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剛柔-機電耦合的風機齒輪-發電機動力學模型建模方法

428   編輯:中冶有色網   來源:重慶大學  
2024-04-08 14:24:20
權利要求書: 1.一種剛柔-機電耦合的風機齒輪-發電機動力學模型建模方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟一,采用三維設計軟件構建齒輪箱、發電機的實體結構模型;步驟二,利用有限元分析軟件對實體結構模型進行縮聚,獲取箱體結構的縮聚剛度矩陣與質量矩陣,形成箱體單元;結合齒輪箱各軸系實際尺寸,采用Timoshenko梁單元法建立柔性軸模型,形成軸單元;采用有限元分析軟件,計算并獲取軸承的支撐剛度,形成軸承支撐單元;利用牛頓第二定律構建齒輪系統的動力學方程,考慮內部激勵特性,形成嚙合單元;步驟三,基于步驟二各子單元的剛度質量矩陣,結合系統各子構件的連接耦合方式,組裝成為考慮系統結構的剛柔耦合模型;步驟四,基于有限元分析軟件,對永磁同步發電機工作部件材料進行設定,考慮永磁材料的磁飽和特性,進行空間氣隙磁密、漏磁特性以及動態特性分析,獲取發電機的電磁轉矩和電磁徑向、切向力,形成外載荷向量單元;步驟五,根據步驟三中得到齒輪系統與發電機系統的相互耦合作用關系,結合步驟四電機轉動過程中產生的電磁徑向力波與電磁轉矩,通過磁-電和磁-機耦合項,建立機械系統和電氣系統之間的聯系,從而得到電機驅動的傳動系統的機電耦合模型,建立齒輪-永磁同步發電機多因素下的機-電耦合模型。2.根據權利要求1所述的剛柔-機電耦合的風機齒輪-發電機動力學模型建模方法,其特征在于:步驟二考慮了箱體結構特性、軸系系統的柔性、齒輪時變嚙合剛度和誤差,機械系統沿著軸線和繞軸線方向的運動,{x,y,z,θx,θy,θz}為廣義坐標,步驟三利用拉格朗日方程建立齒輪系統-電機的機械動力學模型為:式中,M為系統質量矩陣,Km與Cm分別為嚙合剛度與嚙合阻尼矩陣,Kb與Cb分別為支撐剛度與支撐阻尼矩陣,Kt與Ct分別為扭轉剛度與扭轉阻尼矩陣,KΩ、KA分別為向心剛度矩陣和切向剛度矩陣,CG為陀螺矩陣,θi為構件i的轉角,F為考慮電磁轉矩與電磁徑向力的外部力矩陣。3.根據權利要求2所述的剛柔-機電耦合的風機齒輪-發電機動力學模型建模方法,其特征在于:步驟四中,電磁力的表達公式為:F(t,θ)=F0+∑∑Fuvcos(upwrt+vpθ+θ01)式中,F0是直流分量,Fuv為電磁力各次諧波的幅值,u為時間諧波階數,v是空間諧波階數,p為極對數,vp為徑向力的模數,表示徑向力在定子一周空
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