糯扎渡水电站大容量机组定子低频振动的处理方法及应用

定子低频振动是大容量水轮发电机存在的主要难题之一,引起定子低频振动的主要原因是发电机转子不圆或偏心导致磁拉力不平衡.对此,糯扎渡水电站采用转子磁轭重新热套、转子静态调圆、动态气隙调整的处理方法,使机组振动得到不同程度的改善,但耗费了大量人力物力,且振动幅值仍然普遍高于目标值80μm.经过对定子振动波形分析,糯扎渡水电站找到了水轮发电机定子低频振动处理的简单有效方法,能快速定位影响定子低频振动幅值的关键磁极,用时短且效果明显.本文详细地介绍了该电站基于振动波形分析的定子低频振动处理方法和效果.     

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。     

磁极优化降低表贴式永磁电机电磁振动噪声

磁极偏心距和极弧系数是表贴式永磁电机的重要设计参数,对电机电磁振动和噪声有重要影响,而现有研究主要停留在上述参数对径向电磁力波的影响,并未进一步研究如何通过上述参数削弱电机电磁振动和噪声。建立径向气隙磁密关于极弧系数和磁极偏心距的解析模型,推导出径向电磁力波解析表达式。编写电机电磁振动噪声计算程序,以一台4.2 k W表贴式永磁电机为例,计算出不同极弧系数及磁极偏心距下电机电磁振动噪声值。结果表明,随着磁极偏心距增大,电机振动噪声有减小的趋势,当极弧系数为0.9左右时,电机电磁振动噪声降到最小值。有限元仿真验证了该结论的正确性。     

基于转子辅助槽的PMSM电磁振动噪声削弱方法研究

电机气隙中的径向电磁力作用于定子齿部,通过定子、机座传递到空气中,产生了振动噪声。针对实际工程中噪声突出问题,解析径向电磁力得到产生振动噪声的主要阶次和频率,分析电机的定子模态得到不同空间阶次下的频率。考虑电机转子凸极,提出一种转子开辅助槽配合增加气隙宽度的方法改善电机的声振特性。通过搭建优化前后的电机有限元模型,在加速工况下对比6f₁和12f₁频率(f₁为基波频率)的电磁力,以及24阶次和48阶次下的A计权声压级,验证所提方法的有效性。最后在实际样机上测试加速工况下24阶次和48阶次的振动水平和声压级。试验结果表明,所提转子开辅助槽配合改变气隙宽度的方法能够有效降低电机整体的振动噪声。     

采用气隙不均匀改善永磁同步电机性能

为使内置式永磁同步电动机稳定运转,本文选用转子偏心致使气隙不均匀来改善磁场波形,将齿槽转矩幅值下降。同时铁心损耗降低和输出转矩提高,电机的性能得到提高。基于Maxwell 2D对不同最大气隙δmax、最小气隙δmin组合对应的偏心距H进行扫描分析,得到齿槽转矩最小的偏心距H。再对比分析气隙均匀和不均匀时气隙磁场波形、输出转矩和铁心损耗,仿真结果表明合理的气隙不均匀可以改善电机性能。最终试制一样机,获得样机试验结果与Maxwell仿真值比照,误差小于8%,验证了Maxwell设计电机的高精度。     

振动分析在电机制造厂的成功实践

简要介绍了振动分析技术在电机故障(包括电机滑动轴承间隙不当、电机转子不平衡和电机转子动态气隙偏心)诊断中的成功应用。振动分析和诊断过程对电机的故障诊断具有一定的参考价值。     

大型抽水蓄能电机低频电磁力分析计算

随着机组容量的增加,低频振动问题越来越受到关注。到目前为止,国内投运的数十台大容量水电机组都不同程度地存在着低频振动问题,有些机组的振动甚至超过标准的规定限值。针对这一问题,本文对低频振动的机理进行分析,探讨低频电磁力产生的原因、研究其计算方法,并以抽水蓄能电机为例,计算分析低频电磁力及其影响因素。结果表明:低频电磁力的大小随气隙偏差、不圆度、气隙磁密增加而增大,随气隙长度增加而减小。虽然在制造和安装的过程中无法消除这些因素,但可以通过提高转子加工和安装精度,最大限度地减小电磁力和降低低频电磁振动,以保证振动幅值小于标准要求而使机组能长期安全可靠运行。     

振动分析在电机制造厂的成功实践

简要介绍了振动分析技术在电机故障（包括电机滑动轴承间隙不当、电机转子不平衡和电机转子动态气隙偏心）诊断中的成功应用。振动分析和诊断过程对电机的故障诊断具有一定的参考价值。     

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。     

定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

内置式永磁同步电机电磁噪声的削弱研究

内置式永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优势,被广泛应用在各类驱动领域.本文以某用途48槽8极内置式永磁同步电机为研究对象,推导了径向电磁力波公式,分析了其影响电机电磁噪声的主要阶次,采用转子表面开圆弧形辅助槽的方法来削弱电磁噪声.通过有限元计算分析了优化前后电机的气隙磁场和电磁力密度变化,基于Workbench平台,仿真分析了电机的振动噪声.结果表明采用开辅助槽的转子结构减少了气隙磁场谐波,降低了全工况范围内影响电机电磁噪声的主要阶次电磁力密度,削弱了电机的振动噪声.     

偏心分块转子电机转矩脉动抑制研究

提出一种基于偏心极弧的分块转子结构混合励磁分块转子开关磁链（HESRFSPM）电机。通过比较气隙面积不变条件下的气隙磁密空间谐波幅值,偏心极弧的分块转子结构可以减少2次、4次、10次径向气隙磁密空间谐波幅值。因此,在平均输出转矩不变的条件下,该结构可抑制HESRFSPM电机转矩脉动,降低齿槽转矩。分析了偏心距对HESRFSPM电机齿槽转矩、反电动势谐波以及谐波转矩的影响,得到抑制转矩脉动效果最佳的偏心转子极弧结构,并制作了样机。最后,通过样机实验验证表明,在平均输出转矩不变的条件下,基于偏心极弧的HESRFSPM电机转矩脉动在弱磁、永磁和增磁运行状态下分别降低了5.14%,2.89%,1.42%。     

卧式安装永磁电机转矩脉动及电磁力优化技术研究

针对卧式安装电机机脚振动受电机气隙径向力、力矩波动耦合影响的问题,对电磁力波的表达式进行了详细的推导,分析了气隙长度、偏心距、斜极角度等参数对电磁力谐波、转矩脉动的影响。在保持输出转矩一致的情况下,通过增加气隙,优化永磁体形状等方式抑制气隙电磁力谐波和转矩脉动。对不同斜极方式对电机电磁振动噪声的影响进行了详细的分析,对比了不斜极、V字斜极和Z字斜极的差异。最后,通过实验对比了不同结构电机的振动噪声水平。实验结果说明,削弱气隙电磁力谐波和转矩脉动可以有效抑制卧式电机机脚处的振动。优化磁极形状后电机总振动级降低了6dB;采用Z字斜极和V字斜极后电机机脚处振动分别降低了5dB和6dB。     

基于电动汽车驱动电机振动噪声优化的转子结构设计

为降低电动汽车驱动电机的振动噪声,提升电动汽车的振动噪声性能,本文以一台电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,推导出转子分段错极情况下径向电磁力的解析表达式,并分析错极角度、分段数对径向电磁力的影响。为进一步削弱电磁振动噪声,采用有限元法对比研究了未优化、转子分段错极优化,以及在分段错极基础上采用非均匀气隙这3种情况下径向电磁力和电磁振动噪声的大小;结果表明,同时采用转子分段错极和非均匀气隙的优化方式对电机径向电磁力和振动噪声削弱效果最佳。样机实验验证了仿真结果的准确性,为电动汽车驱动电机减振降噪的设计提供参考。     

注塑机用永磁同步电动机的设计与分析

为改善注塑机用永磁同步电动机的气隙磁密波形,降低振动和噪声,提出一种新的转子结构。设计了一台8极36槽永磁同步电动机,在转子铁心上适当打孔和开槽,借助电磁场有限元分析软件ANSYS Maxwell,建立电机模型,并对电机空载气隙磁场、齿槽转矩、电磁转矩及径向电磁力波进行了分析与计算,仿真结果表明,采用该转子结构可减少电机转矩脉动和气隙磁场谐波。样机试验结果验证了该电机设计的合理性。     

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。     

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。     

隔爆电机噪声及其控制方法

电机在运转中由于电磁作用,机械摩擦振动,气流运动,形成冲击、振动力波而产生噪声。在与机械设备配套使用时,其噪声对机械设备的运行有显著的影响,因此,控制电机噪声对降低机械设备噪声有很高实用价值。 电机噪声主要由电磁振动噪声、流体振动噪声和机械振动噪声三部分组成,如图1所示。 电磁振动噪声是感应电机结构系统在受到特定频率的电磁激振力后,各构件之间产生振动响应并将其传递到电机壳体而辐射出噪声,定、转子槽配合不当,转子在定子内错位、偏心,气隙不匀将增大电机的电磁噪声。     

气隙不均匀对转子系统振动特性影响的初步研究

由于转子几何形状以及转子运动时的动静偏心,在定转子之间发生的相对运动时会产生气隙不均匀。本文以汽轮发电机为研究对象,通过推导单边气隙及气隙磁导表达式,对转子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力表达式。重点研究了椭圆形状转子存在静偏心时的振动特性。并在此基础上研究了圆转子存在动偏心时的转子动力学方程。     

利用不均匀气隙优化自起动永磁电机的气隙磁密波形

为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响,对内置"V"型转子磁路结构自起动永磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构,以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化,使其中的谐波含量较小,得出了转子磁极的最优偏心距。在此基础上采用时步有限元方法,在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下,对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比,并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明,通过优化偏心的不均匀气隙设计,电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。