机电耦联非线性动力系统的稳定性和分岔分析.pdf

摘要机电耦联动力学系统是机械系统和电力系统相互耦合的非线性复杂系统。机电耦联动力学学科是一个涉及多学科的崭新的交叉学科,主要由两大基础学科交叉形成:力学学科和电学理论。机电耦联动力学系统有两个显著的特点:机电耦合的复杂性和显著的非线性特性。机电耦联动力学学科有着两方面的重要任务:方⒒珩盍6ρ低呈P停虎绶窍咝机电耦联系统的动力学分析。对于前者,我们将借助机电分析动力学,从能量的观点出发,统一建立机械运动方程和电力系统方程,最终得到一个机电耦合的微分动力系统。对于后者,我们将应用非线性分岔理论,从微分动力系统的观点出发,分析机电耦合系统的定性性态。非线性分岔理论作为非线性科学的~个重要分支,被广泛的应用于许多学科的研究分析工作。从非线性分岔理论的观点,分析机电耦联动力学系统的特性,是当前科研工作的一个新的焦点。本论文应用非线性分岔分析方法,分析研究了交流电机轴系扭振的失稳振荡情况,发电机组机电耦联非线性动力系统的分岔特性,以及具有串补电容的单机无穷大电力系统的一类分岔情况。本文的研究工作对于实际电机系统和电力系统的参数设计、稳定运行和故障诊断等提供了一定的理论依据。本论文的主要研究工作和结果如下:概述了机电耦联动力学的研究内容和方法,以及在此方面的科研成果;简述了非线性分岔理论及其研究方法,以及在机电耦联动力学研究工作中的应用,并指出了当前该研究方向的热点和有待解决难点。首先概括介绍了一套分岔分析方法:多参数摄动法、内共振谐波平衡法、归一化技术;对于交流异步电动机轴系扭振的机电耦联系统,在以定子电阻和转子电阻为分岔参数情况下,出现的两对纯虚根特征值的分岔情形,运用非线性分岔理论进行了详细的分析,此时,系统出现霍普分翁以及环面分岔,并通过数值分析验证了此理论结果。以实验室直流电动机拖动的同步发电机组模型为研究对象,研究了此机电耦联非线性模型,随电磁参数和机械参数变化时,系统的稳定性的变化情况。
并详细分析了系统随发电机电阻和励磁电压变化时的动力学特性。以实验室发电机组为参考模型,当引入串补电容后,构成的单机数,分析研究了系统的动力学特性,在此系统中,将会出现三釉霍普分岔情况、二维环面分岔情况,以及三维环面分岔解,甚至会出现四维环面,或者关键词:发电机,电动机。电力系统,机电耦联,分岔,稳定性,摄动无穷大电力系统模型,通过数值计算分析。得到了系统在双参数平面内稳定运行区域和失稳区域;并以发电机励磁电阻,约按沟缛輐为分岔参更高维的环面分岔,并作了详细的数值分析加以验证。Ⅱ
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第一章’绪论引言复杂系统~一广泛存在于工农业生产和科学技术领域,在世界经济发展机电耦联动力系统一一由电机及其它机械和电力系统相互耦合的随着世界科学技术的曰新月异,各国的工业化程度不断提高,各种中有显著地位。各种电机产生的能源占社会总动力能源的%以上。万千瓦大型汽轮发电机组在国内已经投产运行,蚯咂址⒌缁组在国外已投产运行。一批核电站。如秦山核电站、大亚湾核电站等,也在国内建成。三峡大型水力发电机组也开始逐步投产运行。由发电机联成的电力系统,被用于驱动各种电动机,由分瓦功率的电钟指针,到亿万千瓦的轧钢电机,有在控制系统中用作功率放大的直流电机,有功率达蚯叩慕淮诺缁糯蠡送饣褂写昂涂笊接梅⒌缁榈取交通工具的发展推动了高能电动机车、电气机车及高速磁悬浮列车的研制开发。磁悬浮列车利用强大的电磁力悬浮车体,利用直线电机驱动列车前进,配置一套控制磁浮力、拖动力及气隙大小等项目的控制系统,形成一个机电耦联动力系统。用电场或磁场来悬浮陀螺仪转子、悬吊加速运动部件以实现各种运送机械和各类机械运动,特别是高速磁浮轴承的研究、应用,具有良好的发展前景。在机电耦联系统得至惴河τ玫耐保哺颐堑目蒲а芯抗ぷ魈出了许多新的课题和挑战。汽轮发电机组、水轮发电机组及各种动力设备正朝大型化和高速化发展。他们存在的振动和运动稳定性问题,严重威胁和影响着系统的安全、寿命和性能,甚至发生重大事故,造成不可估量的财产经济损失。例如,年日本海南电厂的一台万千瓦汽轮发电机组在试运行的过程中,发生异常振动,长达米的主轴断裂飞逸,整台机组全部毁坏。年日。美国亚利桑那电站,公能源问题也日显突出。电力能源无疑是当今世界各国工业发展的命脉。关于发电和电力系统的研究工作对世界各国的工农业和经济发展都有着极其重大的意义。第一章绪论
发电机转子发生断裂:年拢拦プ缺さ缯荆珿局圃斓发电机组在进行超速实验时,发电机转子发生断裂:年月,前苏联切尔诺贝利核电站四号机组发生严重振动而导致核泄漏,经投运的大容量发电机组,也相继发生了多起断轴及其它严重事故。年月,山西大同第二热电厂,一台电厂投运个月以后,发生断轴事件;年月,陕