主动磁轴承转子质量不平衡补偿研究

在旋转机械中,由于转子质量的不平衡会导致转子沿旋转方向的振动,严重影响系统的动态特性及安全运行,特别是对具有较高速度的磁轴承支撑的悬浮转子来说,对质量不平衡进行补偿研究,具有重要的现实意义和实用价值.介绍了磁轴承支撑的悬浮转子振动控制原理,推导出存在质量不平衡的转子运动方程.基于位移最小的补偿准则对之进行振动补偿控制,设计了前馈补偿控制系统,利用Matlab/Simulink对该系统进行了仿真试验研究.仿真结果表明:基于前馈补偿控制器的振动控制策略能够很好地抑制悬浮转子振动,提高了转子旋转精度.     

无轴承异步电机的不平衡振动补偿控制

针对由质量偏心引起的无轴承异步电机不平衡振动问题,首先介绍了不平衡振动的产生机理;然后研究给出了不平衡振动前馈补偿力的实时估算调节方法和不平衡振动位移提取算法;最后对无轴承异步电机不平衡振动控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明:利用所给补偿控制策略后,转子的不平衡振动幅度得到大幅度抑制,大大提高了转子的悬浮运行控制精度,所给不平衡振动补偿控制方法是有效、可行的。     

无轴承异步电机动不平衡振动补偿控制

针对无轴承异步电机由质量偏心引起不平衡振动问题,提出了一种基于前馈控制的无轴承异步电机动不平衡振动补偿控制方案.文中分析了无轴承异步电机由质量偏心引起不平衡振动的机理,推导了无轴承异步电机径向位移环仅采用PID控制时转子的运动学方程,从而说明了仅采用PID控制无法消除由动不平衡引起的周期性振动.在此基础上,提出了一种基于前馈闭环补偿的无轴承异步电机动不平衡补偿控制方案.最后,搭建了无轴承异步电机实验平台.实验结果表明,所提出的补偿方案很好地抑制了无轴承异步电机中的不平衡振动,取得了较好的动态悬浮控制效果.     

无轴承开关磁阻电机质量偏心振动补偿

由机械不平衡等原因导致的无轴承开关磁阻电机(BSRM)质量偏心问题,造成额外的不平衡径向磁拉力和转子的径向振动,且振动会传递到定子机壳,产生机械噪声的同时影响电机运行性能,限制转速的进一步提升。分析了转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍了BSRM转子振动控制原理,设计基于坐标变换和低通滤波器的补偿控制方法,研究传统模拟PID对补偿方法的影响,对该不平衡补偿方法进行仿真,并在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于坐标变换和低通滤波器的补偿方法能适应不同转子转速并有效补偿转子的同频振动位移,使得转子围绕惯性轴旋转。     

无速度主动磁悬浮轴承系统全频域不平衡控制

为了解决无转子角频率信息下主动磁悬浮轴承系统的不平衡振动问题，研究了一种无速度反馈的全频域转子同步振动力抑制算法。首先，根据主动磁悬浮轴承系统结构和转子质量偏心特征，建立含不平衡量时主动磁悬浮转子系统的动力学模型，然后，通过设计二阶广义积分锁频环对转子旋转角频率进行精确辨识。为保证全频域下转子的不平衡控制效果，提出变增益系数和位移前馈补偿环节对同步振动控制环路进行优化，利用根轨迹法证明所设计闭环控制系统的稳定性，并给出稳定性条件。最后，分别在恒定转速、变转速和不同采样噪声环境3种条件下进行仿真验证，结果表明，所提方法可在全频域范围下实现准确的频率估计，获得良好的同步振动力抑制效果。     

基于在线识别对转速不敏感的主动电磁轴承转子系统不平衡振动控制

提出一种基于振动识别的主动电磁轴承转子系统不平衡补偿控制方法。该方法的最大特点是能够不依赖控制对象的传递函数,在线识别出转子等效不平衡质量的大小和位置,然后根据识别结果计算出精确的控制信号,迫使转子绕其几何轴旋转。当转子转速变化时,尽管不平衡力随之变化,但不平衡质量的大小和相位特性不会改变,因此无需重新识别不平衡量,大大提高了在变转速情况下对转子不平衡的控制性能,同时减轻了控制器的计算负担。对算法的控制效果进行了实验测试,结果表明提出的对转速不敏感的基于振动识别的主动电磁轴承转子系统不平衡补偿控制方法对不平衡振动的抑制取得了很好的效果,并在转速变化情况下能大幅减少重新识别不平衡量的次数。     

无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制

由于机械不平衡原因,无轴承开关磁阻电机存在转子质量偏心的问题,这会导致额外的不平衡径向磁拉力,从而使电机的悬浮精度变差,这也是限制电机高速时转速进一步提升的重要因素。分析转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍悬浮转子振动控制原理,设计基于最小均方（least—mean—square,LMS）算法的白适应凹陷滤波器,将其加入到无轴承开关磁阻电机（bearinglessswitchedreluctancemotor,BSRIV1）系统中,利用Matlab／Simulink对该振动控制方法进行仿真研究,最后在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于LMS算法的白适应凹陷滤波器能够在不同的电机转速条件下有效补偿转子的同频振动位移,抑制转子偏心振动,提高转子悬浮精度。     

无轴承开关磁阻电动机转子偏心补偿控制

分析了无轴承开关磁阻电动机不平衡振动的特点,提出采用自适应LMS滤波器用于无轴承开关磁阻电动机转子偏心补偿控制的方法.针对固定步长自适应LMS滤波器存在收敛速度和稳态误差之间矛盾的问题,采用了基于Sigmoid函数、基于箕舌线和基于抽样函数的三种改进的变步长自适应LMS滤波器对悬浮转子进行补偿控制.仿真结果表明:自适应LMS滤波器可以有效抑制转子的不平衡振动;变步长自适应LMS滤波器不仅具有较快的收敛速度和跟踪速度,稳态误差也能控制在比较小的范围内;基于抽样函数的变步长LMS算法具有更小的稳态误差.     

基于不平衡系数辨识的电磁轴承-刚性飞轮转子系统不平衡补偿控制

针对电磁轴承-刚性飞轮转子系统不平衡振动的抑制问题,提出一种基于不平衡系数辨识的自适应不平衡补偿控制算法。基于电磁轴承-刚性飞轮转子系统的动力学模型,设计了状态反馈PID电流控制器,提出不平衡系数辨识方程及不平衡补偿算法。分析了带有补偿环节的电磁轴承-刚性飞轮转子系统的稳定性及补偿算法中各参数的选择原则。对不平衡补偿算法的有效性进行了仿真和实验研究。结果表明:文中提出的基于不平衡系数辨识的不平衡补偿算法不仅能够正确地辨识出转子的不平衡,而且在整个转速区间内具有良好的稳定性以及对不平衡振动的抑制能力。     

无轴承异步电机改进型重复控制

为改善基于矢量控制的无轴承异步电机运行性能,提高转子悬浮精度,研究一种无轴承异步电机改进型重复控制策略。无轴承异步电机悬浮系统在旋转坐标系下是一个多变量的耦合系统,首先推导出悬浮控制系统简化模型,在传统重复控制基础上,引入分数延迟滤波器和加权扩展型重复控制内模,提高重复控制对频率波动的鲁棒性,并推导出改进型重复控制系统稳定性判据,实现了因转子质量不平衡所引起振动的高精度抑制。最后,建立无轴承异步电机仿真与实验系统,与传统重复控制进行比较研究。研究结果表明:无轴承异步电机改进型重复控制策略在稳态时可有效抑制转子振动,提高无轴承异步电机转子悬浮精度。     

汽轮发电机组轴系预平衡方法的研究与应用

汽轮发电机组轴系预平衡方法是基于对机组振动历史和特征的分析,以及检修或安装对轴系平衡状况的影响进行预评估,在机组起动前对轴系进行预加配重,以提高机组的现场动平衡效率,减少机组的起动次数.实际验证结果表明,此方法适用于机组临界转速的动平衡、弯曲转子的平衡补偿、汽轮机叶片或围带断裂修复后引起的不平衡质量的消除等.     

新型永磁偏置磁轴承的不平衡补偿研究

介绍了新型永磁偏置磁轴承的工作原理,推导了该磁轴承的单自由度数学模型。针对该磁轴承的不平衡振动研究了递归运算和凹陷滤波器两种不平衡补偿方案。仿真结果表明,两种方法均能减小或消除控制电流中的同频分量,有效抑制转子系统的不平衡振动。     

电网三相不平衡的度量与治理综述

近年来,电网中的各类电能质量问题愈加受到重视,对于三相不平衡问题,国内外学者做了大量研究工作,需要系统地分析和整理。三相不平衡由电网中的负序和零序分量引起,国际电工委员会(IEC)提出以负序和正序分量之比值来度量不平衡。由于序分量获取困难,工程中常以量测电压、电流有效值来度量三相不平衡,这类方法形式不统一,且与序分量度量形式不对应,统一的不平衡度量方法亟待构建。三相不平衡主要通过电容型补偿、电力电子变流器型补偿和换相补偿治理。电容型补偿可以实现连续调节但是无法降低线损;换相只能离散投切,无法连续调节。未来应当结合换相与附加补偿手段来治理三相不平衡,获得更好的补偿效果。     

采用三相不平衡调补策略的配电网负荷试验装置稳态电能质量分析

针对目前诸多三相不平衡调补控制策略和先进算法仅停留于理论推导和计算机仿真验证的问题,搭建了可以模拟各种负荷变化现象的静态无功补偿试验平台,为实地试验和解决生产实际问题提供方便。采用对称分量法进行三相不平衡度的计算,并在该试验平台上对三相不平衡负荷调补控制系统投入三相平衡负荷、三相不平衡负荷、静态无功补偿装置（static var compensator,SVC）和非线性负荷时的电压、电流不平衡度进行分析。应用效果表明：静态无功补偿试验平台能够完成各种负荷变化现象的实时模拟,SVC能有效降低电流不平衡度,所提补偿控制算法可行。     

非理想梯形波反电势的永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

为了提高磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyro, MSCMG)框架伺服的精度与稳定度,针对永磁无刷直流力矩电机(permanent magnet brushless DC motor, PMBLDCM)非理想梯形波造成的换相转矩脉动,分析指出了换相反电势不平衡是造成转矩脉动产生的又一原因,且是影响低速力矩电机换相转矩脉动的主要因素。在单一直流母线电流反馈的基础上,提出了一种换相转矩自平衡控制方法,其中包括换相转矩平衡点观测器和角加速度的快速最优估计算法,有效的抑制了换相转矩脉动,提高了低速时的速率伺服精度与稳定度。     

基于四因子变极性控制的磁悬浮高速电机刚性转子同频振动抑制

变极性切换控制(polarity switching control,PSC)可有效降低主动电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)高速电机刚性转子系统在刚体平动模态前后的同频不平衡振动,而且通过引入干扰观测器可降低极性切换瞬间对系统产生的冲击。然而,当刚体锥动模态也存在时,简单PSC已不能保证AMB刚性转子系统在包括刚体平动模态和刚体锥动模态在内的全转速范围的同频不平衡振动抑制,而且系统的稳定性也会发生变化。为了抑制AMB刚性转子系统在全转速范围内的不平衡同频振动,提出一种基于四因子变极性控制(4-factor polarity switching control,4-FPSC)的同频不平衡振动抑制方法。4-FPSC需要调节4个极性因子,采用2次PSC,分别抑制2个刚体模态各自前后的同频不平衡振动,而且切换瞬间不会对系统产生冲击,避免干扰观测器的设计。仿真和实验结果证明基于4-FPSC的同频振动抑制方法能有效地抑制AMB刚性转子系统在包括2个刚体模态在内的全转速范围的同频不平衡振动。     

基于协调控制SVG的低压配网三相负荷不平衡治理技术

针对集中式静止无功发生器(SVG)补偿系统补偿效果单一、不含通信功能的分布式SVG补偿系统补偿容量不能智能分配的问题,提出基于协调控制SVG的低压配网三相负荷不平衡补偿系统。该补偿系统引入通信总线,采用协调控制方法,使低压线路下游接入的SVG可利用补偿其下游不平衡电流后的剩余容量,依次对上游SVG不足容量进行补偿,该补偿形成的逆向潮流可进一步减轻各节点的低电压问题。该补偿系统既可以充分利用各SVG的补偿容量,同时也综合地解决了配电变压器电流不平衡、节点低电压等问题。在Matlab/Simulink数字仿真软件下进行了该补偿系统补偿效果的仿真,结果证明了该补偿系统的准确性。在四种不同负荷情况下比较采用四种不同补偿系统的低压配网配电变压器二次侧不平衡电流和各节点电压降,结果表明该补偿系统的效果最佳。     

电网电压不平衡条件下混合无功补偿系统分层协调控制策略

为实现低压配电网低成本大容量动态连续无功补偿,提出了一种晶闸管投切电容器(TSC)与静止无功发生器(SVG)协同运行的混合无功补偿系统。系统综合了TSC低成本大容量的无功补偿和SVG动态连续无功补偿的优点。在分析其基本原理的基础上,提出混合无功补偿系统分层协调控制策略,消除TSC与SVG由于响应速度的差别对其混合无功补偿性能的影响。针对混合无功补偿系统在电网电压不平衡条件下的安全运行问题,研究了SVG的正负序双环叠加控制策略,使其在具有动态无功补偿性能的同时能抑制一定程度的不平衡电压,保证系统的安全稳定运行。最后,仿真验证了所提控制策略的正确性。     

给水泵非驱动端振动原因分析及处理

文章介绍了三河发电有限责任公司11汽动给水泵非驱动端轴承垂直方向振动大的历史原因、检修工艺，以及采取的检修措施。通过分析得知振动的主要原因是动不平衡，主要是第一次解体检修时工艺不良造成转子的原始质量不平衡引起的。说明检修过程中的工艺控制有待于提高。文章给出了具体的处理方案，作了动平衡试验。