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。

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

异步电机永磁悬浮轴承结构设计与动力学计算

为保证异步电机转子在永磁悬浮状态下仅有微摩擦特性,必须保证永磁轴承具有稳定的高势能状态。采用一个机械调心滚子轴承限定其转子轴向位移。基于气隙磁导及等效磁荷法计算出转子所受不平衡磁拉力,并给出永磁轴承定转子气隙、转子偏移、永磁轴承环数划分、气隙位置与径向刚度之间的关系,对上述参数进行优化以获得永磁轴承的最佳径向刚度,使永磁轴承能有效平衡电机转子所受的不平衡磁拉力。通过对转子涡动轨迹及临界转速进行分析,验证了异步电机永磁轴承悬浮结构可实现微摩擦悬浮。

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。

不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响

研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响。首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式。然后代入到转子系统的运动方程中,采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应,详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响。研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据。

不平衡磁拉力作用下裂纹转子系统的分岔

针对大型旋转机械转子系统机电耦合具有强非线性特征的问题,根据磁拉力与转子偏心的关系,推导出不平衡磁拉力(Unbalanced magnetic pull,UMP)的解析式,建立UMP作用下裂纹转子—轴承系统的动力学模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子的分岔与混沌特性。通过分岔图、Poincaré图和频谱幅值图分析UMP和裂纹深度对转子运动的影响,结果表明:UMP使转子系统随速度变化的典型动力学响应有所提前,振幅增大,幅值谱图中出现了连续幅值较大的谐波分量;随着裂纹深度的不断增加,转子系统在亚临界转速区出现了短暂的混沌运动,在临界转速附近的混沌区域不断减小,其混沌特征有所变化,且进入混沌区域的倍周期分岔运动基本消失,而在超临界转速区则出现了较长的周期7运动。研究结果为深入解析机电耦合转子系统故障机理提供有益的理论参考。

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。

计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究

针对高速电主轴转子偏心状态产生的两种载荷-电磁不平衡拉力与离心力,据电磁理论建立电磁不平衡拉力载荷模型,理论分析两种偏心载荷幅值及频率特性;应用Timoshenko梁理论,建立耦合入轴承动态支撑刚度矩阵并以两种偏心载荷为外力的转子有限元模型;据动力学方程计算转子系统固有频率、振型,研究电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷对转子系统动态特性影响;通过实验验证两种偏心载荷为引起高速电主轴转子振动的主要因素及转子系统一阶固有频率随转速升高而升高,实验结果与理论计算误差较小。

隐极同步发电机转子匝间短路时转子不平衡磁拉力特征分析

考虑到转子匝间短路会在定子回路产生与极对数和定子绕组形式有关的偶数次和分数次不平衡电流分量,首先基于不平衡电流谐波分量产生的各次谐波磁动势,推导了转子在定子直角坐标系中不平衡磁拉力(UMP)的表达式,并根据故障时定、转子磁动势的特点,得到了故障后UMP的频率分量表达形式,形成了一套完整的故障时UMP特征分析方法。用该方法对不同极对数的隐极发电机样机转子匝间短路故障进行了分析,并通过基于ANSOFT软件的场路耦合计算得到了故障中转子电磁力的数值结果。仿真结果符合理论分析的UMP特征,验证了所提出的转子受力分析方法的正确性。理论分析与仿真结果均表明,不同极对数和定子绕组形式的发电机故障时转子UMP的谐波特征不同,为机电信息融合的转子匝间短路故障监测奠定了基础。

电动车用永磁同步电机转子偏心对电磁力影响分析

针对电动车用永磁同步电机转子偏心问题,对偏心对电磁力的影响进行研究.通过解析法和有限元法建立电机偏心电磁力以及不平衡磁拉力模型,分析静动态偏心对电磁力的影响,得出静动态偏心会增加±1阶电磁力成分,并分别产生0Hz和f/p的不平衡磁拉力,且不平衡磁拉力成分随偏心率呈线性变化.这就为分析电动车用电机的振动和噪声激励源奠定了基础.

隐极发电机转子匝间短路时转子不平衡磁拉力的解析计算模型

采用多回路法计算发生转子匝间短路故障时隐极发电机的定、转子电流,基于计算结果,按照发生转子匝间短路故障时电机各回路的实际构成方式,对故障时的气隙磁场进行了分析,得出气隙磁动势和磁密的计算模型;通过求解Maxwell应力的积分,得到转子不平衡磁拉力。对一台1对极隐极模拟样机进行转子匝间短路实验,实验结果验证了计算模型的正确性;将所提计算模型得到的结果与ANSYS仿真结果进行对比,结果证明所提计算模型具有耗时短、效率高的优点。

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。

单边磁拉力对大型感应电机转子临界转速的影响分析

以11k V、20极6500k W大型三相感应电机为例,研究单边磁拉力对大容量低速电机转子振动的影响。采用有限元法计算出转子的单边磁拉力;运用软件ARMD(Advanced Rotating Machinery Dynamics)建立了该大型三相感应电机转子动力学模型;以对模型是否填加单边磁拉力作为边界条件,分别计算得出转子前三阶固有频率。通过对比分析数值计算结果可知,单边磁拉力的存在会使转子固有频率降低,而增大轴承支承刚度有利于消除这一影响。由此为大型感应电机转轴机械设计进而提高其运行性能及可靠性,提供了理论依据。

基于HB-AFT方法的水电机组转子-轴承系统振动特性研究

受电磁、机械等外激励联合作用影响,水轮发电机组转子-轴承系统运动微分方程呈强非线性特性。采用半解析半数值谐波平衡-时频域转换方法对系统周期解予以求解,并与数值计算方法所得结果进行对比。结果表明,是否考虑不平衡磁拉力作用系统呈现出截然不同的动态特性。谐波平衡-时频域转换方法可以从解析层面准确展现稳定的转子周期运动形态;对于拟周期等非稳态运动,该方法虽无法完全展现系统的动态响应,但据此得到的解析结果可用于判断转子运动趋势及振动响应成分构成,从而为水轮发电机组轴系早期故障诊断识别提供有益借鉴。

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。

无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合选择与应用(连载之三)

在文献[1]基础上,继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论,分析影响槽极数组合选择的若干制约因素,如奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁势谐波与转子涡流损耗、组合的最小公倍数和齿槽转矩、绕组排列与径向不平衡磁拉力、纹波转矩等。结论可供设计者参考。

低温余热磁悬浮发电机转子轴系振动机理研究

采用磁悬浮高速直驱发电设备能够显著地提高低温余热发电系统的效率。以磁悬浮高速永磁发电机为对象,研究磁悬浮转子受到的电磁不平衡拉力及其轴系的径向振动情况。文中综合考虑磁悬浮转子静、动态偏心,结合麦克斯韦应力法与等效磁路法推导了电机不平衡拉力的解析模型,并结合转子质量不平衡激励以及磁悬浮轴承的控制反力研究了转子的振动情况。文中通过计算、仿真及试验对影响不平衡拉力的主要因素进行了详细分析,得到了其与偏心量幅度、发电机转矩角以及转子磁动势与偏心角度的初始相差等多个因素的关系,所得研究结论为抑制磁悬浮发电机转子振动提供了理论依据。

汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力(UMP),以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明:UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.

水轮发电机转子典型机电故障的不平衡磁拉力研究

针对水轮发电机发生转子偏心和转子绕组匝间短路故障产生不平衡磁拉力,进而引起机组强烈振动的情况,通过有限元仿真软件建立一台550MW水轮发电机二维仿真模型,分别对转子动、静偏心故障及转子绕组匝间短路故障进行模拟,计算各故障情况下的不平衡磁拉力,分析转子偏心程度、方向和转子绕组匝间短路程度对不平衡磁拉力大小和方向的影响。结果表明,不论是发生转子偏心故障还是发生转子绕组匝间短路故障,不平衡磁拉力数值均随故障程度的加重而增大,且不平衡磁拉力方向为诊断转子偏心方向和空载情况下匝间短路故障磁极提供帮助。研究成果为未来研究水轮发电机振动现象和故障检测奠定了基础。

无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合选择与应用(连载之四)

在文献[1]基础上,继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论,分析影响槽极数组合选择的若干制约因素,如奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁势谐波与转子涡流损耗、组合的最小公倍数和齿槽转矩、绕组排列与径向不平衡磁拉力、纹波转矩等。结论可供设计者参考。