大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYSRmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。     

水轮发电机气隙不均匀对磁场强度及转子 磁极应力变化的影响分析

定子内腔和转子外圆气隙不均匀是大型水轮发电机组的主要振源之一。在定子和转子间产生的不均衡磁拉力,对转子和定子形成转频激扰力。为探讨气隙不均匀与磁场强度及电磁应力之间关系,依据发电机的实际结构,考虑铁心饱和的情况,以局部电磁力计算方法中的局部麦克斯韦应力法和虚位移法为基础,结合有限元软件电磁模块分析工具,对水轮发电机转子对中及偏心的6种工况进行发电机内部整体气隙磁场磁感强度及转子表面应力分析,研究水轮发电机气隙变化对转子磁极应力的影响。     

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予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.     

大型水轮发电机温度场与热应力分析

近年来水轮发电机的单机发电容量愈来愈大,水轮发电机的电磁负荷和热负荷也随之增加,研究大型水轮发电机的电磁分析、温度与热应力尤为重要。以某大型水轮发电机组为例,采用ANSYS-Rmxprt组件建立某大型水轮发电机的等效模型,再通过ANSYS的Maxwell2D仿真模块对水轮发电机电磁有限元模型进行瞬态电磁场分析,分别求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载两种工况下产生的铜耗及铁耗。然后建立水轮发电机定子系统三维结构模型并导入电磁损耗密度进行电磁稳态温度场耦合分析,求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载工况下的温度分布。最后将温度场分析与结构热力学分析耦合,求解水轮发电机热应力分布,为降低大型水轮发电机工作温升和预防结构热应力变形提供理论依据。     

双馈风力发电机运行控制及其空间矢量分析

以分析双馈风力发电机交流励磁的电磁本质为目标,运用空间矢量理论建立了双馈风力发电机的空间矢量模型;在此基础上,建立了变速变桨双馈风力发电机组的整机模型,给出了不同运行状态下的仿真曲线。在转子绕组自行闭合与加入转子交流励磁2种情况下,对双馈电机中定转子磁动势空间矢量的相位变化进行对比,揭示了交流励磁对于改变转子磁动势空间矢量相位的作用。研究结果表明,当双馈电机运行在亚同步状态时,通过控制交流励磁电流可以使转子磁动势空间矢量的相位超前于定子磁动势空间矢量的相位,从而使双馈电机在转速低于同步转速时也能处于发电状态。     

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。     

基于直接负载法的某水轮发电机温升试验分析

鉴于定子及转子的温升指标是水轮发电机的重要运行参数之一,采用直接负荷法对某80 MW水轮发电机进行了温升试验,因当前试验水头低机组达不到额定负荷,计算并校正了当前最大负荷工况下发电机的定子绕阻、定子铁心及转子绕阻的温升情况,并对额定负荷工况下的各部温升进行了推算,计算和推算值均满足设计要求。该研究为水轮发电机安全运行提供了技术数据。     

水轮发电机碳粉收集系统研究与应用

水轮发电机组励磁电流输入转子,转子磁场切割定子绕组形成定子感应电动势,将定子绕组接通负载,发电机就会发出电能;而集电环系统作为励磁电流传输的重要设备,是将励磁电流从静止部件(碳刷)传输至旋转部件(集电环)的传输通道,发电机组运行时,碳刷在集电环上一直滑动摩擦,就会产生大量的碳粉.碳粉在集电环、刷架等设备的绝缘部件上堆积,影响发电机的绝缘性能,可能会造成零点接地、碳刷打火、碳刷高温等问题,严重者会烧毁集电环,影响机组的安全、稳定运行.早期的发电机组是通过定期做清洁来解决碳粉堆积的问题,而目前国内外对发电机碳粉都有一些各自的收集处理方法,碳粉收集效果各不相同[2-5].     

可变偏心距风力机模态特性分析

在水平轴风力机的结构基础上,文章提出了一种具有风轮侧偏功率调节功能的可变偏心距风力机。通过对整机进行模态分析及风洞测试,验证了该风力机在不同来流风速下运行的稳定性。模态分析结果显示:可变偏心距风力机前6阶固有频率均处于共振带之外;摆振为可变偏心距风力机整机的主要振动形式;来流风速对风力机的振动频率影响较小,在不同偏心距工况下,随着来流风速的增大,1阶动频均呈减小趋势,最大降幅为0.14%;风轮转速对风力机的振动频率影响较大,随着转速的升高,风力机的动频会显著升高,当风轮转速为180 r/min时,1阶动频较额定转速工况(450 r/min)相差24%;当风轮转速达到630 r/min时,1阶动频较额定转速工况相差14%;通过增大偏心距可实现对输出功率的有效控制,当来流风速为16 m/s时,右偏100 mm工况下的输出功率为未偏心工况的64%。     

大型永磁直驱同步风力发电机电磁振动的仿真分析

文章研究了大功率、多极数、低转速的大型永磁直驱同步风力发电机电磁振动问题,首先利用Ansoft软件计算发电机电磁场,然后根据Maxwell应力张量理论得到发电机定子时空分布的电磁力,再由二维傅里叶变换分析电磁力波的组成,建立了电机定子振动的三维计算模型,最后应用Ansys软件对定子进行模态分析,将电磁力作为激励源计算定子的瞬态响应。该计算结果与测试结果较为近,可以在工程中应用。     

三相异步电机电磁振动有限元计算分析

本文主要研究异步电机空载运行情况下的电磁振动。建立了三相异步电机时步有限元模型,计算了电机瞬态电磁场,得到了电机空载稳态运行状态下的磁场分布情况,进而应用麦克斯韦应力张量法计算电机径向电磁力。对径向电磁力做频谱分析,与解析计算进行对比分析,确定径向电磁力谐波主要成分。利用Ansys有限元软件建立电机三维结构有限元模型,将电机瞬态场计算得到的径向电磁力施加在电机定子齿表面上,计算电机的电磁振动响应。最后,将仿真结果与实验结果进行对比分析,验证仿真计算的准确性。实验结果表明,应用本文方法可以准确计算出电机的电磁振动的频谱分布,可以用于在电机设计阶段对电磁振动的分析。     

双馈风力发电机机侧变流器分析

根据变速恒频双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制理论,采用双闭环结构SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）,通过控制转子侧励磁电流达到控制电机定子侧的无功功率和频率的目的。并通过PSIM软件进行亚同步、超同步运行实验,双闭环控制保证了双馈电机的快速响应,仿真验证了双馈风力发电机控制策略的正确性     

负荷波动对灯泡贯流式水轮发电机转矩及损耗的影响

针对灯泡贯流式水轮发电机组负荷波动影响发电机转矩波动及转子涡流损耗的问题,以一台24 MW灯泡贯流式水轮发电机为例,利用有限元法建立了水轮发电机二维电磁场模型,并计算了发电机负载运行与空载运行时的定子绕组的电压与电流,验证了模型正确性。在此基础上,对比分析了发电机组工作在不同负荷工况下发电机的转矩脉动系数及其转子涡流损耗的差异,并得到二者随机组负荷的变化规律,揭示了机组负荷波动对发电机转子涡流损耗的影响机理,为灯泡贯流式水轮发电机的设计提供参考。     

永磁同步电机偏心故障的电磁力密度特征分析

气隙作为电机内部磁场能量转换的重要通道,其内部磁场的均匀度会对电机整体性能起着决定作用。基于麦克斯韦应力法及有限元分析,对表贴式永磁同步电机的动态偏心故障进行数值模拟,探究空载状态下永磁同步电机在不同程度偏心故障下的气隙变形对径向电磁力密度时空谱的影响。结合小波变换的分析手段,对比偏心状态与未偏心状态的径向电磁力密度谐波特性。结果表明：偏心状态下,径向电磁力密度的16次、30次谐波幅值显著升高,且伴随偏心故障在径向电磁力密度时频图中产生了一段平稳的低频调制信号。研究结果为表贴式永磁同步电机的故障识别及结构优化提供参考,有助于解决电机内部引起的不平衡电磁力的溯源问题。     

发电电动机定子端部绕组电磁-结构耦合场计算

针对发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下易发生故障的问题,以广州抽水蓄能电站B厂的发电电动机为例,建立了发电电动机定子端部绕组的三维模型,通过有限元法对模型电磁与结构顺序耦合进行仿真计算,得到了额定运行时电机端部绕组的应力和应变分布。结果表明,该方法能够有效地分析发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下的应力应变分布,计算精确度比较高。     

锦屏一级水轮发电机选型计算与性能分析

锦屏一级水轮发电机额定出力为600 MW,额定转速142.9 r/min。通过对水轮发电机主要尺寸、支路数、槽电流、电负荷、定子槽数等进行分析,确定了水轮发电机电磁方案。在此基础上,分别从电压波形畸变系数、阻尼绕组稳态和瞬态特性、定子线棒换位、误同期并网、定子绕组端部电动力、短路电流等方面进行性能分析,论证水轮发电机设计方案的合理性与可靠性。机组运行结果表明,锦屏一级发电机的各项性能指标均优于国家标准GB/T 7894。     

齿谐波励磁的混合励磁发电机带整流负载的定子铁耗计算

针对混合励磁发电机带整流负载时谐波含量增加对定子铁心损耗的影响,建立了齿谐波励磁的混合励磁发电机带整流负载的有限元场路耦合模型,分析了发电机带整流负载在齿谐波励磁系统断开和接通两种工况下的线电压谐波分量,借助传统定子铁心损耗计算模型计算出线电压谐波分量对定子铁心损耗的影响。同时利用有限元电磁仿真软件计算出电机空载及两种工况下的定子铁心损耗,仿真与计算结果比较表明,该计算方法在一定的误差内准确性较高。     

双馈型风力发电机状态监测装置硬件系统设计

结合双馈型风力发电机的结构和故障特点,设计了以ARM处理器为核心的双馈风力发电机多参量状态监测与故障诊断装置的硬件系统。该硬件系统可同时采集双馈发电机的振动、定转子电流、定子电压信号,通过对多参量数据的分析以提高对发电机故障判断的准确性。研究表明:所设计的硬件系统在复杂电磁环境下可长时间稳定可靠地运行,并能对双馈发电机状态进行监测。     

变速抽水蓄能发电电动机电磁设计与试验研究

根据变速抽水蓄能发电电动机的运行原理、等效电路以及功率传输特性,对10MW变速抽水蓄能发电电动机进行了电磁设计,确定了10MW变速抽水蓄能发电电动机的主要结构尺寸;建立了变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机电磁场数学方程进行了计算,分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下亚同步速时磁力线和气隙磁密的分布情况,确定了在发电机工况下亚同步速时定子电压波形和定子电流波形,研究了定子铁芯损耗和转子铁芯损耗的分布规律;根据电磁设计参数加工制造了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机,搭建试验测试平台,将试验测试结果和计算结果进行对比,验证了电磁设计方案的可行性和计算结果的准确性,为更大容量变速抽水蓄能电机的研究奠定了基础.     

变速双馈风力发电机工作原理

现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动质量）,通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并人电网。如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电。