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。     

感应电机转子偏心故障下电磁转矩的研究

为了分析转子偏心故障对感应电机电磁转矩影响,采用解析法分析了感应电机分别在静态偏心与动态偏心情况下的气隙磁导变化,并进一步推导了气隙磁场的畸变,运用虚位移法定性分析了转子偏心故障对电磁转矩的影响,利用有限元分析软件分别构建转子静态偏心与动态偏心有限元分析模型并进行相应仿真,采用傅里叶分析方法提取气隙磁密谐波分量与输出转矩谐波分量。研究表明,转子偏心故障会在气隙磁场中引入新的谐波成分,最终有效输出转矩降低,转矩波动增加,偏心度越大有效转矩降低越多,转矩波动越大,且静偏心比动偏心引起的效果更明显,为今后转子偏心故障对电磁转矩变化的研究提供理论基础。     

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。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

基于有限元法的双馈风力发电机电磁场计算与分析

基于ANSYS有限元分析平台建立了新疆某风电场1.5 MW双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的2维电磁场模型。基于有限元法对双馈发电机正常运行工况、单相接地短路、两相稳态短路时磁力线分布和气隙磁密分布进行了计算,分析了不对称短路故障对双馈发电机的影响。结果表明:在发生不对称短路故障时,双馈风力发电机的气隙磁场明显畸变,漏磁增多,其附加铁耗及定子表面铁耗显著增加;发生单相接地短路故障时的上述损耗均比两相短路故障时大;在发电机中感生的谐波电动势会引起发电机机械振动和噪声。     

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。     

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。     

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。     

转子绕组匝间短路对发电机转子电磁转矩影响分析

针对发电机转子绕组匝间短路故障时的电磁转矩特性进行了理论分析和实验研究.首先分析了转子绕组匝间短路后气隙磁场变化特征,计算得到气隙磁势、气隙磁导和气隙磁场能量表达式,然后利用虚位移原理,推导得到了电磁转矩的理论计算公式,并通过比较故障前后电磁转矩的变化,以及考虑振动偏心和不考虑振动偏心的电磁转矩变化,最终得到了发电机转子绕组匝间短路时作用于转子的电磁转矩的变化规律.并实测了SDF-9型一对极故障模拟发电机和MJF -30 -6型三对极故障模拟发电机转子绕组匝间短路时的电磁转矩,与理论分析结果基本吻合.     

发电机转子匝间短路故障电磁场数值分析研究

掌握气隙磁场的分布情况，是实现转子绕组匝间短路故障诊断的重要手段。考虑到短路故障会引起绕组电路拓扑结构的改变，本文通过机理分析推导，得到气隙磁场、定子电流、电磁转矩等一系列电气量的变化特征，并采用有限元数值分析法对故障状态的电磁场及电磁特性进行研究。以一台同步发电机为例，首先建立二维场路耦合有限元电磁场计算模型，通过仿真分析对比了电机额定工况时发生短路故障前后磁场分布的差异；然后对匝间短路故障下产生在电机气隙磁密中不同频率的谐波、定子支路中的电流及电机电磁转矩的变化规律进行了深入分析；最后重点针对故障对电机运行性能的影响进行了探讨。本文可为同步发电机早期故障诊断提供理论依据，为工程实际提供参考。     

超高压发电机失磁异步运行磁场分析

同步发电机失磁故障对电网稳定性和发电机安全运行会产生很大影响。在中国,超高压发电机(extra high voltagegenerator,EHVG)是新型的同步发电机,其失磁后对电网的影响还处于研究阶段。为准确模拟EHVG失磁故障发生后磁场分布情况,建立了EHVG场、路、运动直接耦合的时步有限元分析模型,以EHVG模拟样机为算例,通过试验证明该模型正确,方法可行。利用该模型对EHVG同步运行和失磁异步运行的瞬态磁场进行对比分析,得出了同步运行和稳态异步运行时气隙磁密基波幅值基本一致,而失磁异步运行时气隙磁密谐波幅值较大;且随着EHVG失磁,稳态异步运行前所带负荷的减少进入稳态异步运行时,气隙磁密谐波分量也逐渐减小,气隙合成磁密接近正弦波,为其运行提供基础数据。     

基于不同运行工况下双馈风力发电机电磁场计算与分析

风力发电机组在正常运行过程中,很容易受到外界扰动,分析研究不同运行工况对风力机组的影响具有重要的意义。基于ANSYS有限元分析软件,建立某风电场1.5MW双馈风力发电机的2维模型,通过对正常运行工况、电网电压三相不平衡以及风速突变工况下双馈发电机气隙磁密和磁力线分布进行仿真和分析,得到不同运行工况对双馈发电机的影响。仿真结果表明:电网电压三相不平衡和风速突变工况下,双馈发电机气隙磁密都会发生变化,而且前者气隙磁密发生了明显的畸变,漏磁增加,损耗增加。     

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。     

无刷双馈电机转子偏心对气隙磁场的影响

为准确分析转子偏心故障后无刷双馈电机气隙磁场的分布特点及变化规律,首先采用磁动势磁导法对定子侧两套不同极对数绕组产生的磁场进行分析,得到转子偏心对气隙磁场的影响;然后建立无刷双馈电机转子偏心场路耦合模型,对无刷双馈电机偏心故障下气隙磁场进行计算。经分析得到:转子静、动偏心故障会使气隙磁场发生畸变,引入新的空间谐波成分。转子动偏心故障还会引入新的时间谐波;研究时间谐波随偏心程度的变化规律,以及在同等偏心程度下,时间谐波随气隙位置的分布规律。解析法结果与场路耦合模型仿真计算结果一致,并与测试线圈的测试结果做对比,该文为转子偏心故障的检测和诊断提供了相应的理论依据。     

汽车发电机变化气隙磁导模型的建立

推导了汽车发电机中气隙磁导的计算模型。考虑汽车发电机高速运行中承受旋转离心力和电磁激振力而导致转子爪极形变,建立了汽车发电机的变化气隙磁导模型。建立汽车发电机的Maxwell 3D计算模型,得出汽车发电机额定转速下的爪极形变前后的磁场分布和气隙比磁导基波分布,并对其气隙磁密的各次谐波进行了分析比较,证明了建立变化气隙磁导模型的合理性,为汽车发电机中气隙磁场分析和振动噪声分析进行精确的设计计算提供指导意义。     

汽轮发电机转子绕组短路故障在线定位方法研究

针对汽轮发电机转子绕组短路故障，首先进行了故障电磁特性分析，短路故障发生后励磁磁动势中出现了偶数次故障特征谐波。为进一步考虑短路位置、磁饱和、发电机工况及电机齿槽等因素的影响，建立有限元模型，对多种故障情况进行模拟，获得了不同故障情况下的气隙径向磁密变化，谐波分析结果表明，气隙径向磁密变化各次谐波含量与相位和故障槽位置有关。气隙径向磁密的偶数次谐波分量会在定子并联支路中引起环流，而且并联支路环流各次谐波含量与相位和故障槽位置有关，据此借助定子并联支路环流谐波幅值与相位信息提出了一种非侵入式故障检测与定位方法，可对转子任意槽短路故障进行在线检测与精确定位，从而为汽轮发电机的长期安全稳定运行提供保障。     

分式线性变换下比磁导法在偏心式谐波磁力齿轮气隙磁场解析计算中的应用

偏心谐波磁力齿轮相比传统磁力齿轮具有高传动比下输出转矩密度大的特点,准确获得其气隙磁场分布是偏心谐波磁力齿轮设计及优化的关键。该文将分式线性变换与比磁导函数相结合,获得偏心谐波磁力齿轮气隙磁场的解析解。为克服切向磁导隐没的缺点,将极坐标系下的径向和切向比磁导计算转化为直角坐标系下的x、y方向的比磁导计算,由此修正未偏心的x、y方向的气隙磁场分量,然后根据叠加原理合成得到偏心谐波磁力齿轮气隙磁场分布。与有限元分析结果对比,解析法所得的气隙磁密、电磁转矩基本一致,验证了解析模型的有效性和合理性。     

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。     

基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法

分析了发电机气隙磁势、磁导、磁密、定子绕组两条并联支路的感应电势和电路方程，得到定子绕组并联支路间的电压差表达式。通过分析正常及故障运行时各参数的变化得到了并联支路电压差和环流特性，理想电机在正常运行时不存在电压差和环流，而转子绕组短路故障将引起二次谐波环流，定子绕组短路、定转子气隙静偏心、气隙动偏心故障将引起基波环流。由于不同故障引起的环流特性存在差别，提出了基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法，并实测了SDF-9型故障模拟发电机正常及故障运行时的环流信号，与理论分析结果基本吻合。     

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。