气隙偏心对汽轮发电机定转子振动特性的影响

分析了气隙偏心故障时汽轮发电机定转子径向振动特征。首先通过分析发电机气隙偏心时气隙磁场变化,计算得到气隙磁导和气隙磁密表达式,然后得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性,最终得到定转子径向振动特征。对于转子,静偏心将激发转子2倍机械转频的振动;动偏心将激发转子与转子机械转频同频的振动。对于定子,静偏心将激发定子2倍机械转频的振动;动偏心或动静复合偏心将激发定子1倍、2倍、3倍、4倍机械转频的振动。并实测了SDF-9型故障模拟发电机静偏心时振动信号,与理论分析结果基本吻合。     

不同种类气隙偏心故障对汽轮发电机转子不平衡磁拉力的影响

结合理论推导和数值仿真计算分析了径向气隙偏心对汽轮发电机转子径向不平衡磁拉力及其振动特性的影响。首先通过分析气隙静偏心、气隙动偏心以及气隙动静混合偏心情况下气隙磁场的变化,分别推导得到不同气隙偏心所引起的转子径向不平衡磁拉力表达式,并分析了转子的振动特征,然后利用电机有限元软件Ansoft Maxwell建立了实验室SDF-9型隐极故障模拟发电机的二维模型,计算得到了转子水平及竖直方向的径向不平衡磁拉力变化情况,并与理论分析和部分实验振动响应进行了对比,结果基本吻合。结果表明,气隙静偏心将产生二倍频不平衡磁拉力作用于转子上;气隙动偏心根据转子表面凹凸数量分为合外力为零及合外力不为零两种情况,当合外力不为零时,将产生一倍频不平衡磁拉力作用于转子;气隙动静混合偏心将同时产生一倍频和二倍频不平衡磁拉力作用于转子上(考虑动偏心时合外力不为零的情况)。同时随着偏心程度的增大,不平衡磁拉力也随之增大。     

偏心故障下动车组牵引电机转子振动特性分析

气隙偏心和质量偏心是动车组牵引电机中普遍存在的两类偏心故障,而由此产生的不平衡磁拉力和机械不平衡力常诱发更为复杂的转子动力学行为,危害列车牵引驱动装置的安全可靠运行。为此,该文建立了静动气隙偏心和转子质量偏心下牵引电机转子系统的Jeffcott模型;推导了静动气隙偏心下牵引电机带负载运行时气隙磁密分布和转子铁芯表面Maxwell应力分布,并给出了可适用于静动气隙偏心、空载/负载运行和任意磁极对数的电机不平衡磁拉力统一解析表达式;采用四阶定步长Runge-Kutta算法计算了某型动车组牵引电机转子在不平衡磁拉力和机械不平衡力作用下的动力响应,并详细讨论了初始静偏心、质量偏心、径向刚度以及转速对系统振动特性的影响规律。结果表明:偏心故障下该型牵引电机转子轴心轨迹呈现接近圆形的椭圆状,其中质量偏心、径向刚度和转子转速会影响轴心轨迹大小,而初始静偏心和径向刚度则使轨迹中心沿静偏心方向偏移。同时,气隙偏心的存在使得具有质量偏心故障的电机转子位移频谱中较明显地包含零频、转频、固有频率、二倍转频、二倍供电频率及其与转频的组合等分量。     

气隙轴向静偏心对发电机定子-绕组受载及振动的影响

通过理论推导、有限元计算和实验验证,研究了气隙轴向静偏心前后同步发电机定子及绕组的受载与振动特性变化。与其他大部分气隙径向偏心的研究不同,本文重点关注气隙轴向静偏心下定子?绕组的受载及振动特性。在分析气隙磁密变化的基础上,推导得到了正常和气隙轴向静偏心下定子径向及轴向不平衡磁拉力、绕组电磁力的表达式。以 CS?5 型发电机为分析对象,进行了有限元仿真计算和实验验证。结果表明,气隙轴向静偏心会在减小定子径向磁拉力和转子抽空端定子绕组电磁力的同时增加定子轴向不平衡磁拉力和转子伸出端定子绕组电磁力,对应地,定子径向振动和转子抽空端定子绕组振动将减小,但定子轴向振动和转子伸出端定子绕组振动将增大;定子轴、径向磁拉力和绕组电磁力及振动均以二倍频为主,夹杂其他各偶次倍频。在定子磁拉力作用下,定子铁芯齿槽端部为最大变形位置;在定子齿槽变形挤压和电磁力共同作用下绕组直线段与端部的连接处易发生磨损,在制造及运行中需给予特别注意。     

电磁激励下开关磁阻电机转子的弯曲振动分析

由于磁链的高度非线性,开关磁阻电机运转时会产生较大的转矩波动,在定子线圈换相时产生很大的径向力;径向力作用于电机转子产生弯曲振动,导致气隙与电磁力持续变化,转子的运动变得十分复杂;因此,磁固耦合情况下的电机转子动力学已成为当前的研究热点。利用转子单齿受力的经验公式,依线圈通电时序获得了转子所受电磁合力的表达式;采用有限元方法建立了电机转子的弯曲振动方程,通过坎贝尔图分析了不同轴承刚度下的转子临界转速;依据数值方法对转子的运动轨迹进行了分析,讨论了转速对转子最大位移的影响。结果表明,在正常转速范围内转子中间节点最大位移不超过气隙尺寸,振动位移谱的能量分布与转速和转子低阶固有频率密切相关。该方法能快速掌握转子的运动规律,为开关磁阻电机设计提供动力学评价。     

气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析

研究气隙偏心对永磁同步电机转子系统振动特性的影响。建立了气隙偏心下转子的动力学模型,结合永磁同步电机在带负载工作下转子永磁体及电枢电流共同形成的气隙磁场分布情况,利用Maxwell应力张量法计算了气隙偏心造成的不平衡磁拉力,并代入转子系统运动方程;通过实例分析,详细讨论了不同偏心以及负载类型对转子系统振动特性的影响。结果表明：质量偏心在增大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;初始静偏心的大小和方向都将影响转子振动特性,当其方向和重力方向相反,振动强度将有所减弱;当外部负载转矩发生变化,其相应谐波频率的振动将被激发出来。     

考虑不平衡电磁拉力的偏心转子非线性振动分析

水轮发电机组转子相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子振动有较大影响。从水轮发电机转子的气隙磁场能表达式出发,推导发电机转子的电磁刚度矩阵。利用拉格郎日方程,建立了刚性和短轴承弹性两种支承方式下考虑电磁刚度的转子振动模型。利用李雅普诺夫非线性振动稳定性理论,研究了电磁刚度和轴承弹性支承对转子的临界转速和偏心力作用下的横振幅值的影响,并分析了电磁、机械、轴承等参数对临界转速的影响程度。为进一步深入研究水轮发电机组轴系统在电磁,水力和机械结构参数共同作用下的动力特性打下基础。     

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。     

搭载分数槽永磁电机的电驱动总成振动控制

为探究搭载分数槽永磁电机的某电驱动总成在电磁激励、齿轮激励共同作用下的振动特性，通过整车NVH试验识别出电驱动总成在890 Hz与1 176 Hz处存在共振带。为控制该现象，综合考虑电机电磁力波、减速器齿轮激励以及总成结构耦合特性，建立电驱动总成壳体振动响应模型，采用多源激励与结构弱耦合的方法对总成壳体进行振动响应分析，并结合整车试验数据验证仿真分析的有效性，计算结果表明径向电磁力波对振动响应的贡献量较大。针对系统振动问题，建立转子分段斜极模型以及采用外圆开槽的方法，以期降低齿槽转矩、改善气隙磁场谐波从而控制壳体振动响应。该研究可为电驱动总成振动抑制提供一些参考。     

基于内置力执行器的砂轮不平衡振动主动控制

为了有效的控制由砂轮质量不平衡引起的不平衡振动,本文提出了一种新的控制砂轮不平衡振动的主动控制方案,该控制方案中用来抑制振动的电磁力源于无轴承电机径向磁悬浮力产生的原理。本文首先研究了双绕组感应型电主轴的结构及工作原理,径向控制力的模型及砂轮的受力模型,用有限元法建立了感应型柔性电主轴-砂轮的动力学模型,设计了感应型柔性电主轴-砂轮不平衡振动的主动控制系统,用有限元法分析了当电机转子偏心和不偏心时,控制绕组电流加入对电机内部性能的影响,结果表明该控制方案完全可行并且对抑制砂轮端不平衡振动具有显著作用。     

不平衡磁拉力对永磁同步电主轴动态性能影响机理研究

针对由于定转子气隙偏心引起的不平衡磁拉力影响永磁同步电主轴动态性能的问题。首先分析产生不平衡磁拉力的原因,其次根据电磁理论建立电磁不平衡磁拉力载荷模型,将气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过对定转子表面的Maxwell应力积分得到不平衡磁拉力的非线性解析表达式。基于Ansoft Maxwell电机仿真软件,建立永磁同步电主轴的有限元分析模型,以设定的气隙偏心量模拟不平衡磁拉力造成的气隙偏心,得到电主轴动态性能曲线。仿真结果表明:由于气隙偏心引起的不平衡磁拉力,导致永磁同步电主轴齿槽转矩增大,气隙磁密幅值增大,电主轴振动加剧。     

基于有限元的异步电机电磁振动分析

电机的电磁振动是电机电磁场与机械结构耦合的结果,要研究电机的电磁振动,需要将电机的电磁场和结构振动分析结合起来。通过有限元软件,采用一种弱磁-固耦合的方法,对异步电机的电磁振动特性进行分析。首先利用ANSOFT有限元软件建立异步电机的二维有限元模型,计算电机的瞬态电磁场,得到电机在给定转速稳态运行状态下的磁场分布和作用在定子上时变的电磁力;其次用ANSYS有限元软件建立异步电机结构的三维有限元模型,将ANSOFT软件得到的时变电磁力进行频谱分析并校正,然后施加到电机上,计算出电机结构的电磁振动响应。基于对电机电磁振动特性的分析,可以对电机的电磁参数和结构进行改进和优化设计,以降低电机的电磁振动     

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。     

水轮发电机组横/轴有限元振动分析

针对机械和电磁故障引起的水轮发电机组轴系振动问题,基于单节点4自由度Euler梁,将轴向位移纳入整体结构建立了单节点5自由度机组转子-轴承系统有限元模型。利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法对系统进行求解,借助轴心轨迹图分别讨论了是否考虑轴向自由度和轴向电磁力下质量偏心、静偏心对系统横向振动特性的影响。结果表明：轴向自由度的加入对系统运动轨迹形态及大小起到了积极改变作用。轴向电磁力与动、静偏心下不平衡磁拉力形成电磁激励耦联效应,二者共同作用使系统横向运动振幅明显增大。因此,在水轮发电机组轴系建模及分析过程中应充分考虑轴向自由度及相关荷载作用影响。     

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。     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

基于轴承座振动特性的大型同步调相机偏心故障程度诊断方法

提出一种利用同步调相机偏心故障后的轴承座二倍频振动与振动幅度来判断气隙偏心故障程度的在线监测方案。首先，推导了动、静偏心故障后轴承座的振动特性，得出动、静偏心均会使调相机产生二倍频振动的结论。其次，利用二倍频振动与振动幅度作为鉴别故障程度的特征量，推导得出不同类型偏心故障程度的计算公式。最后，采用Maxwell有限元软件搭建了某300 Mvar大型同步调相机二维模型，仿真计算出不同程度偏心故障后轴承座所受到的不平衡电磁力，对所提偏心故障程度诊断方案进行仿真验证。结果表明，该方案能够准确计算出故障偏心程度，并且偏心故障程度越大，该方案的诊断误差越小。该方案的提出对大型同步调相机偏心故障程度的在线监测诊断具有极大的参考价值。     

船用高速发电机基波磁场下机座电磁振动

以船用高速同步发电机为对象进行电磁振动特性分析。用有限元法计算空载下电机基波气隙磁场引起的径向电磁力波在机座机脚处垂向振动加速度。通过对不同机座安装方式、材料刚度及结构阻尼的振动仿真对比,分析影响振动加速度主因及有限元模型简化处理对计算结果影响。用三维谐波场及瞬态场有限元法计算机脚振动加速度,用电动机运行法测试发电机空载下机座机脚振动加速度。结果表明,仿真与试验结果基本一致,机座及机脚振动受机座安装方式影响较大,定子振幅受材料弹性模量响应较大,在弹性安装/自由状态下机座形变分布主要受结构阻尼影响。该结果可为船用高速电机减振降噪设计、研究提供依据及参考。     

逆变器供电下感应电机振动分析

以一台感应推进电机为例,分析在逆变器供电情况下电机气隙中径向旋转电磁力波性质,并构建电机的二维场路耦合计算模型以便与解析解相互验证;建立电机准确的三维有限元结构谐响应分析模型,并将旋转力波作为激励进行仿真计算,得到在不同性质力波作用下结构的响应结果。现场实测与分析计算结果有较好的符合性,所提计算方法和结果具有一定的工程参考价值,为感应电机的减振降噪提供一些参考。     

具有初始弯曲的不平衡转子碰摩条件的研究

建立了一个具有初始弯曲的不平衡转子模型,通过d'Alembert原理推导了振动方程。通过解析方法,分析了此类转子转静件间发生碰摩的条件。引入并求解了判断碰摩发生的碰摩因子和碰摩起始转速,分析了质量偏心量、初始弯曲长度、转子阻尼系数,和质量偏心与初始弯曲之间相位角对碰摩因子和碰摩转速的影响。该研究对于防止或预测此类转子碰摩的发生和降低碰摩带来的损失具有重要的意义。