某型爪极发电机的模态仿真与试验分析

爪极发电机固有频率和模态振型的准确计算是降低电机振动和噪声的基础。基于某型车用爪极发电机,噪声试验显示其存在结构共振导致的电磁噪声偏大问题。首先建立定子铁芯整体模型,在考虑端部绕组的情况下对线圈进行等体积式建模,并完成了整机模型的建立。对材料参数等效处理,通过数值软件进行零部件和整机的自由模态仿真,自由模态试验结果与仿真结果的最大误差为7.1%,二者具有较好的一致性。最后完成整机约束模态试验和仿真,验证建模方法和模态分析的有效性。可为同类型爪极发电机建模和模态计算提供参考。     

基于ANSYS的车用交流发电机定子建模方法分析

为了准确预测车用交流发电机的振动和噪声,需要得到电机定子准确的模态特性,而准确的仿真计算模态前提是要有准确的仿真模型。利用有限元软件ANSYS对定子铁芯分别建立实体与片状结构模型计算得到模态特性,并结合实验结果确定定子铁芯采用实体结构模型与实际最接近且计算最简便。在确定定子铁芯建模方法的基础上,对绕组通过不同的等效方式组成不同的定子模型来计算得到不同的定子模态结果,结合实验结果来选取最符合实际的模型,从而确定绕组采用等效体积的方法与实际最接近,最终确定电机定子的建模方法,为后期仿真计算的有效性提供依据。     

1200 MW级汽轮发电机定子绕组端部模态分析

以1 200 MW汽轮发电机定子绕组端部为研究对象,利用有限元方法计算其模态。采用正交各向异性材料建立复合材料大锥环模型,基于接触静力学分析确定定位支架与锥环之间的等效刚度,利用优化分析方法建立线棒-胶体结构的均匀化等效模型。综合各部件形成整体结构模型,完成模态分析计算并结合实验模态分析验证有限元模型。给出1阶模态频率对材料参数和几何参数的灵敏度,明确影响汽轮发电机定子端部模态的关键因素,为定子端部的结构设计提供指导意见。     

大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模及振动特性分析

以600 MW大型汽轮发电机为研究对象。建立了汽轮发电机定子端部绕组的高精度有限元模型并进行模态分析,得到与实测结果吻合较好的模态参数;对定子端部绕组进行数字化机理建模,将双层绕组结构视为壳体,内外层支撑结构作为环肋与筋条,基于离散单元法可将端部绕组等效为叠层加筋加肋圆锥壳模型。借助适用于各种复杂弹性边界条件的改进傅里叶级数的瑞利-里兹法,建立了端部绕组的固有、受迫振动方程。通过计算得到端部绕组模态参数的解析解,并与有限元仿真结果进行对比,验证了所建立等效数字化机理模型的合理性与正确性,可为后续端部绕组电磁振动的研究打下基础。     

异步电机定子的振动与模态分析

准确计算异步电机定子的振动模态和固有频率是降低电机噪声和振动的基础。该文基于异步电机简化的物理模型,利用三维有限元软件,全面研究了异步电机定子的固有频率和振动模态。根据等效替换原理,利用多个离散的耦合单元体等效替换铁芯的有限元模型,有效的提高了定子的计算结果的准确度。在综合考虑散热筋、加强筋、底脚和铁芯叠片结构对定子固有频率计算结果准确度的影响后,使得该有限元模型的计算结果达到了很高的准确度。计算结果与实验结果进行了比较验证。     

车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真和试验研究

研究了全负荷工况下8极48槽车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真建模方法,并通过消声室台架试验验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑材料各向异性特性的定子铁芯和系统模型,分析各向异性材料参数灵敏度,并利用激振器模态敲击试验验证仿真模型;其次,针对永磁同步电机和电驱动桥二合一系统,建立电磁-结构-声学多物理场耦合模型,基于三维分布式电磁力激励,仿真再现了全负荷加速工况下电机电磁辐射噪声,并分析电磁噪声特征;最后,利用消声室台架试验结果,验证了永磁同步电机电磁-结构-声学多物理场耦合模型的准确性,重点阐明2 000 r/min附近48阶噪声峰值点产生机理,研究成果可进一步用于车用永磁同步电机设计开发和电磁振动噪声产生机理研究。     

大型汽轮发电机定子绕组端部模态仿真与试验研究

大型汽轮发电机运行时会受到端部电磁力的作用,当电磁力的频率或者二倍工频与定子绕组端部的固有频率接近时,容易发生较大的振动,产生安全隐患,故需要对定子绕组端部振动情况进行研究。本文建立了定子端部准确的三维模型;为方便计算,对有限元模型进行了简化,进行了模态分析,获得了前两阶的振型;采用试验法进行模态测试,并将仿真计算结果与试验结果进行对比,并进行了误差分析,二者误差在合理范围内,从而验证了本文仿真的合理性,为汽轮发电机的设计和安全运行提供依据。     

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。     

车用交流发电机电磁振动噪声预测研究

为了从发电机设计之初就能精确预测其振动和噪声,进而进行优化设计,需要建立一个电磁振动噪声预测分析模型。以一台36槽6极对的爪极发电机为研究对象,利用有限元法计算作用在定子铁芯上的电磁力,再耦合到电机结构模型中计算瞬态电磁振动,最后将电机振动响应作为声学边界条件,利用时域边界元法计算出电机的辐射噪声。计算表明该发电机的电磁振动噪声频率以36谐次为主,与实验测试的噪声频谱分布相同,两者最大声压级相差2.9 d B,实现了较高精度的电磁振动噪声预测分析,对发电机NVH研究具有指导意义。     

基于OMA试验模态参数的砌体结构有限元建模及修正

依托重庆新红岩隧道工程,选典型2层砌体结构进行隧道施工爆破振动激励的OMA试验,采用等效体积单元法建立能准确反映砌体结构真实动力特性的有限元模型;探讨砌体用不同材料模型所得分析频率与实测频率误差及二者振型相关性;据OMA试验模态参数,基于砌体与混凝土材料参数的结构固有频率灵敏度分析,选择合适的修正参数进行有限元模型修正研究。结果表明,二层砌体结构前4阶固有频率位于9~25 Hz;较用各向同性模型而言,砌体采用各向异性模型时计算所得前4阶频率与实测频率值更接近,振型相关性更好;修正有限元模型中材料密度、弹性模量、剪切模量后频率与实测频率间误差明显减小,结构模型动力特性更符合实际,正交各向异性材料模型修正最准确。     

汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析

结构振动问题在大型汽轮发电机中普遍存在,尤其定子端部绕组的振动问题最为突出。定子绕组端部的振动模态分析是减小端部振动的有效手段。利用三维有限元法模态分析,通过比较、分析发电机定子绕组端部振动系统的固有频率在不同模型结构和绕组安装工艺条件下的变化,总结出线棒的截面结构和加固结构对电机固有频率的影响规律。通过比较完整系统的模态分析计算结果和实测结果,证实了模态分析计算的有效性。分析结果对定子绕组端部结构设计和安装工艺有很大指导意义。     

励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明：正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险位置。     

考虑各向异性的辅助变流器用变压器模态分析

变压器模态参数的准确计算是研究变压器振动噪声问题的前提,以往对变压器器身进行实体建模,并将绕组与铁心材料按各向同性处理的常规模态分析方法存在计算精度上的缺陷,影响振动分析结果。为了准确模拟变压器等效结构,从而准确计算变压器模态参数,本文计算分析了变压器铁心结构各向异性、绕组结构各向异性、撑条结构各向异性等对变压器固有频率计算结果的影响,通过合理设置零部件等效材料属性与接触关系,较准确地计算了变压器的主要阶次固有频率。与实测相比,主要模态频率计算平均误差在5%以内,验证了方法的合理性。     

车用发电机的模态分析

针对电磁共振引起的车用发电机在低速段噪声超标问题,对发电机振动模态通过仿真和实验对比的方法进行分析。材料参数通过零部件自由状态下有限元仿真结果和试验结果对比进行校准,约束状态下整机模型仿真结果与整机模态试验结果趋于一致,最后对发电机端盖结构改进实现降噪亦证实噪声超标原因。     

300MW汽轮发电机定子绕组端部振动试验研究

本文介绍了大型汽轮发电机定子端部绕组动力特性的试验研究和发电机试车时的振动测量,给出了QF-SN—300MW和QFS—300MW汽轮发电机定子端部绕组的动力性能。     

重载轮胎面内欧拉梁模型及耦合振动特性研究

针对重载子午轮胎扁平比接近1的结构特点,考虑柔性胎体与胎侧的耦合特性,建立面内刚柔耦合轮胎模型,并开展模态试验和振动响应分析。考虑胎体的弯曲效应,将胎侧等效为具有集中质量的分段弹簧,建立柔性胎体与胎侧的耦合的重载轮胎面内解析模型;开展重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法研究,获取重载轮胎面内柔性胎体与胎侧耦合的各阶固有频率,并利用重载轮胎试验和解析模态参数,采用遗传算法对轮胎的结构参数进行辨识;利用有限差分法,推导基于轮胎几何、结构参数的三参数的解析等效刚度参数,建立有限自由度的重载轮胎面内刚柔耦合模型,并开展重载轮胎面内耦合模态和振动特性研究和试验验证。理论分析与试验结果表明:(1)基于胎体与胎侧耦合的模态分析方法可表征重载轮胎300Hz内的振动;(2)基于欧拉梁和有限差分法的重载轮胎刚柔耦合模型可准确表征柔性胎体和胎侧的耦合振动特征;(3)重载轮胎刚柔耦合模型能在离散自由度为80的条件下实现较高的模态预测精度,预测误差保持在5%以内;(4)Newmark-β数值算法和刚柔耦合轮胎模型能够实现轮胎面内时域振动响应的准确模拟。     

用于阻尼器试验的斜拉索等效模型建模

该文提出一种便于试验室内布置的短梁模型等效斜拉索,利用该模型可进行足尺拉索阻尼器试验研究。等效原则为,附加阻尼器后等效模型一阶振动频率及模态阻尼与其原型按张紧弦理论计算得到的相应值相等。该文首先提出了等效模型的概念及参数;然后,对比水平张紧弦-线性粘滞阻尼器系统的振动分析理论,对等效模型进行了自由振动和有阻尼振动的参数分析,采用数值方法分析了模型的振动特性;最后比较模型与原型的振动特性,提出确定模型参数的方法。数值模拟结果表明:按上述方法得到的等效模型与原型一阶振动频率及附加相同阻尼器后模态阻尼比的差值均小于5%,等效模型具有良好的精度。     

基于阶次分析的爪极发电机电磁噪声源分析

爪极发电机噪声严重影响汽车的NVH性能。基于某型爪极发电机,在标准噪声实验室进行冷态空载和热态为负载工况下的台架噪声试验。处理数据发现,在低转速段,电机的电磁噪声偏大且出现了峰值,阶次分析显示36阶次主要噪声成分。建立样机的电磁学模型,对峰值噪声转速进行电磁仿真求取电磁力,其频谱显示12、24和36阶次为电磁力主要阶次。采用等效体积法建立定子模型,并装配整机模型,完成了模态仿真和模态试验。结合仿真和试验结果,发现低速电磁噪声源是电磁激振力作用下的结构共振产生,对电磁噪声的分析和控制具有一定参考价值。     

双闭室复合材料薄壁梁的结构阻尼细观分析

研究双闭室复合材料薄壁梁的结构阻尼特性。基于单层混杂材料的细观力学阻尼计算方法和多胞模型,分别获得单层复合材料的等效阻尼特性和等效弹性特性;基于变分渐进法（VAM)和Hamilton原理,建立双闭室复合材料薄壁梁振动方程;采用Galerkin法对薄壁梁进行自由振动分析;在获得薄壁梁振动模态矢量的基础上,根据最大应变能理论,对薄壁梁的模态阻尼性能进行预测,并且将阻尼预测的结果与现有的有限元计算结果进行对比,验证了本文阻尼分析模型的有效性。进一步针对四种种构型双闭室复合材料薄壁箱形梁,进行阻尼计算,揭示了纤维铺层角和纤维含量的影响。     

基于近似模型的大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应预测研究

针对电磁力作用下大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应建模及计算复杂问题,提出一种基于数据驱动的支持向量回归动力响应预测方法。通过少量典型样本构建某600 MW汽轮发电机动力响应近似模型,从而代替复杂耗时的有限元模型预测不同结构参数下的动态性能。以端部绕组鼻端位移峰值作为动力响应的关键指标,首先选取绑环刚度、径向支架刚度以及滑销和径向支架之间的固定约束数目为设计变量,通过正交试验设计获取样本,在ABAQUS软件中分别建立试验样本对应的有限元模型,再对其进行计算获得鼻端位移时程曲线;然后通过遗传算法对支持向量机中的参数寻优构建端部绕组动力响应的近似模型,对比结果显示,该近似模型精度优于基于响应面法和克里金插值法构建的预测模型;最后基于近似模型探讨了设计参数对鼻端位移峰值的影响规律。该方法可用于后续的优化设计以及装备数字孪生系统中电气和力学性能的实时求解与计算。