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。     

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。     

偏心条件下轴向磁通轮毂电机不平衡弯矩建模与分析

为了分析静态偏心和动态偏心对轴向磁通轮毂电机的影响,首先建立了未偏心时轴向磁通电机气隙磁场的准3D解析模型,该模型分别通过复数相对气隙磁导和径向修正函数考虑了开槽和边缘效应对气隙磁场的影响;然后通过分析静态偏心和动态偏心时气隙长度随时间和空间的变化,建立了偏心条件下轴向磁通电机的气隙磁场解析模型,有限元结果表明该模型可以准确预测偏心条件下任意位置的气隙磁通密度;最后根据该模型分析了偏心对轴向电机气隙磁场和电磁力的影响,提出了计算不平衡弯矩的方法。结果表明:不同于径向电机,偏心除了产生不平衡磁拉力,还会使轴向磁通电机产生与旋转方向正交的弯矩,该弯矩有导致偏心进一步加剧的趋势。     

感应电机混合偏心情况下转子表面涡流损耗分析

为了分析计算转子偏心故障对感应电机转子表面涡流损耗的影响,本文构建转子气隙偏心模型,并引入卡氏系数将定转子开槽考虑进来,从而获取转子偏心故障情况下气隙磁场的分布状况,根据传统解析理论分析气隙磁场的畸变。分析发现转子偏心故障会在气隙磁场中引入大量的偏心故障特征量,并且各部分偏心磁场特征量会随着偏心度的增加而增加,进一步分析推导气隙各类谐波在转子表面感应涡电流的频率,并构建相应偏心故障有限元分析模型,提取转子表面涡电流谐波,分析计算偏心故障下的转子表面涡流损耗。     

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。     

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。     

基于等效剩磁法的永磁电动机转子偏心磁场解析计算

转子偏心对永磁电动机的性能有较大的影响.本文基于等效剩磁的方法,利用永磁电动机中标量磁位所满足的微分方程和场量所满足的边界条件提出了静态偏心气隙永磁电动机磁场的解析计算方法.采用该方法计算了一台转子静态偏心的永磁无刷直流电动机在不同偏心率时不同半径处的气隙磁场分布,与有限元计算结果进行了对比,结果表明该方法具有较高的准确性,并得出了相应的结论.     

基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障研究

大型潜水电机广泛用于工矿企业给排水、城市污水处理等场所,然而转轴弯曲、轴承磨损等机械故障会引起气隙偏心。气隙偏心轻则导致气隙磁场畸变、振动增大和电流波动,重则定、转子相摩擦,导致设备停机或损坏。由此推导了大型潜水异步电机动态气隙偏心状态下某一固定位置处的定子齿部磁通解析表达式,分析偏心状态下的磁通故障频率,其基本思想是认为定、转子合成磁动势和气隙磁导决定了气隙磁通的大小,而定子齿部对应位置处气隙中的磁通全部经过齿进入定子轭部,据此提出了基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障在线监测方法。最后,利用有限元法对理论分析进行了验证,并对故障频率的幅值与偏心度之间的关系作了进一步探索,为异步电机动态气隙偏心的精确检测提供了依据。     

偏心状态下的轴向磁通永磁电机受力分析

为了研究偏心对轴向磁通永磁电机受力影响,该文建立了理想状态下轴向磁通永磁电机的气隙磁场解析计算模型,并通过引入气隙磁导函数计及了开槽对气隙磁场的影响;通过对轴向磁通永磁电机偏心状态的分析,建立了偏心状态下气隙磁场解析计算模型,并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。在此基础上,构建了偏心状态下轴向磁通永磁电机不平衡磁拉力受力计算模型,对不平衡磁拉力进行了计算分析。无论是静态偏心还是动态偏心,随着偏心率的增加,不平衡磁拉力幅值逐渐增加。静态偏心下,不平衡磁拉力不随时间发生变化;动态偏心下,不平衡磁拉力呈周期性变化。     

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。     

Analysis of airgap flux, current, and vibration signals as afunction of the combination of static and dynamic airgap eccentricity in3-phase induction motors

This paper provides new information for the online diagnosis of airgap eccentricity in 3-phase induction motors. A new theoretical analysis of the interaction between harmonic field components due to static and dynamic rotor eccentricity which previous research has not considered is put forward, The resultant nonsupply-frequency current components produced in the supply current which are highlighted by the analysis are found to exist experimentally and indeed shown to be a function of the combined effect of both dynamic and static eccentricity. Further vibration analysis is put forward to identify which particular form of rotor eccentricity is dominant; hence illustrating how faults can be identified in a motor using condition monitoring techniques     

Air-gap force distribution and vibration pattern of Induction motors under dynamic eccentricity

A method for determining the signatures of dynamic eccentricity in the airgap force distribution and vibration pattern of induction machine is presented. The radial electromagnetic force distribution along the airgap, which is the main source of vibration, is calculated and developed into a double Fourier series in space and time. Finite element simulations of faulty and healthy machines are performed. They show that the electromagnetic force distribution is a sensible parameter to the changes in the machine condition. The computations show the existence of low frequency and low order force distributions, which can be used as identifiable signatures of the motor condition by measuring the corresponding low order vibration components. These findings are supported by vibration measurements and modal testing. The low frequency components offer an alternative way to the monitoring of slot passing frequencies, bringing new components that allow to discriminate between dynamic eccentricity and rotor mechanical unbalance. The method also revealed a non linear relationship between loading, stress waves and vibration during dynamic eccentricity.     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

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。     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

水电机组转子-转轮弯扭耦合振动特性分析

针对水轮发电机组轴系由多振源激励引起的非线性振动问题,本文构建了考虑动、静偏心因素的不平衡磁拉力及非线性密封力联合作用下机组轴系弯扭耦合振动模型,采用数值分析方法对系统动力学特性进行了研究。通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法分析了质量偏心、密封间隙对系统振动特性的影响。结果表明,动静偏心的加入对系统动态特性表现形式及振幅均带来了明显改变,系统稳定性在一定程度上得到了提升,新的运动特征周期6得以显现。质量偏心在恶化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,但过大的质量偏心会导致定转子发生全周碰摩故障,容易引起系统潜在的不稳定。密封间隙的增加可以减少阻尼和摩擦,使系统运动趋于稳定;但过大的密封间隙会增加流体的泄漏,降低水轮发电机组运行效率。     

高压直流输电换相失败对带静偏心故障调相机的影响

为了研究高压直流输电逆变器换相失败对带静偏心故障调相机的影响,首先以一台TTS-300-2型双水内冷调相机为研究对象,基于Simulink+Maxwell/Simplorer构建了含同步调相机的高压直流输电的场-路-网耦合模型,联合仿真得到不同静偏心率下调相机的气隙磁场.其次,分析了换相失败对不同静偏心率下调相机气隙磁通密度的影响,并采用麦克斯韦应力张量法计算发生换相失败前后转子受到的不平衡磁拉力.最后,采用非线性Newmark隐式积分法计算换相失败对不同静偏心率下调相机转子振动的影响.结果表明,换相失败使带静偏心故障调相机气隙磁场增大,转子所受磁拉力与振动幅值明显增大,并且其影响程度随调相机静偏心率的增大而增大.换相失败对带静偏心故障调相机的影响分析对解释机组异常振动、诊断静偏心故障有一定的参考价值.     

不同转子结构无刷双馈电机的电磁和动态特性分析

简要介绍了无刷双馈电机(BDFM)的结构特点和工作原理,利用Ansoft/Maxwell建立笼型转子和磁障式磁阻转子的BDFM模型,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布、气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到了磁障式磁阻转子结构具有较好磁场调制效果。研究了由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态的动态响应能力和机械负载突变时的转速转矩变化情况。结果表明磁障式磁阻转子BDFM在由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态下,具有较好的动态响应能力,同时在加载时稳定性也较好,为进一步深入研究BDFM转子的优化设计和运行稳定性提供了参考。     

气隙偏心对车用永磁同步电机噪声特性的影响分析

新能源汽车领域竞争的加剧,对驱动电机噪声、振动与声振粗糙度(NVH)性能提出了更高的要求。其中气隙偏心可能导致车用电机出现振动和噪声问题。本文以一台额定功率35 kW的车用永磁同步电机为研究对象,采用解析和有限元仿真相结合的方法分别分析转子动偏心和转子静偏心对车用电机电磁力特性的影响。并建立了电机结构的有限元模态仿真模型,准确分析车用电机的工作模态。在声学仿真分析基础之上,分析了不同程度的动偏心率和静偏心率对汽车电机两个关键工作点电磁噪声频谱特性的影响。最后,通过半消音室内的电机噪声测试试验验证理论分析的正确性。