Shape optimization of 3D curved slots and its application to the squirrel-cage elastic support design

The squirrel-cage elastic support is one of the most important components of an aero-engine rotor system.A proper structural design will favor the static and dynamic performances of the system.In view of the deficiency of the current shape optimization techniques,a new mapping approach is proposed to define shape design variables based on the parametric equations of 3D curves and surfaces.It is then applied for the slot shape optimization of a squirrel-cage elastic support.To this end,an automatic design procedure that integrates the Genetic Algorithm (GA) is developed to solve the problem.Two typical examples with different shape constraints are considered.Numerical results provide reasonable optimum designs for the improvement of stiffness and strength of the squirrel-cage elastic support.

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。

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。

鼠笼式电机转子钎焊模卡导条拉脱原因分析及解决措施

某型机车牵引电机鼠笼式转子端环与导条模卡钎焊外观检查合格后进行拉伸试验,部分端环-导条钎焊接头的导条从焊缝位置拉脱,不能满足抗拉强度要求。为解决该问题,通过渗透探伤和宏观检测发现端环内侧与导条的钎缝界面存在微裂纹、钎料填充不致密和分层等缺欠。端环-导条结构设计不合理以及钎焊高温持续时间不足是导致拉脱问题的主要因素。针对这两个因素提出了改进方案:端环槽深由6 mm改为4 mm、增加端环槽内侧45°倒角,冬季钎焊时450℃保温时间延长为90 s。改进后经拉伸试验验证,成功解决了导条拉脱的问题,保障了产品质量。

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。

鼠笼弹性支承刚度的数值仿真及影响因素研究

为了能准确获得鼠笼弹性支承的刚度特性,对鼠笼刚度进行了理论分析、数值仿真和试验测试研究。首先,对鼠笼进行了网格无关性检验,研究表明,鼠笼条网格和鼠笼条根部圆倒角网格对鼠笼刚度计算结果影响明显。其次,研究了外力加载方式对鼠笼刚度的影响,研究表明,在不考虑轴承建模时,不同的外力加载方式会使得鼠笼承力端产生不同程度的形变而影响鼠笼的刚度;考虑轴承建模时,外力加载方式对鼠笼刚度的影响减小,且数值仿真结果趋近于通过刚性域加载得到的鼠笼刚度。最后,设计并搭建了鼠笼刚度试验测试平台,得到了鼠笼刚度的试验值,验证了数值仿真的正确性及合理性。

6kV浆液循环泵电机定子绕组接地故障分析及预控

某600 MW火电机组6 kV脱硫浆液循环泵电机在机组降负荷后短时升负荷时,带载热态启动过程中出现速断保护动作现象,测量电机绝缘电阻为零,更换备用电机运行。通过对电机解体,发现转子鼠笼端环焊块脱落、定子绕组外绝缘破损严重,确定绕组接地造成保护跳闸,从保护定值、运行操作、规程要求、检修维护多方面分析根本原因,提出工作票及运行规程优化建议,为预控此类故障提供参考思路。

工况对鼠笼式电装的影响性分析

核电用某型闸阀在进行无介质、有介质、蒸汽介质3种不同工况下的动作性能检查时,在无介质、蒸汽介质工况下执行开启动作至开阀灯亮后阀门出现明显撞击声,执行关闭动作瞬时断电后阀门自由下行至关阀灯亮等异常现象。经过数据分析后得出阀门采用的鼠笼式电装在无介质、蒸汽介质工况下运行惯量、断电后转动力矩过大,导致位置信号失去作用,引发阀门出现过开、过关等异常现象,严重损伤了阀门机械部分零件的使用寿命。经过调整阀门用鼠笼式电装后在无介质、有介质、蒸汽介质3种不同工况下进行动作性能试验,均未出现阀门过开、过关等异常现象。本文对鼠笼式电装存在的表观现象进行汇总、分析。

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。

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。

STATCOM/VRB改善笼型风电机组性能的控制策略

为了提供笼型机组发电时所需无功功率并平滑笼型机组有功功率的波动,将无功功率补偿装置STATCOM与VRB储能系统合二为一构成STATCOM/VRB装置,用以改善笼型风电机组性能。首先构建了STATCOM/VRB数学模型;然后研究系统各部分的控制策略,通过在STATCOM/VRB装置的DC/DC变换器处加装模糊控制器,并提出一种基于模糊自适应的STATCOM/VRB控制策略;最后在MATLAB/Simulink环境下进行仿真研究,结果表明在风速骤升和骤降两种情况下该控制策略依然可以有效平抑风电功率波动并维持储能系统工作在合理状态,有效提升电网安全运行水平。

免耕播种机鼠笼型地轮参数优化

地轮是免耕播种机的主要工作部件,可为播种机提供播种和施肥动力,地轮的结构与参数影响着播种机的作业质量。为降低滑移率,减少漏播、空穴和施肥量不足等问题,以鼠笼型地轮为研究对象,通过选取地轮直径、地轮轮宽与垂直载荷为试验因素,采用单因素及三因素三水平正交试验设计方法,进行单间试验及方差分析。研究结果表明:影响滑移率和地轮摩擦力主次因素为垂直载荷>地轮直径>地轮轮宽;确定最佳因素组合为垂直载荷350N、地轮直径610mm、地轮轮宽126mm。此时,地轮滑移率值为1.93%,地轮摩擦力值为330N。

鼠笼弹性支承干摩擦减振试验研究和参数识别

针对鼠笼弹性支承干摩擦阻尼器减振机理和摩擦参数不确定问题,提出了基于双线性梁单元简化模型的两步参数识别方法。基于梁单元弯曲理论和有限元分析,开展刚度分析并提出鼠笼弯曲刚度经验计算公式,相比传统理论公式误差更小,为参数识别提供初值条件。建立了鼠笼弹性支承干摩擦试验台,改变鼠笼端面接触压力,开展了鼠笼弹性支承扫频试验,得到了表征界面能量耗散特性的黏滞-滑移特性曲线和最佳正压力。基于鼠笼弹性支承黏滞-滑移曲线,采用遗传算法开展了梁单元与双线性弹簧单元两步参数识别,开展了参数识别结果验证和误差分析。试验结果表明,双线性梁单元简化模型迟滞曲线面积误差在10%以内,相比三维有限元模型,计算时间缩短了92.34%。该模型可为鼠笼弹性支承干摩擦减振设计提供一种高效的简化计算模型。

鼠笼异步式风机的新型控制方法研究

针对目前鼠笼式异步风力发电机控制系统的缺点,提出了一种用于鼠笼式异步风力发电机组的新型控制方法,目的在于实现鼠笼式风机发电效率的最大化和系统成本的最小化。该控制方法的拓扑由电压源变流器(voltage source converter,VSC)、功率因数转换器(power factor correction converter,PFCC)和电容器组成,通过VSC为鼠笼式发电机提供励磁以实现最大功率跟踪控制,同时通过并联PFCC将发电机输出的全部有功功率传输至直流侧,使得VSC仅为发电机提供无功功率。并通过并联电容器补偿发电机所需无功功率以减小系统所需VSC的容量,从而最大程度地降低系统成本。同时,以提高机组效率为目的,通过分析确定了该机组的转差率和最佳电容器容量。在理论分析的基础上,基于Matlab软件对设计的控制系统进行仿真验证,仿真结果证明了该方法的可行性和控制方法的有效性。

气隙固定磁通可调型永磁调速器极槽配合分析

为了提升永磁调速器的输出转矩,并简化其调速过程中所需机械操动机构,将开槽导体转子结构和机械调磁方法相结合,提出了一种气隙固定磁通可调型永磁调速器.首先,分析新型永磁调速器的结构特征和运行原理;然后,基于理论模型和有限元法分析影响其基本电磁特性的关键因素,重点研究永磁极数与导体转子槽数之间的配合问题,并获取多种极槽配合情况下输出转矩滑差特性以及转矩脉动情况;最后,以输出转矩最大、转矩脉动最小为目标,获取最优极槽配合方案,并制造原理样机,得到其调速特性、功率、损耗和效率.结果表明:每对极导体转子槽数为奇数时,转矩脉动小;每对极导体转子槽数为偶数时,转矩脉动较大,并且随着每对极导体转子槽数的增加,转矩脉动降低.

鼠笼式弹性支承的柔度计算及影响因素分析

鼠笼式弹性支承常用于现代航空发动机调整临界转速以实现振动抑制。针对理论公式在工程应用中预测柔度较小的鼠笼式弹性支承的柔度时存在一定误差的问题,基于有限元法进行了鼠笼式弹性支承柔度数值计算。讨论了弹支数值仿真计算边界条件的合理性,分析了笼条根部倒圆、非笼条鼓筒及工艺简化导致笼条截面形状改变等因素对鼠笼式弹性支承柔度的影响;将非笼条局部增大刚度模型的仿真计算结果与理论公式计算结果进行了对比,以验证有限元数值计算的可靠性。结果表明:由非笼条局部增大刚度模型得到的数值仿真计算结果与理论公式得到的理论解吻合很好;理论公式未考虑的非笼条鼓筒部分、笼条根部倒圆等因素对柔度预测有一定的影响。采用有限元数值仿真方法进行弹支结构的柔度设计,可以克服理论解析方法无法考虑倒角等结构细节特征影响的局限性,从而获得更逼近真实条件的鼠笼式弹性支撑结构设计方案。

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。

鼠笼转子端环应力研究及护环选取原则

鼠笼式异步电动机,铜条放置在转子槽中,两端通过端环短接。电机运行时,端环承受高速旋转带来的离心力以及热胀带来的热应力,端环受到的合应力可能会超出材料许用值,此时是否加护环成为了电动机可靠运行的必要考虑因素。本文通过对比三种不同的解析方法,推导出一种简单、可靠的解析计算方法以及判断标准,并通过与有限元分析法对比及试验验证得出用线速度界定护环的方法是可行的。本文完成对鼠笼型电动机转子护环受力的分析,并为实际项目中转子护环的选取提供切实可行的方法与理论依据。

感应电动机定转子全域温度场数值计算及相关因素敏感性分析

提出了针对无轴向通风冷却电机温度场计算的新思想,合理处理了电机定子与气隙之间以及转子与气隙之间复杂的对流散热过程,妥善解决了定、转子之间的热交换问题。给出了散下线定子绕组的等效热模型,简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了笼型感应电动机定、转子全域温度场二维数学模型和二维有限元计算模型。计算了电机额定负载运行时定、转子的稳态温度场以及气隙温降;实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。在该温度场计算模型的基础上,分析了电机温度场对定子铜耗、散热翅高度以及定子绕组浸渍质量等相关因素的敏感性,为电机优化设计奠定理论基础。