开关磁阻电机转子偏心故障及振动分析

摘要

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)简称SR电机，作为一种新型调速电机，具有结构简单、坚固，调速性能良好，可靠性高等优点，得到了广泛重视。然而 SR电机显著的振动和噪声问题在很大程度上制约了其在相关领域的发展和应用。研究表明SR电机的噪声主要源自定子受到脉动的径向电磁力作用而引起的振动和变形。针对振动和噪声问题，众多学者在SR电机本体设计和控制方面提出了很多有效方法；但由于机械加工和安装精度等问题，必然使电机存在偏心，导致定、转子间的气隙长度不均匀。由于SR电机气隙较小，且气隙磁导率远小于铁芯材料的磁导率，因此，气隙长度不均匀会引起气隙磁感应强度发生较大变化，进而产生较大的不平衡磁拉力，恶化SR电机的振动与噪声问题。因此，SR电机的偏心故障分析及其对电机性能影响的研究是实现电机偏心诊断与优化设计的重要方面。
　　本文针对SR电机的静、动态偏心故障问题，首先在考虑转子(初始)偏心方向角度和偏心率的前提下，推导了气隙偏心对电机气隙长度、绕组磁链、静态转矩等特性的影响；利用Ansoft建立了 SR电机不同偏心状态的二维静磁场有限元模型，仿真验证了偏心方向角度和偏心率对绕组磁链及转矩的影响，并提出磁链特性可以作为一种准确检测偏心故障的重要参数。
　　其次，建立了 SR电机不同转子偏心的场-路耦合瞬态有限元分析模型，分别采用虚位移法和麦克斯韦应力法对电磁力等进行了求解计算；并对SR电机的气隙磁密、电磁力和电磁力密度进行了快速傅里叶变换(FFT)，分析了偏心对电磁力等频谱分布的影响。
　　最后，利用Ansys对SR电机的定子结构、定子与机壳结构进行了有限元模态分析，获得了两种模型的固有频率与振型。通过将瞬态电磁场分析与谐响应场分析进行连接，建立了SR电机的磁-固弱耦合分析模型，采用模态叠加法对SR电机定子与机壳结构在不同偏心故障下的振动位移和振动加速度进行了分析，得到转子偏心故障对SR电机振动特性的影响。仿真分析结果对SR电机的结构优化设计与偏心故障诊断具有重要的理论参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外发展和研究现状

1.3 论文主要内容及创新点

1.4 本章小结

第2章 开关磁阻电机系统基础理论

2.1 引言

2.2 开关磁阻电机系统的基本构成[1,2,67]

2.3 开关磁阻电机工作原理[2,68,69]

2.4 开关磁阻电机数学模型[2,70]

2.5 本章小结

第3章 开关磁阻电机静态特性分析

3.1 引言

3.2 电机电磁场分析的基础理论

3.3 偏心对电磁特性的影响分析

3.4 SR电机有限元分析

3.5 SR电机的静态电磁特性计算

3.6 本章小结

第4章 开关磁阻电机瞬态场分析

4.1 引言

4.2 SR电机的场路耦合建模

4.3 SR电机磁密计算

4.4 SR电机电磁力计算

4.5 本章小结

第5章 开关磁阻电机振动分析

5.1 引言

5.2 SR电机定子模态分析

5.3 磁固耦合分析介绍

5.4 SR电机的振动的耦合分析

5.5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果