压电式振动发电机的建模及应用(英文) 被引量：16

1

作者 贺学锋 温志渝 温中泉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1436-1441,共6页

振动式压电发电机是一种可为旋转机械故障诊断中的无线传感节点供电的微能源。本文设计了由压电悬臂梁、质量块和固定装置组成的振动式压电发电机,并建立了安装在恒速旋转机械上的悬臂梁式发电机的数学模型。分析了轴向分力对悬臂梁刚... 振动式压电发电机是一种可为旋转机械故障诊断中的无线传感节点供电的微能源。本文设计了由压电悬臂梁、质量块和固定装置组成的振动式压电发电机,并建立了安装在恒速旋转机械上的悬臂梁式发电机的数学模型。分析了轴向分力对悬臂梁刚度和发电机频率的影响,在考虑悬臂梁受到轴向力影响的基础上,给出了发电机固有频率、输出电压和输出功率的公式。对一个安装于转动框架上的振动式压电发电机进行了测量,结果表明,当框架转动频率为14 .25Hz时,发电机的输出功率约为35μW,随着旋转机械转动频率偏离发电机固有频率,发电机的输出功率很快降低。 展开更多

关键词 能量获取 振动发电机 压电发电机 微机电系统

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自调谐宽频带压电振动发电机的改进 被引量：8

2

作者 朱莉娅 陈仁文 +1 位作者 刘祥建 隆志远 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期327-332,共6页

压电振动发电机使无线传感器网络实现能量自给。然而,压电振动发电机仅在与外界振源共振时才得到较高的能量转换效率。为此提出一种改进的自适应频率调谐的压电振动发电机,利用同步开关刚度控制电路改变结构固有频率,使之趋近于激励频率... 压电振动发电机使无线传感器网络实现能量自给。然而,压电振动发电机仅在与外界振源共振时才得到较高的能量转换效率。为此提出一种改进的自适应频率调谐的压电振动发电机,利用同步开关刚度控制电路改变结构固有频率,使之趋近于激励频率,是一种控制简单、控制效果好的半主动控制方法。在建立系统机电模型基础上,推导了开关控制电路相关公式,并根据系统特点运用基于梯度法的模型参考自适应控制方法。实验结果与理论分析结果一致,改变调频系数,结构固有频率相对变化率可以达到5.1%,且在一定频率调节范围内可以实现自供能。 展开更多

关键词 压电振动发电机 同步开关 刚度控制 自调谐

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新型永磁体外置式直线振动发电机性能研究 被引量：18

3

作者 郭亮 卢琴芬 叶云岳 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1604-1608,共5页

设计了一种新型圆筒式直线振动发电机,采用永磁体外置式结构,绕组和铁心放置在内侧,利用永磁体的振动产生感应电动势,该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸,设计了一款永磁体外置式发电机样机... 设计了一种新型圆筒式直线振动发电机,采用永磁体外置式结构,绕组和铁心放置在内侧,利用永磁体的振动产生感应电动势,该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸,设计了一款永磁体外置式发电机样机,并采用二维有限元方法对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统分析,得到了感应电动势的变化曲线.样机实验结果和有限元分析结果吻合良好,该型发电机与现有的永磁体内置式发电机相比,效率高,永磁体用量少,去磁效应小,电机性能稳定.当2种发电机均以1 m/s速度运行时,永磁体外置式直线振动发电机的空载感应电动势幅值比永磁体内置式发电机高0.6 V左右,效率提高了约1.64%. 展开更多

关键词 直线振动发电机 有限元方法 电动势

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悬臂梁压电式振动发电机材料性能优化研究 被引量：6

4

作者 闫震 何青 +1 位作者 王东平 刘俊峰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期352-356,共5页

具有高能量密度的微型压电振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能量。为了提高有限体积悬臂梁压电式振动发电机的发电能力,通过力学模型及有限元仿真分析了单晶片型式、双晶片并联型式和双晶片串联型式压电振动发电机的材... 具有高能量密度的微型压电振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能量。为了提高有限体积悬臂梁压电式振动发电机的发电能力,通过力学模型及有限元仿真分析了单晶片型式、双晶片并联型式和双晶片串联型式压电振动发电机的材料参数与输出电压及固有频率之间的关系。结果表明,在低频工作环境下,应优先选择PZT-4、PZT-5A、PZT-5H的压电材料和不锈钢、镍合金的基板材料。 展开更多

关键词 无线传感器网络 振动能量收集 压电式振动发电机 有限元仿真

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基于粒子群算法的直线振动发电机优化设计 被引量：10

5

作者 郭亮 卢琴芬 叶云岳 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期442-446,共5页

设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边... 设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统的分析,得到一系列电机感应电动势与电机尺寸间的变化规律,并以有限元分析结果为基础,结合粒子群优化算法,归纳出通用的优化设计准则和公式。优化结果表明,为了得到更高的材料利用率,应取较大的永磁体外径,且样机实验和有限元分析结果吻合良好。 展开更多

关键词 直线振动发电机 有限元分析 粒子群算法

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激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析 被引量：17

6

作者 闫震 何青 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第30期140-145,共6页

为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁... 为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁的长度,减小宽度;在位移激励环境下,应尽量降低压电梁的长度。同时,在两种激励环境中,均应优先选用小厚度比的双晶压电梁。 展开更多

关键词 振动能量收集 压电振动发电机 微悬臂梁 有限元分析 发电能力

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磁耦合式压电振动发电机的试验与分析 被引量：3

7

作者 阚君武 王凯 +3 位作者 王进 张忠华 费翔 王淑云 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期887-894,共8页

为提高环境适应性和可靠性,提出一种基于组合换能器的磁耦合式压电振动发电机,该发电机由纵振的耦合器和横摆的组合换能器构成。建立了组合换能器和磁力的COMSOL有限元模型,并进行了仿真分析,获得了组合换能器簧片长度比、厚度比及磁铁... 为提高环境适应性和可靠性,提出一种基于组合换能器的磁耦合式压电振动发电机,该发电机由纵振的耦合器和横摆的组合换能器构成。建立了组合换能器和磁力的COMSOL有限元模型,并进行了仿真分析,获得了组合换能器簧片长度比、厚度比及磁铁间距对发电机输出性能的影响。在此基础上,选取较佳的结构参数(长度比为0.57、厚度比为2),设计制作了样机并进行了试验测试,获得了激励磁铁和受激磁铁间横向距离L_(x)、纵向距离L_(y)、竖向距离L_(z)及负载电阻对发电机输出性能的影响规律。结果表明:激励频率f<20 Hz时,存在两个较佳谐振频率(由小到大分别记为f_(n1)和f_(n2)),使输出电压出现峰值。谐振频率及其所对应的电压峰值均随L_(x),L_(y)及L_(z)的变化而变化,故合理选择激励磁铁和受激磁铁间距可降低f_(n1)、提高f_(n2)及增大输出电压,有效提高发电机的带宽和环境适应性。存在最佳负载电阻使发电机输出功率达到最大,f=11 Hz,R=540 kΩ时所获得的最大输出功率达0.19 mW。 展开更多

关键词 磁耦合 组合换能器 间接激励 压电 振动发电机

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悬臂梁式压电振动发电机的建模及仿真 被引量：4

8

作者 齐洪东 杨涛 +1 位作者 韩宾 胡莉 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第23期6359-6364,共6页

压电振动发电机是一种能量密度大、无污染、结构简单的新型供电装置。从悬臂梁式双压电片机械模型出发,运用压电学和材料力学的基本理论,建立起压电振动发电机的机电耦合模型。将数学模型用传递函数的形式表示,并利用Matlab/Simulink仿... 压电振动发电机是一种能量密度大、无污染、结构简单的新型供电装置。从悬臂梁式双压电片机械模型出发,运用压电学和材料力学的基本理论,建立起压电振动发电机的机电耦合模型。将数学模型用传递函数的形式表示,并利用Matlab/Simulink仿真工具直观地得到输入和输出随时间和负载变化的关系。分别分析了阻性负载和容性负载结构特性和输出特性,并与相关文献的实验结果进行对比。通过对仿真结果的分析和对比,验证了该模型建立的正确性,为优化设计提供了基础。 展开更多

关键词 压电振动发电机 机电耦合模型 仿真 悬臂梁

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压电振动发电机理论建模与发电性能研究 被引量：4

9

作者 何青 闫震 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期106-110,共5页

为了促进农业生产的现代化和智能化,研究环境信息采集设备—无线传感器网络新的供能方式。以压电方程为基础,结合比能特性,建立了悬臂压电梁发电能力数学模型,分析对比了单晶、双晶串联和双晶并联压电梁输出电压、电荷与电能,最后通过... 为了促进农业生产的现代化和智能化,研究环境信息采集设备—无线传感器网络新的供能方式。以压电方程为基础,结合比能特性,建立了悬臂压电梁发电能力数学模型,分析对比了单晶、双晶串联和双晶并联压电梁输出电压、电荷与电能,最后通过有限元仿真验证,分析结果表明:外力激励环境中,应尽量增加悬臂压电梁长度,减少宽度,同时为了获得较大的输出电压及电能,应优先选用双晶串联压电梁。 展开更多

关键词 无线传感器网络 压电振动发电机 振动能量收集 数学模型

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基于微尺度压电振动发电机的微电源设计 被引量：2

10

作者 王志东 霍睿 张道坤 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期320-323,共4页

为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集... 为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集成而得,结合Matlab仿真分析可知,其输出电压可达0.24V;无源峰值监测开关电路能保证压电片间电荷的全部输出,与具有经典接口的微电源相比其输出功率提高了3倍。 展开更多

关键词 尺度效应 压电 微振动发电机 微电源 无源峰值监测开关

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基于微液滴介质和差分电容器的静电式微型振动发电机 被引量：1

11

作者 温中泉 何渝 王晓兰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1009-1014,共6页

针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴... 针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴作受迫正弦振动假设,建立了静电式微型振动发电机的数学模型。采用COMSOL Multiphysics软件对微液滴运动及电容器极板电荷分布进行了仿真,得到了发电机的输出电压幅频特性。制作出了以汞为介质的静电式微型振动发电机样机,进行了样机的性能测试。实验结果表明:该静电式微型振动发电机共振频率为3Hz,在加速度为3 g、振动激励频率为3Hz,负载为1MΩ时,测得样机输出电压峰-峰值为1.21V,输出功率为0.73μW,实现了环境中低频振动能量的获取与转换。 展开更多

关键词 微型振动发电机 静电式发电机 微液滴 驻极体

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供能于无线传感器网络的微型振动发电机结构性能研究 被引量：2

12

作者 闫震 赵辉 王东平 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期585-590,共6页

应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明... 应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明,厚度比小的双压电片串联型式发电机输出开路电压较高;存在某一最优负载,在给定的激励频率下,使得输出功率最大;相同材料、结构参数下,双压电片串联和双压电片并联型式发电机的输出功率基本相同且高于单压电片型式发电机。 展开更多

关键词 无线传感器网络 微能源 悬臂梁压电式振动发电机 实验研究

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磁控形状记忆合金振动发电机原理及建模方法研究 被引量：3

13

作者 张庆新 颉玉寰 李健 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第30期33-37,共5页

在能源日益缺乏的今天,环境中普遍存在的振动能量成为很多科技工作者新的能源资源。重点研究磁控形状记忆合金(magnetic controlled shape memory alloy,MSMA)振动发电机的建模问题。为了充分利用MSMA变形率大、易于控制、可逆效应输出... 在能源日益缺乏的今天,环境中普遍存在的振动能量成为很多科技工作者新的能源资源。重点研究磁控形状记忆合金(magnetic controlled shape memory alloy,MSMA)振动发电机的建模问题。为了充分利用MSMA变形率大、易于控制、可逆效应输出感应电压大的特点,提出了利用MSMA的维拉利效应收集振动能量的发电机原理。通过分析MSMA马氏体相变特性和磁畴运动模式,利用吉布斯自由能函数,建立了MSMA振动发电机的数学模型,求出在磁场和振动力共同作用下振动发电机感应电动势与磁化强度和应变量的数学关系。分别分析了外加振动力、施加磁场、振动频率变化时对发电机输出电压的影响。仿真结果验证了利用MSMA合金制作微型振动发电机的可行性及数学模型的正确性。 展开更多

关键词 磁控形状记忆合金 振动发电机 数学模型 电磁感应 磁化强度

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宽频压电振动发电机阵列特性分析与实验

14

作者 邹玉炜 陈永超 桑英军 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第5期785-787,共3页

利用压电振动发电机可实现环境振动能量到电能的转化,压电振动发电机阵列可实现较宽频带的振动能量收集,压电振动发电机的特性研究通常采用机械分析方法,该文采用电路分析方法针对压电振动发电机阵列的串、并联方式进行了特性分析,利用... 利用压电振动发电机可实现环境振动能量到电能的转化,压电振动发电机阵列可实现较宽频带的振动能量收集,压电振动发电机的特性研究通常采用机械分析方法,该文采用电路分析方法针对压电振动发电机阵列的串、并联方式进行了特性分析,利用电子电路仿真软件PSPICE对串、并联不同连接方式下压电发电机阵列的内阻及负载电压与负载功率进行了比较分析,最后设计了一台压电发电机阵列并进行了实验分析,验证了特性分析的正确性。 展开更多

关键词 振动能量 压电振动发电机 宽频 频率 功率

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提高振动发电机充电效率实验研究 被引量：1

15

作者 许小勇 阳宇希 +1 位作者 刘树林 葛东宝 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期976-980,共5页

为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到... 为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到显著提高。在一阶模态下,陶瓷片贴于悬臂梁根部时,发电机充电时间最短;对于二阶模态,陶瓷片贴于梁中间位置的发电机充电最快,并可使电池获得更高的电压。在不同模态下,提高发电机充电效率的一个有效方法是改善陶瓷片贴片位置。 展开更多

关键词 压电单晶梁 振动发电机 模态 压电陶瓷片

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新型球形振动发电机的设计 被引量：3

16

作者 郑福禄 崔素文 +1 位作者 陈东猛 刘超卓 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2013年第6期47-49,共3页

为了将自然界中广泛存在的振动现象中所蕴含的能量加以利用,提出了新型球形振动发电机的设计理念及其发电方法。振动发电机主要由定子部分和振子部分构成,外置球壳状磁体是定子部分的主要部件;振子部分主要由线圈、弹簧及内置磁体组成,... 为了将自然界中广泛存在的振动现象中所蕴含的能量加以利用,提出了新型球形振动发电机的设计理念及其发电方法。振动发电机主要由定子部分和振子部分构成,外置球壳状磁体是定子部分的主要部件;振子部分主要由线圈、弹簧及内置磁体组成,内置磁体配合外置球壳状磁体,形成近似球形的磁场。附着在内置球壳外部的线圈处在该磁场中,当振动产生时,线圈随内置球壳在磁场中运动,切割磁感线,产生电流。蓄电池将整流后的感应电流储存起来,可进一步通过逆变器向负载供电。 展开更多

关键词 振动发电机 球形磁场 线圈 振动 能量

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考虑转轮质量涨落的水轮发电机组分数阶动力分析

17

作者 郎嵩涛 荆岫岩 +3 位作者 孙尔军 谭志锋 郝国文 孙万泉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第11期172-177,共6页

水轮发电机组在运行过程中,其振动过程相互影响,具有明显的历史记忆性。并且转轮处压力脉动频繁波动,也导致其具有明显的附加质量涨落现象。针对以上问题,在分析机组实测振动记忆效应的基础上,建立了考虑质量涨落的水轮发电机组轴系分... 水轮发电机组在运行过程中,其振动过程相互影响,具有明显的历史记忆性。并且转轮处压力脉动频繁波动,也导致其具有明显的附加质量涨落现象。针对以上问题,在分析机组实测振动记忆效应的基础上,建立了考虑质量涨落的水轮发电机组轴系分数阶非线性动力学模型,并基于MWORKS平台对模型进行了仿真计算。研究了分数阶阶次、质量涨落对机组分数阶非线性动力学特性的影响。结果表明:水轮发电机组振动具有明显的历史记忆性和长相关特性;分数阶阶次对系统记忆性和运动状态影响较大,阶次越高系统记忆性越好,分数阶模型能够更准确更灵活地模拟机组不同工况的历史记忆特性;转轮质量涨落能在一定程度上减小机组振幅,提高系统稳定性,对系统建模和响应分析有较大影响。 展开更多

关键词 水轮发电机组振动 分数阶微积分 记忆性 质量涨落 非线性动力学

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压电振动式发电机微电源智能控制应用电路的设计 被引量：3

18

作者 尚正国 温志渝 贺学锋 《现代电子技术》 2008年第20期32-34,38,共4页

针对压电振动式发电机、微型电磁感应发电机、驻极体发电机等微型发电机的发电功率较小,常规的整流滤波、存储、稳压电路不能满足瞬时发射功率较大的负载供电需求问题,提出一种微功耗的电源智能管理电路的设计方案,从而使持续的微能源... 针对压电振动式发电机、微型电磁感应发电机、驻极体发电机等微型发电机的发电功率较小,常规的整流滤波、存储、稳压电路不能满足瞬时发射功率较大的负载供电需求问题,提出一种微功耗的电源智能管理电路的设计方案,从而使持续的微能源得以合理而有效的利用。其主要由整流滤波电路、MOS开关及控制电路、存能电路、辅助能量补充回路和主控制电路等构成。这里以该电路在压电振动式发电机的应用为例。实验证明该电路自身的功耗只有40μw以下,能较好地满足微功耗电子器件、传感器或间歇式较大功耗无线传感网络供电的要求。 展开更多

关键词 压电振动式发电机 超级电容 MOS开关 双向迟滞比较器

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发电机绕组故障时振动的关联维数分析及诊断 被引量：4

19

作者 万书亭 李和明 李永刚 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 2005年第3期210-213,共4页

运用分形理论的相空间重构算法,分析了发电机在正常运行、转子励磁绕组短路和定子绕组故障3种状态时定转子振动信号的关联维数。分析结果表明,3种状态具有不同的关联维数,揭示了绕组短路的电气故障不仅引起发电机电气参数的变化,也将引... 运用分形理论的相空间重构算法,分析了发电机在正常运行、转子励磁绕组短路和定子绕组故障3种状态时定转子振动信号的关联维数。分析结果表明,3种状态具有不同的关联维数,揭示了绕组短路的电气故障不仅引起发电机电气参数的变化,也将引起发电机振动特征的变化,且不同绕组故障对气隙磁场畸变效果不同,引起发电机定转子不同的动力学特性。最后,以定子振动的关联维数作为特征向量输入到BP网络中,将实测M JF-30-6型故障模拟发电机的定子振动的关联维数作为样本,通过学习样本的学习和对测试样本的测试分析的结果表明,该诊断方法能正确识别发电机的3种状态。 展开更多

关键词 人工神经网络 关联维数 故障诊断 发电机振动

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镇海发电厂1号汽轮发电机组振动的诊断与处理 被引量：6

20

作者 童小忠 吴文健 林成 《动力工程》 EI CSCD 2000年第4期788-791,734,共5页

阐述了转子支承系统连接松动引起振动故障的机理和振动的故障特征 ,提出了平衡松动支承系统转子相位滞后为正常机械滞后与松动轴承相对于基础滞后之和的新观点 。

关键词 电厂 转子支承系统 诊断 汽轮发电机组振动

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