Analytical Identification of Magnetic Faults Induced by Material Properties and Mechanical Tolerance in PM Synchronous Motor

This paper presents an analytical model suitable for analyzing Permanent Magnet Synchronous motors. The difference between mass eccentricity and magnet eccentricity is described. The full derived vibration mathematical model incorporates both the electrical domain and mechanical domain. The shaft bending force, mass eccentricity exciting force, aerodynamic exciting force, and unbalanced-Magnet-Pull (UMP) are introduced in this three-dimensional motor model. The relative displacement between rotor and stator is calculated in order to avoid rotor to stator rub. The experiments were conducted with Laser Vibrometer for verifying the analysis results. The measurement results prove the effectiveness of the proposed analytic method.

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。

不同故障下水轮发电机组轴系的振动特性研究

水轮发电机组的振动往往由水-机-电耦合因素引起,分析单一故障及多因素耦合故障下的轴系振动对机组稳定运行和厂房结构安全至关重要。采用四阶龙格-库塔法分别求解了不平衡磁拉力、碰摩力、非线性油膜力单独作用或耦合作用下的发电机和水轮机振动特性。结果表明,仅考虑不平衡磁拉力或仅考虑碰摩力时,轴系的运动特性主要表现为周期运动状态和拟周期运动状态;在多因素耦合作用下,轴系的运动特性将会变得更为复杂,表现为以拟周期运动和混沌运动为主,间歇性出现周期运动。研究结果可为水电站的安全、稳定、优化运行提供更多的理论依据。

水轮发电机转子偏心引起的非线性电磁振动

由于机械和电磁相互耦合,水轮发电机的电磁振动具有强非线性特征。根据不平衡磁拉力与转子偏心的非线性函数关系,通过简化的各向同性的单圆盘转子系统,建立了水轮发电机转子电磁振动的非线性系统。利用非线性振动理论的多尺度方法,从理论上分析了该系统强迫振动的稳态响应,进而研究了水轮发电机转子偏心引起的电磁振动。研究发现不平衡磁拉力使系统的涡动频率下降,使运动的中心发生变化;并且会引起两倍转频的振动。最后用模型转子仿真试验的结果验证了这些理论分析的结论。

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。

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。

感应电机气隙偏心故障研究综述及展望

感应电机广泛用于各个行业,其机械故障大多与气隙偏心有关。该文介绍了国内外感应电机气隙偏心故障的研究状况。首先介绍了基于电机电流信号分析的偏心检测方法,包括理论分析的多回路数学模型,给出了静态偏心、动态偏心、混合偏心和斜偏心状态下的相关重要研究结论,分析和评价了当前的研究方法。其次简要介绍了气隙偏心导致的不平衡磁拉力和振动方面的内容,包括不平衡磁拉力的计算和振动信号分析。最后,根据当前存在的问题和不足,对未来感应电机偏心故障研究进行了展望。指出了大型感应电机偏心故障的研究发展方向在故障诊断和偏心抑制方面,并结合实际提出了更加符合实际的动态弧偏心模型。

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。

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。

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。

水轮发电机组转子-轴承系统横向振动特性分析

将非线性Capone油膜力模型与考虑电机磁极对数分布的不平衡磁拉力模型相结合,建立了水轮发电机组转子-轴承系统非线性动力学模型。基于Matlab语言程序采用4阶5级Runge-Kutta法对系统进行了数值分析计算。研究了在考虑与不考虑不平衡磁拉力的情况下,轴承长径比、转子质量偏心及轴颈间隙等参数的变化对转子轴心轨迹以及频域特性的影响。数值结果表明,同轴承长径比及转子质量偏心相比,轴颈间隙是影响系统轴心轨迹和频域特性的主要因素。相关结论可为进一步研究水轮发电机组在电磁和机械等结构参数共同作用下的运动特性提供部分参考。

轮毂电机不平衡电磁力对车辆垂向振动影响的分析

为研究轮毂电机偏心对车辆垂向振动的影响,首先建立1/4车辆垂向振动模型;然后建立偏心引起的不平衡电磁力模型,仿真分析轮毂电机的不平衡垂向电磁力,研究电机偏心引起的垂向振动;最后通过仿真和实验得到轮毂电机驱动的电动汽车在不同偏心时,在不平衡电磁力和路面输入双重激励下的垂向振动情况,分析不平衡电磁力对车辆垂向振动的影响。仿真和实验结果表明,轮毂电机偏心引起的振动会随着偏心距和轮毂电机转速增大而增大,最大车速80 km/h下,0.12 mm偏心轮毂电机比0.1 mm偏心轮毂电机振动加速度峰值增加了36.1%,均方根值增加了15.4%。

故障受油器影响下灯泡贯流式机组非线性振动特性

针对故障受油器引发的灯泡贯流式机组事故,为提高机组运行的安全性和稳定性,基于构建复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组轴系模型及其运动微分方程.应用数值计算方法分析有无故障受油器系统动态特性的差异,对系统在励磁电流、气隙静偏心以及动偏心变化过程中的非线性振动特性进行研究.结果表明:故障受油器的存在虽加大了转子非稳态运动范围并激发转子不利振动形式,但其对抑制系统振幅、削弱谐波成分表现出一定的积极作用,使机组受迫振动程度得以减缓;相比于数值固定的静偏心,随机组转动而不断变化的动偏心可使系统产生拟周期、周期二等丰富的动态响应形式,并进一步缩减了系统整体稳定运行范围,需引起足够重视.研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供一定借鉴.

磁拉力及油膜力作用下水轮机转子系统分析

在机组存在转轴平行不对中和发电机转子质量偏心的基础上,同时考虑机组转子系统受到不平衡电磁拉力和油膜力的作用,研究在这两种力共同作用下转子系统非线性动力学问题。建立了水轮发电机组转子系统非线性动力学模型和微分方程,运用数值分析方法,系统地分析了转子系统非线性动力学响应。结果表明:励磁电流对系统的响应有明显影响,随着励磁电流增大,转子系统存在倍周期运动和复杂的拟周期运动;机组转速的变化使系统响应呈现复杂的非线性变化。

基于电流振动双信号的大型潜水电机偏心故障诊断（英文）

气隙偏心故障在大型感应电机的运行操作过程中是一种常见的故障形式,潜水电机尤为更甚。针对实际工程中的偏心形式,通过仿真计算转轴挠度,提出弧偏心模型。本文以一台1200kW的潜水电机为研究对象,构建弧偏心模型,进而分析研究定子故障电流。采用三维有限元法来分析计算由气隙磁场作用在转子表面所产生的不平衡磁拉力,并提取在不同偏心度情况下的磁拉力幅值。为了有效检测出弧偏心故障,本文提出基于振动信号的频谱以及定子电流特征信号相对比的检测方法,并通过仿真验证了双信号检测方法的有效性。

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。

气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析

研究气隙偏心对永磁同步电机转子系统振动特性的影响。建立了气隙偏心下转子的动力学模型,结合永磁同步电机在带负载工作下转子永磁体及电枢电流共同形成的气隙磁场分布情况,利用Maxwell应力张量法计算了气隙偏心造成的不平衡磁拉力,并代入转子系统运动方程;通过实例分析,详细讨论了不同偏心以及负载类型对转子系统振动特性的影响。结果表明:质量偏心在增大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;初始静偏心的大小和方向都将影响转子振动特性,当其方向和重力方向相反,振动强度将有所减弱;当外部负载转矩发生变化,其相应谐波频率的振动将被激发出来。

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.

静载荷作用下偏心转子电磁振动特性

偏心转子不仅受动载荷作用,还受静载荷作用。该文推导了转子同时考虑动、静偏心的气隙长度统一公式,利用数值方法计算出作用于转子的不平衡磁拉力(UMP),建立了UMP、静载荷(重力)、不平衡质量激励力作用下转子系统的运动微分方程。分析了动偏心和动静复合偏心情形下不计静载荷时和考虑静载荷时转子系统的轴心轨迹和位移频谱,讨论了静偏心方向、初始静偏心量对转子系统振动特性的影响。结果表明:静偏心方向影响转子轴心轨迹的位置分布,使位移频谱中幅值周期性变化,静偏心量的增加使位移频谱中出现4倍旋转频率的振动分量。静载荷对转子系统的作用可视为该静载荷方向上大小恒定的静偏心。