轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明：相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。     

转子偏心对大型汽轮发电机磁场分布及定子铁耗的影响

指出转子偏心是大型汽轮发电机的主要故障之一,故障发生后可能会改变气隙及铁心的磁场分布,加剧定、转子的振动,导致铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等严重后果。偏心后磁场的计算,传统的数值解析法推导过程复杂,准确度不高。以有限元方法为工具,建立了汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,定量分析了发电机转子在偏心率不同时空载和额定负载工况气隙磁密各次谐波的变化情况,研究了定、转子铁心齿部和轭部磁场的分布状况,并在此基础上,讨论了不同偏心率对定子铁心损耗的影响。计算结果表明转子偏心会增加气隙磁密的偶次谐波含量,使转子偏心朝向处的定子磁密增大,反向处的定子磁密减小,导致局部过热,并增加了发电机的定子铁心损耗。     

发电机气隙偏心时定子并联支路的环流特性分析

为了有效监测和诊断发电机主要的机械故障之一的气隙偏心故障,在分析发电机正常情况及气隙偏心故障时定子绕组并联支路环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的气隙偏心故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和气隙偏心故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电势瞬时值和电势差的瞬时值表达式,然后结合静偏心、动偏心、动静复合偏心3种偏心故障下的气隙情况,具体分析了偏心故障下的定子并联支路环流的谐波成分特性及其与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性即故障使环流基频成分突出,环流值随偏心程度的加重而增大。实测SDF-9型故障模拟发电机气隙偏心故障时环流信号与理论分析结果基本符合。     

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。     

隐极同步发电机卡特系数计算的新方法

用轴向卡特系数来描述隐极同步发电机铁芯径向通风道、铁芯两端面边缘效应和铁芯硅钢片叠压时的轴向有效长度,定子开槽和定子斜槽时的气隙有效长度取决于定子气隙卡特系数,分别计算出转子嵌线齿区和未嵌线齿区的卡特系数,然后求出平均卡特系数。     

气隙偏心下永磁风力发电机定子电磁振动特性分析

永磁风力发电机定转子偏心会造成发电机气隙分布不均匀而产生磁场不平衡,使发电机振动加剧,严重时甚至引发转子扫膛,使发电机损坏失效。以某兆瓦级永磁风力发电机为研究对象,理论分析了气隙偏心对发电机气隙磁密和径向电磁力的影响,对于不同气隙偏心量下的风力发电机瞬态电磁场开展有限元分析,获得气隙磁密和径向电磁力分布特性变化规律,进而开展径向电磁力作用下定子谐响应分析,以掌握气隙偏心引起的定子振动响应特性。结果表明：随着气隙偏心量的增加,气隙最小处气隙磁密幅值增大,径向电磁力新增边带分量;发电机定子振动响应中工作频率的倍频幅值也随之增大,其中二阶径向模态响应幅值最大。所得结果可为发电机气隙监测方法研究提供一定的理论依据。     

大型永磁风力发电机偏心故障计算与分析

在永磁风力发电机运行过程中偏心故障时有发生,对风电机组安全稳定运行造成系列影响。基于有限元理论,通过Ansoft Maxwell软件建立了1.2 MW永磁风力发电机二维偏心模型。推导了永磁发电机在偏心故障下的气隙磁密和不平衡磁拉力的解析式。采用参数化仿真,对偏心故障下风力发电机定、转子及发电质量所受影响进行了分析,得出发电机在不同偏心程度下气隙磁密、磁拉力、感应电势和损耗的变化规律。     

汽轮发电机气隙偏心故障下的定子受力分析

本文对汽轮发电机气隙偏心故障前后的定子受力进行了理论分析、有限元仿真计算和力学响应验证。首先对气隙偏心故障前后的定子单位面积磁拉力进行了理论分析,得到了磁拉力的主要频率成分和激励特性;然后在电机有限元软件Ansoft中建立了正常及气隙偏心故障的汽轮发电机求解模型,计算得到了正常及故障下定子单位面积磁拉力的时域波形及频谱图;最后,将实验室SDF-9型故障模拟发电机上测取的气隙偏心故障下定子振动响应与磁拉力理论解析公式、有限元仿真数据进行了对比,结果基本一致。分析表明:正常情况及气隙偏心故障下发电机定子主要承受直流力和二倍频磁拉力,气隙偏心故障将使定子直流力与二倍频磁拉力均增大,偏心程度越大,幅值增长越明显,对应地,定子二倍频振动越剧烈。     

基于Ansoft的汽轮发电机转子匝间短路故障分析

根据理论分析得到转子匝间短路故障会引起定子并联支路不平衡电压的结论。通过有限元分析软件Ansoft建立了一台发电机的场路耦合模型,应用此模型对正常和匝间短路故障情况进行仿真计算,得到了正常和不同故障情况下的气隙磁密曲线和定子并联支路不平衡电压曲线。对气隙磁密曲线进行频谱分析,得到其偶次谐波随故障变化的规律。对不平衡电压曲线进行频谱分析,得到其各次分量随故障变化的规律,为故障的诊断提供了有利的依据。最后,对匝间短路伴随气隙偏心故障进行仿真计算,得到复合故障下的不平衡电压曲线及其频谱分析结果,并与只发生匝间短路故障时的结果进行了比较。     

转子偏心对异步电机的影响分析

为了分析转子偏心故障对异步电机气隙磁场和输出转矩的影响,这篇文章利用有限元分析软件仿真分析了不同偏心率下静偏心和动偏心的气隙磁密和输出转矩的变化。研究表明,转子偏心故障会引起气隙磁场畸变。偏心率越大,气隙磁密波动越大,输出转矩波动越大。     

双馈异步风力发电机气隙偏心故障诊断研究现状与发展

双馈异步风力发电机(DFIG)机械故障在实际运行中尤其不可忽略,不论是转子刚度不足还是轴承磨损或安装误差,都会导致气隙偏心,严重时甚至会烧毁电机,因此对风机进行准确高效的气隙偏心故障诊断至关重要。简单介绍DFIG产生气隙偏心的故障机理,再对当前已有的相关故障诊断方法做重点归类阐述,最后展望未来的DFIG气隙偏心故障诊断方法的发展趋势和方向。     

轴径向气隙混合磁路多边耦合电机轴向励磁绕组的反电势及其位置传感器机理

无传感器控制是比较理想的电机驱动模式,是电机及电力传动领域的研究热点之一.该文在混合式步进电动机的基础上提出一种轴径向气隙混合磁路多边耦合电机,电机在提高单位体积出力的同时,在不增加传感器的条件下实现了电机的闭环控制.这种电机的结构特点决定了电机控制的灵活性,轴向励磁绕组既可以控制轴向磁通,还可以兼作转子位置传感器.该文结合轴径向气隙结构混合磁路多边耦合电机的特点,在对该种结构电机轴向绕组谐波反电势解析分析和实验研究的基础上,提出基于轴向补偿励磁线圈同时作为电机位置传感器的思想,探求了轴向励磁补偿控制绕组的传感器机理,并给出具体电路,确认了其实现的可行性.研究表明,当定子绕组三相同时通有电流的时候,轴向线圈的反电势频率是定子绕组电势的3倍,根据这个反电势信号,轴径向气隙结构混合磁路多边耦合电机可以方便的实施无传感器控制.     

大型调相机转子气隙偏心故障的复合特征分析

在“强直弱交”的大电网背景下,具备动态无功支撑能力的调相机愈发重要,其运行的安全稳定成为未来研究的重点。由于制造、安装、运行等原因,调相机转子气隙偏心故障频发,危害严重。文章以调相机转子气隙偏心故障为研究对象,推导了偏心前后气隙磁密、转子不平衡磁拉力以及定子环流这些复合特征的变化规律,发现偏心后气隙磁密产生偶次谐波,造成转子振动,定子并联支路产生环流,且静态偏心与动态偏心在转子振动频次与支路环流上差异明显,同时以某300Mvar大型调相机结构参数为依据,利用Ansoft软件建立了有限元模型,仿真验证了故障复合特征分析的正确性,为调相机故障诊断与安全稳定运行提供借鉴和指导。     

Performance Analysis of a Three-Phase Induction Machine With Inclined Static Eccentricity

Fault diagnosis is gaining more attention for electric machines running critical loads, whose sudden breakdown can result in unpredictable revenue losses. Consequently, the motor drive systems with fault diagnostic and prediction features are of great concern and are becoming almost indispensable. Among all kinds of common faults, quite a few have relationship with unequal air gap. So far, work on detection of eccentricity-related faults in induction and synchronous machines has been well documented. However, a few are reported on faults resulting from axial nonuniform air gap. This paper investigates the performance of a three-phase induction machine with nonuniform static eccentricity (SE) along axial direction or inclined SE. A variant of modified winding function approach is applied to study this fault. The relationship between the number of rotor bars and poles, and the existence of fault-related current harmonics is discussed. It is shown that inclined eccentricity also demonstrates similar characteristics such as circumferential nonuniform air gap (SE). More importantly, it has been proved conclusively that inclined eccentricity symmetric to the midpoint of the machine shaft cannot be recognized from the current spectrum and would therefore require some other form of detection. Finite-element results to verify the inductance values used in simulation are also presented. The analysis is supplemented by the stator current spectra obtained from simulated results for different load and fault conditions. Finally, a four-pole 45-rotor-bar 2-kW induction motor is used to validate the theoretical and simulation results experimentally. Both current as well as vibration spectra are presented     

考虑不平衡磁拉力的双馈异步风力发电机轴承外圈故障动力学建模

轴承故障会引起双馈异步风力发电机转子气隙变化,产生不平衡磁拉力(UMP)。为准确揭示双馈异步风力发电机轴承故障振动特性,开展了考虑UMP的双馈异步风力发电机轴承外圈故障动力学建模研究。首先,基于赫兹接触理论构建了轴承外圈故障模型;然后,推导了正常和轴承故障下发电机转子的气隙磁密,得到了发电机转子受到的UMP解析式;最后,采用Runge-Kutta法对模型进行求解,得到了轴承故障振动响应。试验分析表明：所提动力学模型能够有效揭示双馈异步风力发电机轴承故障振动信号的双冲击现象,UMP激励会影响风力发电机轴承外圈故障振动信号的调制特性。为风力发电机轴承故障诊断提供了新的理论参考。     

汽轮发电机副槽通风转子槽部温度场计算

本文介绍用有限元法求解电机转子槽部稳态三维温度场的方法,并对300MW汽轮发电机氢内冷转子的槽部温度进行计算。分析计算表明:有副槽的轴向-径向通风内冷转子槽部轴向温度可以分段,以一个径向通风孔段为单元进行计算和研究。本文以300MW转子槽部温度最高的一段温度分布为例进行计算。     

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。     

大型空冷汽轮发电机转子三维流场计算

某大型空冷汽轮发电机转子采用导线双向进风的冷却方式,为研究其端部、轴径向转子槽内冷却空气流量分布及其内、外流场在旋转情况下的特征,本文建立了包括端部弧段和轴径向段转子槽内外流域及与之对应的气隙在内的半轴段1/2圆三维物理模型。依据计算流体动力学原理,采用有限体积法,对计算域内的三维流场进行了数值模拟。结果表明:转子旋转会影响转子槽内、外的流场特性,并对R区(迎风区)和L区(背风区)导线内流量分布、导线内外流场压力分布及速度分布具有不同程度的影响;在轴径向进风口处的压力范围为(22.10±12)k Pa;在端部进风口处压力范围为(22.25±15)k Pa;轴径向槽楔出风口处的最高速度为228.2m/s。