机车牵引电机转子模态试验及仿真优化研究

牵引电机转子作为电机旋转的核心,转子的固有频率应避开实际的工作频率、工作转速。基于软件的有限元分析法是目前在设计阶段应用最广泛的固有频率计算方法,而影响计算结果准确性包括材料参数、各部件间的实际接触状态等。通过LMS公司的采集系统进行实际模态测试,并采用Ansys的有限元分析法,考虑导条和端环、导条和铁心、铁心和转轴实际接触状态计算转子的固有频率。根据实际模态测试结果,以验证Ansys计算结果的实效性,为进一步提高牵引电机转子模态仿真精度提供有益参考,也为进一步改进转子结构,保证转子在实际运行中不会发生共振提供依据。

时变负载下笼型电机转子断条故障诊断方法

针对时变负载下,笼型电机定子电流呈现出非平稳、非周期性,使得现有时变负载下的转子断条故障识别方法受电流基频调制影响而出现诊断失效的问题,提出了一种基于提格-凯撒能量算子(Teager-Kaiser energy operator,TKEO)的时变负载下笼型电机转子断条故障诊断方法。该方法采用TKEO提取电流信号的瞬时频率,以判断电机断条故障的严重程度。为验证该方法的有效性和优越性,通过实验获取不同健康状态和不同负载条件下的电流信号,并对其进行诊断。同时将分析结果与传统方法进行了多维度的比较。结果表明:该方法在时变负载下能够更准确地区分电机的健康状态,对负载扰动具有更强的鲁棒性,特别是轻载运行状态下,该方法的相对变化梯度数值差异相较于传统方法高4~6倍,此外,提取到的故障频率波动范围更集中在0~5 Hz之间。

鼠笼转子端部扭振特性研究及其对结构可靠性影响

针对变频器驱动下牵引电机受到谐波转矩的影响,分析了谐波转矩对铜条式鼠笼转子结构的作用机理。采用试验与仿真相结合的方法识别鼠笼转子端部特性。首先,通过模态分析,获取了鼠笼转子的模态参数;然后,建立了基于模态试验的转子等效有限元模型,分析了其在12倍频特征电磁激励下的静强度及谐响应。最后,基于导条振动测试平台,研究了鼠笼转子端部扭振特性,并对载荷放大效应进行了验证,为提升铜条式鼠笼转子端部结构的可靠性提供了一定的理论支撑。

新能源汽车驱动电机故障诊断与分析

新能源汽车具有低排放、低能耗、环保节能等特点,是推动汽车产业向清洁、高效方向发展的重要途径之一。驱动电机作为新能源汽车的核心动力系统,其性能和稳定性对整车性能至关重要。由于特殊的工作环境和复杂的系统结构,驱动电机故障的诊断与分析成为新能源汽车维修中的关键问题。该文基于新能源汽车驱动电机故障评定指标,系统阐述了永磁同步电机和直流电机结构组成、故障类型及诊断方法。旨在为新能源汽车驱动电机故障诊断与维修提供参考与借鉴,促进新能源汽车技术的进一步发展与应用。

三相鼠笼异步电动机无传感器转速检测技术及其适应性

针对三相鼠笼异步电机无位置传感器快速傅立叶变换(fast Fourier transformation,FFT)测速方法需要预先知道转子槽数,且测试精度易受噪声干扰和采集时长等因素的影响,提出一种基于奇异值分解-Prony(singular value decomposition-Prony,SVD-Prony)算法的无位置传感器高精度转速测量技术。运用电机学相关理论,研究转子槽谐波测速机理,并给出整数倍率转子槽数的计算方法。在分析并明确定子电流噪声影响和FFT法存在检测精度受采样时长限制等问题的基础上,研究基于奇异值增长率的SVD滤波方法和用于辨识转子槽谐波的Prony算法,并以Y160M-4型电机为研究对象,在不同运行状态下对该技术的适应性进行分析。在此基础上,构建相关物理测试平台,对YE90S-2型电机进行实测。结果表明,在相同采集情况下,所提方法测试绝对误差仅为FFT测速方法的几分之一,检测精度大幅提高。

异步电动机的转子断条问题研究

讨论了异步电动机转子断条故障的特征机理,介绍了通过定子电流监测进行故障诊断的方法。概述了鼠笼式异步电动机转子断条故障可能由机械应力、过载电流和设计缺陷等因素引起,并强调了这种故障对电机性能的负面影响,包括转速异常、噪声增大和潜在的安全风险。提出了通过监测气隙磁场变化和定子电流频谱分析来诊断故障的方法。在正常情况下,电机磁动势平衡对称,而转子断条破坏了这种对称性,导致转矩波动和平均转矩下降。通过对定子电流进行频谱分析,检测到特定的谐波分量。提出结论,尽管传统理论侧重于基波的影响,实际上其他定子电流成分也参与了谐波的生成,并且可以通过监测特定频率的谐波分量来判断转子是否存在断条故障。

基于永磁辅助转子和改进磁障的笼型感应电机的研究

为了有效提高笼型感应电机的功率因数,通过对传统三相四极笼型感应电机的转子结构进行改造,提出了一种基于永磁辅助转子和改进磁障的新型笼型感应电机。采用二维瞬态有限元分析方法,对比和分析了所提新型感应电机和传统感应电机在磁路分布、磁通密度、功率因数和效率方面的性能差异。结果表明,相比于传统感应电机,所提出的新型感应电机可将功率因数提升至0.86~0.98,效率最高可达到95.5%,新型感应电机能够在优化的功率因数下更加高效地运行。

鼠笼异步电机多故障智能诊断基本研究

围绕鼠笼式异步电动机的结构、工作原理及其多故障智能诊断技术进行了深入研究。介绍了鼠笼电机的构造和基本工作原理,包括其定子和转子的主要组成部分,以及电机的起动和运行机制。分析了鼠笼电机可能出现的机械和电气性质故障,如转子断条和轴承故障,并推导了相应的故障特征频率分量,阐述了其在故障诊断中的作用。指出了鼠笼电机故障诊断的难点和现有技术的局限性,并提出了基于参数测定和机器学习技术的智能诊断方法。强调了智能故障诊断技术在保障工业生产连续性和安全性方面的重要性,并展望了未来的研究方向和技术发展。

三相鼠笼异步电机转子断条故障检测

针对转子断条故障信号易被基波淹没,故障特征不易提取及容易误判等问题,提出在空载低压运行状态下通过基于奇异值增长率的SVD-Prony算法检测转子断条故障。在研究转子断条故障特征及转子槽谐波测速机理的基础上,给出了整数倍转子槽数的理论计算公式及转子断条故障信号频率与转子槽谐波频率的关系表达式,并通过转子槽谐波频率验证转子断条故障信号的正确性,以此提高转子断条故障检测的有效性。通过仿真,验证了所提方法的有效性和实用性,对电机转子断条故障检测研究具有重要意义。

基于故障特征分析的笼型电机转子断条故障诊断方法综述

笼型电机在运行过程中,电气、机械、热、磁和环境应力均可能导致其出现故障。开发一种可靠且高效的笼型电机故障诊断技术逐渐成为一项重要的研究课题。转子断条故障是笼型电机关键故障之一,会影响笼型电机的正常工作,需要对转子断条进行监测,及时发现潜在故障并预警。针对该问题,从电流信号、电压信号、振动信号和声信号这几方面进行分析,对现有的转子断条故障诊断技术进行梳理、归纳,并将各类方法的优势和局限性进行对比分析,总结了笼型电机转子断条故障诊断技术存在的主要问题,并对未来发展趋势进行了展望,旨在给该领域研究人员提供研究思路。

笼条对磁阻转子电励磁同步电机性能影响

针对磁阻转子定子电励磁无刷同步电机(SEEBSM)起动较慢、带负载能力不强等问题,研究了在磁阻转子内添加笼条结构对电磁性能和温度的影响。阐述了带有笼条的磁阻转子结构的工作原理以及运行方式。采用有限元方法分别研究了磁阻转子有、无笼条与不同笼条组合形式对转速的影响,以及笼条对带负载能力的影响。建立了三维稳态温度场物理模型,分别对磁阻转子有、无笼条结构下的稳态温升进行了仿真研究。研究结果表明,磁阻转子带笼条结构可以大幅度提高电机的起动性能和带负载能力,负载运行时主要结构的稳态温升虽明显增大,但仍满足绝缘等级要求。

基于改进转子端环参数计算的深槽笼型异步电动机启动特性仿真分析

为了更为准确分析深槽笼型异步电动机的启动性能,本文在考虑铁芯饱和、导条涡流、绕组端部电阻和电感的基础上,进一步考虑了转子铁芯、转子压圈及平衡环对转子端环电抗参数的影响,以及转子导条伸出铁芯部分对转子端环电阻参数的影响。建立了750kW深槽笼型异步电动机场-路-运动耦合时步有限元模型,对其启动特性进行了全面的仿真分析,分析了电动机在启动过程中电磁场、转子导条涡流的变化情况,计算了电机在启动瞬间的冲击电流和冲击转矩,并将仿真结果与试验值进行对比分析。结果表明:采用本文所提出的基于改进转子端环参数的计算方法和场-路-运动耦合时步有限元模型,得到的深槽笼型异步电动机启动特性的计算结果具有更高的仿真精度,为今后的深槽笼型异步电动机启动性能优化设计、运行维护及保护整定提供有效参考。

基于瞬时功率信号频谱分析的鼠笼式异步电动机转子故障在线诊断方法

该文介绍了一种基于瞬时功率频谱分析的鼠笼式异步电动机转子故障监测与诊断方法。采集定子某两个端子之间的线电压和对应的线电流,由二者的乘积即可构成瞬时功率信号。理论分析表明,与常见的基于定子线电流频谱分析方法相比,使用瞬时功率信号能避免基波电流对故障特征成分的影响,更好地突出故障特征,分离复合故障。这些都有益于对故障程度的量化,和诊断规则的建立。通过对样机进行断条和偏心故障设置,多种故障情况下的实验结果也证实了上述结论。

基于Park矢量的变频电源供电的笼型异步电机转子断条故障诊断方法

基于工频电源驱动时扩展Park矢量方法诊断笼型异步电机转子断条故障的有效性,研究了在变频电源供电情况下该方法的诊断有效性。对断条故障电机变频电流进行了实测、分析和对比,结果表明:当采用变频电源供电时,传统的单相电流频谱分析方法无法正确诊断转子断条故障,而扩展Park矢量方法具有良好的诊断准确性和适用性。

用自适应方法提取鼠笼式异步电机转子断条的特征分量

本文根据自适应滤波的原理,推导出处理鼠笼转子异步电机定子电流的方法。经过仿真计算和对转子有断条的电机定子电流的处理,结果表明:用本方法可以大大提高检测转子断条故障特征分量的灵敏度。

基于RELAX频谱分析方法的鼠笼式异步电动机转子故障诊断

在基于电流信号分析的异步电机故障诊断方法中,故障特征成分(尤其是断条特征)往往容易被基波分量和噪声信号中所淹没。因此,有效地克服基波和噪声的影响是诊断过程的关键。RELAX是一种对加性噪声以及系统误差假设可松弛的算法,提出了一种基于该算法的鼠笼式异步电动机转子故障监测与诊断方法。文中从理论上推导了鼠笼式异步电动机转子故障时的电流信号模型,将RELAX算法应用于电源基波特征参数提取,并从噪声和杂波的连续谱中估计出特定故障的离散谱参数,从而达到消除电源和噪声影响、突出故障特征的目的。通过对样机实测信号进行了分析处理,实验结果验证了RELAX算法的有效性和优越性。

三相鼠笼式异步电动机转子断条故障程度的诊断方法

从三相鼠笼式异步电动机转子断条的物理本质出发,解释断条时定子电流频谱中各种特征频率成分出现的原因,并得出相邻的多根导条断裂时,由定子电流中故障特征成分与基波成分的幅值之比与断条程度之间的修正关系。经计算对比表明,该修正关系与实际情况较吻合,适合于用来诊断转子断条数。

复合笼型转子感应电动机起动性能的数值计算

给出复合笼型转子感应电动机起动时的求解域、边界条件和假设条件。利用电磁场理论和变分法建立了复合笼型转子感应电动机起动时二维电磁场的数学模型,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子起动电流进行迭代计算,得到了额定电压下的起动电流和起动转矩,最后把正弦电磁场计算结果与实测结果进行对比,表明复合笼型转子感应电动机起动性能的计算结果满足工程实际的需要。同时,将计算结果与普通感应电动机进行比较,表明了复合笼型转子感应电动机具有良好的起动性能。通过改变复合材料的磁导率和电阻率的大小,进一步研究了复合材料磁性能和电性能的变化对起动性能的影响,对于合理选取复合性材料铜铁合金配方有一定的意义。根据复合笼型转子感应电动机一对极下的非线性时变场的求解结果,计算了10个槽的漏感,计算结果表明,起动时各槽参数并不相同。

导磁导电复合笼条转子感应电动机性能计算

为了研究既导磁又导电的复合材料作为高功率电机的转子材料时对其性能的影响,对37k W感应电动机进行了复合材料和普通铸铝材料的对比分析。采用二维电磁场有限元计算方法,建立了37k W感应电动机的数学模型和物理模型进行分析。在考虑工艺可行性的情况下,优化设计了三种适合复合笼条嵌入的转子槽型,分析复合材料放置位置对电机起动性能和运行性能的影响。同时,改变转子槽内合金材料的宽度,分析复合材料放置面积对电机起动和运行性能的影响,并与采用相同机座号的普通铸铝材料的感应电动机进行性能比较,证明了复合笼条转子应用于37k W感应电动机具有优越的起动性能和良好的运行性能,为新型感应电机设计和电工材料的选取提供一定的可行参考。

鼠笼电机转子断条故障的定子电流信号平方解调分析诊断方法

受基频频谱泄露影响,经典MCSA方法诊断鼠笼电机转子断条故障时的诊断能力严重依赖于电机负载大小。针对这一问题,提出了基于定子电流信号平方解调制分析诊断方法。首先采用硬件方式对定子电流信号作基于平方解调制的信号预处理,以此消除制约诊断能力的基频频谱泄露,继而对解调后的信号作快速傅里叶变换,然后根据频谱中是否存在特征频率成分判断转子断条故障发生与否。在3 k W电机实验平台上对所提出的方法进行实验验证。实验结果表明,即使鼠笼电机在轻载或空载条件下运行时所提出的方法仍然能够诊断出转子断条故障,从而有效提高了诊断能力。