汽轮发电机转子由电磁力所激发的参数振动、运动稳定性及减振的研究

本文在[文章6～10]的基础上,进一步建立了汽轮发电机转子振动与拖动的非线性周期系数微分方程组,方程组中的六个变参数和描述发电机电磁的超越代数方程组相藕合,形成一个统一的系统。获得了这一系统的方程组的解。得到了一些没有被人得到的电磁参数振动的特性与规律,解决了汽轮发电机转子振动与拖动相藕合的运动稳定性。电磁参数振动的特性由六个变参数所决定,而这六个变参数又随发电机的电磁参数和运行状态的不同而变化,从中找到了一些规律,探索了一些削减电磁参数振动的办法。本课题是机械振动和电磁振动两个学科的有机结合。研究指出,要减小汽轮发电机的振动,既要注意机械振动参数的合理选择,又要注意电磁参数的合理选择,对大型汽轮发电机组的振动问题有积极的意义。     

发电机组轴系电磁激发扭振主共振与奇异性

为研究磁饱和状态下发电机转子轴系电磁激发扭振问题,应用推广形式的拉格朗日-麦克斯韦方程建立发电机转子轴系扭振方程组.由非线性振动平均法求得主共振幅频响应分岔方程并进行奇异性分析,得到开折参数平面的转迁集和分岔图.数值结果表明,随着激磁电流和非线性磁导的增加以及同步电抗的减小,系统主共振的共振区增大.     

磁饱和时发电机组轴系电磁激发扭振组合共振

为研究磁饱和状态下发电机转子轴系电磁激发扭振问题，应用推广形式的拉格朗日．麦克斯韦方程，找到磁饱和状态下发电机气隙磁场能量，建立了电机转子轴系扭振方程组．由非线性振动平均法求得满足组合共振时幅频响应分岔方程并进行奇异性分析，得到了开折参数平面的转迁集和分岔图．数值结果表明，随着激磁电流和非线性磁导的增加，以及同步电抗的减小，系统组合共振的共振区增大．     

裂纹发电机转子轴系电磁激发主参数共振

建立了双质量裂纹转子扭振参数激励系统的数学模型.此模型以发电机产生的电磁力矩作为驱动源,应用多尺度法,给出了参数激励下的主参数共振解.通过对定常解平均方程的稳定性分析,得到了系统主参数共振解的幅频响应曲线.     

裂纹发电机转子轴系电磁激发主参数共振

建立了双质量裂纹转子扭振参数激励系统的数学模型。此模型以发电机产生的电磁力矩作为驱动源，应用多尺度法，给出了参数激励下的主参数共振解。通过对定常解平均方程的稳定性分析，得到了系统主参数共振解的幅频响应曲线。     

水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指导.研究结果表明:在水平盘旋机动飞行下,在二倍临界转速附近系统产生丰富的非线性动力学现象;随着机动载荷的增加,主共振转速提高,并且在转速区间内系统的振动形式更多趋于稳定的单周期运动.水平盘旋下,转子系统不仅能发生1/2亚谐共振,在某些参数下还产生了一些低频振动.     

考虑电磁激励的车用永磁同步电机转子扭振特性

研究了车用永磁同步电机转子系统在电磁激励与机械激励作用下的非线性扭振特性.建立了电磁激励作用下的转子系统机电耦合扭振振动模型,利用多尺度法求解了振动方程,确定了电机-转子系统扭振的稳态解及其稳定性.分别研究了永磁同步电机内功率因数角、极对数、电机运行的磁饱和系数以及转子系统的扭转刚度等对转子系统扭转振动特性的影响.研究结果表明:合理地控制和设计永磁同步电机的电磁与机械参数,可以避开车用永磁同步电机转子系统的扭转振动系统可能出现的跳跃及分岔等不稳定现象.     

同步发电机偏心与绕组短路故障对磁场及电磁振动的影响

以1台6 MW汽轮同步发电机为例,对转子静偏心、定子匝间短路及其联合故障下的磁场、电磁力和电磁振动进行研究。在气隙磁场不对称情况下,以等效电路为基础的经典算法将不再适用,为此建立发电机的有限元模型,基于瞬态磁场的计算结果,给出不同故障类型下的气隙磁场变化特征,并得到发电机不同运行状态下的径向电磁力及其与对应故障参数的变化关系。将电磁力作为载荷,对发电机的电磁振动进行研究,通过比较正常运行和故障运行状态下的位移曲线,定性分析不同故障对电磁振动的影响。研究结果表明:且该振动特征可以为发电机偏心和绕组短路故障诊断提供理论依据。     

水轮发电机定子磁固耦合电磁激发的分岔与混沌

为研究水轮发电机定子系统磁固耦合电磁激发非线性振动，以双壳系统模型作为水轮发电机定子系统的数学模型，应用非线性多尺度法分析水轮发电机定子双壳系统在电磁力作用下的主共振问题，并进行数值计算．结果表明，随着激励幅值的增大和阻尼的减小，系统主共振稳态响应的振幅增大．按照奇异性方法得到系统主共振分岔响应方程在开折参数和物理参数平面的转迁集和分岔图．利用Melnikov方法得到系统可能出现混沌运动的临界值．     

一类具有参数慢变的非线性振动系统

对具有慢变参数的非线性振动系统进行了分析研究,这类系统在振动工程中有着广泛的实际背景。系统中质量、刚度和干扰力等参数是随时间缓慢变化的,与一般的参变系统有着本质的不同。讨论了慢变系统的分析方法,结合转子系统的慢变刚度对其振动特性进行了研究,提出了控制系统通过共振区时的振幅的具体措施。     

考虑磁致伸缩效应的偏转式发电机的振动特性研究

为了提高风能利用率,解决现有开关磁阻发电机转子旋转的单一性问题,提出一种新型可偏转双定子开关磁阻式风力发电机。首先,基于电磁-固体力学模块,建立定子结构磁固耦合数值模型,对电磁场、磁通密度、磁致伸缩密度进行了理论分析。其次,采用有限元平台对发电机进行了直观建模,基于力学理论建立考虑磁致伸缩效应的电磁-固体力学基本方程。最后,通过有限元法对发电机内、外双定子以及转子自转、偏转进行磁固耦合仿真,得到应力分布及对应的振动位移。仿真结果表明:磁致伸缩效应下的振动位移属纳米级别且所受应力较小,对发电机运行影响可忽略不计。磁固耦合的分析方法可为分析电机振动、进一步优化发电机参数提供理论参考。     

板式无砟轨道钢轨共振特性影响参数敏感性分析

为研究无砟轨道钢轨pinned-pinned共振影响因素,基于周期性支撑梁结构振动计算理论,建立板式无砟轨道振动实体有限元模型,采用单参数敏感性分析方法,分析了无砟轨道结构参数对钢轨pinned-pinned共振特性的影响,并计算了各参数的敏感度系数.研究结果表明:扣件间距的改变会引起钢轨pinned-pinned共振特性的明显改变,属于敏感参数.钢轨类型对钢轨pinned-pinned共振频率的敏感度系数相对较小,但仍在较敏感范围内.扣件刚度、阻尼及轨道板弹性模量对钢轨pinned-pinned共振频率几乎没有影响,属于不敏感参数.在钢轨表面附加约束阻尼结构会降低钢轨共振振幅,但几乎不改变钢轨的共振频率.受扣件间距的影响,无砟轨道钢轨pinned-pinned共振频率低于有砟轨道钢轨.     

裂纹转子系统扭转振动时频特性研究

基于简单铰链裂纹模型和局部柔度理论，建立了横向裂纹转子系统扭转振动的动力学模型，得到了裂纹转子扭转振动的数值仿真解，并有了呼吸裂纹转子系统存在着亚谐波共振特性，将小波技术引入到裂纹转子扭转振动时频特性的数值仿真研究中，结果发现裂纹转子的小波时频二维谱存在着6组大系数，小波三维谱表现为6个峰，相应的小波时频等高线表现为6组同心圆，从而表明可以利用裂纹转子扭转振动独特的时频特性作为监测转子系统横向裂纹的依据。     

转子-轴承系统中电磁作动器的力学特性分析及实验研究

通过理论分析和实验的方法研究了电磁作动器的力学特性,建立了基于转子振动位移的电磁作动器电磁力模型;设计了电磁力模型参数识别装置,并采用最小二乘估计法进行了模型参数识别。该模型与电磁轴承力的理想模型的对比实验表明,基于转子振动位移的电磁力模型较之传统理想模型更能反映电磁作动器中实际电磁力的力学特性。     

爪极发电机转子结构对电磁力谐波和振动噪声的影响分析

为了削弱爪极发电机的电磁力谐波以降低振动噪声,利用解析方法分析了爪极转子结构参数对主要电磁力谐波的影响。首先,建立了考虑转子结构参数的电磁力解析模型,并通过有限元计算验证了解析模型的准确性;其次,分析了极尖和极根宽度对引起电磁振动噪声的主要电磁力谐波的影响规律;最后,对发电机振动噪声进行了削弱。研究结果表明:当极尖和极根宽度的变化范围控制在15%以内时,对发电性能的影响较小,且选取适当的极尖和极根宽度值能够有效降低电磁力谐波幅值;对转子结构进行改进后,发电机表面的径向振动峰值下降了20%,总声功率级(A)下降了2.3dB。     

车用发电机定子绕组匝间短路故障下转子弯扭耦合振动特性分析

运用数值积分法,在建立发电机转子系统弯扭耦合振动模型基础上,考虑定子绕组匝间短路故障时发电机转子弯曲及扭转电磁刚度的影响,对不同程度匝间短路故障下转子的弯曲及扭转振动特性进行分析。结果表明,发电机定子匝间短路故障不仅会使转子弯曲和扭转振动加强,还会增加转子弯振和扭振中的倍频及高倍频成分;随短路程度加大,弯振的1、3、5等奇数次倍频振动量与扭振的2、4等偶数次倍频振动量逐渐增加,且弯振中1倍频振动量最大,扭振中2倍频振动量变化最为显著。     

电磁暂态计算中涡轮—发电机转子系统模型

阐述了研究电力系统电磁暂态过程中涡轮－发电机转子系统的理论及模型的建立，该模型能详细地研究电磁暂态下的机电相互作用过程。利用此法，可精确模拟转子系统，以及模拟研究振动时的涡轮机叶片。     

磁力轴承转子系统的Hopf分叉

研究ＰＤ控制器作用下的分散控制型磁力轴承转子系统，结果表明：磁力的非线性是引起系统自激振动的原因之一。通过研究两种非共振情况下的Ｈｏｐｆ分叉，分析了系统参数对自激振动的影响，给出条件稳定准则，还得到了共振情况下的系统响应方程。     

双质体振动筛自同步理论研究

应用改进小参数平均法,得到双质体自同步振动筛两偏心转子的无量纲耦合方程,并得出振动筛系统实现同步的条件和达到同步稳定性运行的条件。通过数值分析,讨论了系统动力学参数对振动筛系统耦合动力学特性的影响。研究结果表明:随着偏心转子质量的增大,同步能力系数先减小后再增大;随着偏心转子质心到系统质心距离的增大,同步能力系数和力传递系数都随之增大;振动频率比、隔振频率比越大,同步能力系数和力传递系数都越小。通过计算机数值仿真和双刚体两机驱动振动同步试验台实验研究,验证了振动筛系统耦合动力学分析结果的正确性。     

新型双盘磁齿整流发电机结构及运行特性

为了实现波浪能的采集与高效转换,加快波浪能开发利用,提出一种新型双盘磁齿整流发电机(double disk magnetic tooth rectifier generator,DDMTRG)。首先,介绍发电机的结构特点和整流原理,结合盘式转子和磁齿轮工作特点分析其结构参数;其次,采用气隙比磁导法及有限元仿真分析该发电机的空载电磁特性和负载输出特性;第三,基于矩角特性分析磁齿轮的带载能力,由外定子各典型位置磁密特征解析该发电机铜耗和铁耗;最后,讨论外定子、盘式转子和磁齿轮结构参数对该发电机运行特性的影响规律。研究结果表明：该电机可将浮子的上下浮动转换为发电机单一方向的旋转运动,实现了波浪运动的整流,效率在94%左右,能量利用率较高;空载气隙磁密和电动势波形正弦性较优,计算结果基本吻合;磁齿轮结构参数对该发电机运行特性影响较大,当盘式转子外圆周永磁体极弧系数为0.6,厚度为4.5 mm,气隙长度为0.5 mm,轴向长度为100 mm,磁齿轮半径为35 mm,长度为40 mm,磁齿轮外圆周永磁体厚度为4 mm,极弧系数为0.8时,双盘磁齿整流发电机的性能较优,发电效率较高,磁齿轮带载能力较...