兆瓦级双定子直驱风力发电机定子振动研究

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1、检测与控制2012年第5期(总第121期)·机械研究与应用·兆瓦级双定子直驱风力发电机定子振动研究张莹博，肖珊彩，潘磊，周志超(国电联合动力技术有限公司，北京100039)摘要：精确计算发电机的固有频率，对于预测发电机的振动和噪声至关重要。利用三维有限元分析研究兆瓦级双定子风力发电机三种定子结构的振动模态和固有频率，并分析了其振动特点。分析结果表明，外定子、内定子和双定子结构的固有频率均有效避开了发电机系统不平衡激振频率和所发出的交流电频率。本文的方法可用在发电机设计阶段对定子固有频率进行预测。关键词：双定子风力发电机；模态分析；固有频率；有限元分析中图分类号：TK83

2、；0327文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)05—0128—04Studyonstatorsvibrationofmulti—megawattdouble—statordirect—drivenwindgeneratorZhangYing—bo，XiaoShan-cai，PanLei，ZhouZhi-chao(GuodianunitedpowertechnologyCo．，Ltd，Beijing100039，China)Abstract：Accuratecalculationofthestatornaturalfrequenciesofagenera

3、torisessentialtothepredictionofacousticnoisenadvibration．The3Dfiniteelementanalysisisusedtostudystatornaturalfrequenciesofthethreetypesofmulti—megawattwindgenerator．andthevibrationcharacteristicisan~yzed．Theresultsindicatethatnaturalfrequenciesofthethreetypesa1lavoidfrequenciesoftheexcit

4、ingforceandthefrequenciesofgeneratedAC．Theanalysiscanbeusedatthedesignstagetopredictthenaturalfrequenciesofgenerators．Keywords：double-statordirect-drivenwindgenerator；modalanalysis；naturalfrequencies；finiteelementanalysis1引言析，以研究相互间的影响关系，对此结构风力发电机随着科技的发展，能源需求量日益增长，能源危的设计提供可靠的模拟数据，指导下一步的设

5、计与改机问题愈发突出，风力发电作为新能源因为无污染、进方向。可再生等优点受到人们的重视，风力发电产业得到了2模态分析的理论基础迅猛的发展--。近几年，风力发电专用发电机正向模态分析是把原物理坐标系中描述的相应向量高可靠性、低维护量、减少组件、降低成本、效率高、集转换到模态坐标系统中的一种坐标变换。利用线性成度高的方向发展，大体趋势是单机容量不断增长。系统固有模态的正交性，以系统的各阶模态振型向量双定子结构成为永磁直驱风力发电机的一个发展方所组成的模态矩阵作为变换矩阵，对选取的物理坐标向J，使得电机单位体积的输出功率增大，减小电做线性变换，使得振动系统的运动方程组能够变成

6、一机体积和重量，即降低了成本，又方便了运输。但是组彼此独立的模态方程，从而解出各阶模态参数。由其结构复杂，所以对此结构的研究非常必要。于该变换是线性变换，所以任意一点对激励的物理响发电机的设计中，需要保证定转子之间气隙才能应可表示为各阶模态响应的线性叠加。满足发电机运行的性能。定、转子之间会存在电磁根据Hamilton原理¨和应力一应变、应变一位移力，电磁力的频率与部件固有频率相同或接近时可能的关系，可得有限元离散后电机结构的拉格朗日运动会引起共振。文献[9]精确计算了电机的固有方程为：频率和响应，并利用有限元分析软件研究了大型感应Ku+Ru+mu=F(1)电机定子的振

7、动模态和固有频率，分析了定子固有频式中：K为刚度矩阵；M为质量矩阵；R为阻尼矩阵；／L率的关键因素，避免发生共振。文献[10]研究了开为节点的位移矢量；F为节点力矢量。关磁阻电机(SR电机)定子固有频率对降低电机噪通过对电机结构的有限元分析可以获得电机的声和优化控制策略的重要意义。振动模态和固有频率。而固有频率计算一般为无阻笔者以某兆瓦级双定子风力发电机为研究对象，尼振动，所以式(1)中，令F={0}，时间导数用代建立双定子风力发电机的内定子、外定子和双定子三替(其中为角频率)，则电机结构的无阻尼自由振种模型，对各个模型的固有频率进行有限