同,本文重点关注气隙轴向静偏心下定子-绕组的受载及振动特性。在分析气隙磁密变化的基础上,推导得到了正常和气隙轴向静偏心下定子径向及轴向不平衡磁拉力、绕组电磁力的表达式。以CS-5型发电机为分析对象,进行了有限元仿真计算和实验验证。结果表明,气隙轴向静偏心会在减小定子径向磁拉力和转子抽空端定子绕组电磁力的同时增加定子轴向不平衡磁拉力和转子伸出端定子绕组电磁力,对应地,定子径向振动和转子抽空端定子绕组振动将减小,但定子轴向振动和转子伸出端定子绕组振动将增大;定子轴、径向磁拉力和绕组电磁力及振动均以二倍频为主,夹杂其他各偶次倍频。在定子磁拉力作用下,定子铁芯齿槽端部为最大变形位置;在定子齿槽变形挤压和电磁力共同作用下绕组直线段与端部的连接处易发生磨损,在制造及运行中需给予特别注意。

转子静偏心时异步电机径向力特性分析

针对异步电机转子静偏心时产生的径向力引起的电机振动和噪声问题,通过有限元软件,采用近似解析法和电磁场数值解相结合的方式,对异步电机的径向力的特性进行了分析。首先,通过麦克斯韦应力求解公式推导出了异步电机转子静偏心时主要径向力的阶次和频率分布;然后利用ANSYS有限元软件求解了异步电机转子静偏心时电机气隙磁场的分布情况,最后利用Matlab结合电机径向力计算公式得出了此时电机径向力的分布特性,结合时空傅里叶分解得到了电机转子静偏心时径向力频率、阶次和幅值的分布情况。研究结果表明,该理论算法与有限元算法相结合的计算方式对异步电机转子静偏心时径向电磁力的分布做出了较为准确的分析。

计及转子静偏心的双馈式发电机转子匝间短路故障频谱特性的仿真分析

为了研究双馈风力发电机转子静偏心故障和转子绕组匝间短路故障频谱特性的区别,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。依据有限元理论,建立双馈风力发电机转子绕组匝间短路模型和计及静偏心的模型,对转子绕组匝间短路、计及静偏心的转子匝间短路故障进行了仿真。以转子线电流和定子线电压为研究对象,从频谱特性角度,对各组的仿真结果进行了对比研究。分析结果表明,静偏心的存在会导致定子线电压中出现与转子绕组匝间短路故障相同的特征频率,可能导致误诊断;同时对转子线电流和定子线电压以及定子线电压的高频段进行监测,能够有效区分静偏心与转子绕组匝间短路故障,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。

发电机气隙静偏心故障前后定子绕组电磁力的对比分析

以QFSN-600-2YHG型汽轮发电机在气隙静偏心故障前后的定子绕组电磁力为研究对象,通过定性理论解析和定量仿真计算分别进行对比研究,获取了定子绕组电磁力在故障前后的变化规律。首先通过推导正常运行以及气隙静偏心故障下的气隙磁密表达式,得到了故障前后定子绕组电磁力的解析表达式,然后利用有限元软件Ansoft对静偏心故障前后的电磁力进行定量仿真计算,最终得出气隙静偏心故障前后的定子绕组电磁力的力学激励特性。研究结果表明:汽轮发电机静偏心前后气隙磁密中只包含奇次谐波成分,其中以基波磁密为主;单根定子绕组电磁力均呈现出近似频率为2ω的余弦函数曲线,且部分定子绕组电磁力的峰值在静偏心故障前后出现了较大差异;定子绕组电磁力只包含直流成分和偶次谐波成分,其中以直流分量及二次谐波成分为主;所有定子绕组电磁力的瞬时值呈现出一个近似2个周期的余弦函数曲线。

气隙静偏心与转子匝间短路下电磁转矩特性区分

对发电机气隙静偏心、转子匝间短路及其复合故障前后的电磁转矩进行了分析。首先,通过理论推导了各运行状态下电磁转矩表达式;然后,利用有限元软件Ansoft建立了模拟发电机仿真模型,并计算了对应的电磁转矩;最后,对模拟发电机进行了实测,三者所得结果基本吻合。结果表明:正常运行与转子匝间短路下,电磁转矩为常值,不存在谐波成分,且随着短路程度的加剧,均值不断减小;气隙静偏心使电磁转矩产生二倍频成分,偏心程度加剧时,均值与二倍频幅值增大;复合故障下,电磁转矩产生一倍频和二倍频成分。当仅短路程度加剧时,一倍频幅值增大,均值和二倍频幅值减小;当仅偏心程度加剧时,均值、一倍频和二倍频幅值增大。

双馈异步风力发电机气隙静偏心下电磁转矩特性分析

本文对双馈异步风力发电机气隙静偏心故障下的电磁转矩波动特性进行了综合分析。首先,推导正常和气隙静偏心工况下气隙磁密,然后得到正常和静态气隙偏心条件下电磁转矩的解析表达式,最后,对双馈异步发电机进行有限元计算。有限元计算结果与理论分析基本吻合。结果表明,气隙静偏心故障会使气隙磁密的空间阶次发生改变,但频率成分不会发生变化。此外,电磁转矩各谐波频率成分幅值也增大,其中,485Hz、585Hz和685Hz的高次谐波增幅最为明显。

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响实验研究

为研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,设计了可单独改变油膜间隙的柔性转子系统,针对不同静偏心条件下,阻尼器减振性能,转子的抗振性能和非线性振动特征进行了实验研究。结果表明：静偏心会导致转子系统临界转速增大;静偏心比εs小于0.6,转子临界峰值随静偏心比增大而减小,εs在0.6～1.0范围内增大时临界峰值随静偏心比增大而大幅增大;εs增大时阻尼器失效不平衡量大幅减小,转子不平衡裕度和抗振性能大幅下降,将εs控制在0.2以内时,静偏心不会恶化阻尼器的阻尼效果;静偏心比（εs〈0.2）较小时,阻尼器失效表现为典型双稳态跳跃,静偏心比（εs〉0.3）较大条件下,阻尼器失效时可能表现出软弹簧非线性振动与非协调振动;根据阻尼器失效转子振动特征可判断阻尼器静偏心水平。

转子挤压油膜阻尼器静偏心对减振效果的影响

为了研究挤压油膜阻尼器静偏心对转子系统减振特性的影响,基于Reynolds边界条件推导了静偏心条件下挤压油膜阻尼器的油膜力表征公式,建立了考虑挤压油膜阻尼器静偏心的转子系统的有限元模型,并采用数值方法分析了静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响。结果表明:静偏心程度增加会导致转子系统临界转速增加及其对应幅值降低,提高挤压油膜阻尼器的减振效果;静偏心率增大,挤压油膜阻尼器的承载能力减弱,在最大承载量运行时的减振效率也随之降低,转子系统在升速过程中更容易出现幅值跳跃现象。

高压直流输电换相失败对带静偏心故障调相机的影响

为了研究高压直流输电逆变器换相失败对带静偏心故障调相机的影响,首先以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,基于Simulink+Maxwell/Simplorer构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型,联合仿真得到不同静偏心率下调相机的气隙磁场。其次,分析了换相失败对不同静偏心率下调相机气隙磁通密度的影响,并采用麦克斯韦应力张量法计算发生换相失败前后转子受到的不平衡磁拉力。最后,采用非线性Newmark隐式积分法计算换相失败对不同静偏心率下调相机转子振动的影响。结果表明,换相失败使带静偏心故障调相机气隙磁场增大,转子所受磁拉力与振动幅值明显增大,并且其影响程度随调相机静偏心率的增大而增大。换相失败对带静偏心故障调相机的影响分析对解释机组异常振动、诊断静偏心故障有一定的参考价值。

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响的数值分析

由于装配误差或重力等原因,挤压油膜阻尼器在实际使用中难以避免产生静偏心。为了研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,基于广义雷诺方程推导出静偏心条件下挤压油膜阻尼器雷诺方程并建立了静偏心挤压油膜阻尼器-转子系统的动力学模型,随后运用数值积分获取静偏心下转子系统的非线性响应。研究表明:转子进动半径随着静偏心增大而减小;静偏心显著影响转子轴心轨迹,静偏心时转子轴心轨迹在大多数转速下近似为椭圆而不再是圆,静偏心下突加不平衡响应瞬态振幅远高于无静偏心条件下瞬态振幅。

静偏心对挤压油膜阻尼器转子抗振性能的影响及控制方法

研究了静偏心对挤压油膜阻尼器减振与转子抗振性能的影响。结果表明,随着静偏心增大,阻尼器的减振性能先增强再减弱,而转子抗振性能则大幅下降。分析了引起阻尼器静偏心的原因,并根据各因素的特征提出了控制方法。采用预置偏心,合理的结构、工艺设计有利于控制转子自重与设计、加工装配引起的静偏心。采用较小的设计偏心比,有利于提高机动条件下阻尼器转子的抗振性能。

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。

气隙静偏心对刚度不对称永磁同步电机转子振动特性的影响研究

在电机中,电磁振源和机械振源通常被认为独立地产生和作用于电机各个部件。但在实践中,二者不仅共同作用于电机转子,而且电磁因素和机械因素耦合后,使转子的动力学响应变得更为复杂。以永磁同步电机为研究对象,研究了气隙静偏心(static air-gap eccentricity,SE)和转子刚度不对称、质量不平衡等机械因素耦合对转子振动的影响。结合一台10 kW永磁电机试验对象,对Jeffcott转子近似模型进行数值分析。结果表明,在残余不平衡质量基础上,单独引入气隙静偏心因素对转子振动没有明显影响;单独引入刚度不对称因素会导致转子系统产生3倍转频(3f_(r))振动,刚度不对称比越大,3倍转频振动幅值越大。在考虑三者耦合作用下,转子系统会产生2倍转频(2f_(r))、4倍转频(4f_(r))振动,并且偶数倍转频振动幅值与静偏心量呈正相关关系,这一结论在气隙偏心可调的10 kW永磁同步电机上得到了试验验证。

异步电机噪声的静偏心影响分析

本文对某款电机电源频率谐波分量下噪声异常的产生因素进行了分析;基于有限元方法进行了静偏心对电磁力的影响分析;结合分析结果和规律,调整了问题电机静偏心量,再次噪声测试显示电机的电源频率谐波分量噪声大幅减少,验证了以上分析和方案的有效性。

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。

初始静偏心与重力载荷对动车牵引电机转子轴心轨迹的影响

针对重力载荷下具有初始静偏心的动车牵引电机转子振动特性,首先利用磁势乘磁导法和Maxwell应力张量法给出了具有静动气隙偏心故障和任意磁极对数的电机空载/负载运行下的不平衡磁拉力统一解析表达式,然后采用Jeffcott模型建立了不平衡磁拉力、机械不平衡力和重力共同作用下的某型动车牵引电机转子系统动力学方程,并采用Runge-Kutta算法求解系统动力学响应,最后重点讨论了初始静偏心和重力载荷对牵引电机转子轴心轨迹和位移频谱的影响规律。结果表明:①重力载荷对电机转子系统的影响等价于在重力方向上施加一个恒定静偏心量,其与初始静偏心的矢量叠加组成气隙的综合静偏心量;②综合静偏心量的大小和方向影响转子轴心轨迹的位置和方向,偏心量越大转子轴心轨迹的偏移距离也越大且偏移方向沿静偏心方向;③静偏心量的增大使该型牵引电机转子轴心轨迹略微增大,可以认为基本不变,同时,静偏心量增大也使转子位移频谱成分更加显著和多样化。

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。