CN110866346B - 一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统 - Google Patents

一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统，包括：确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数，并确定测点的数量和位置；按照确定的测点的数量和位置布置传感器；锤击待研究干式空心电抗器上的预设敲击点，完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；将获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图。本发明可有效提取干式空心电抗器的固有频率并准确识别模态振型。

Description

一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统
技术领域
本发明属于电抗器固有振动特性获取技术领域，特别涉及一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统。
背景技术
干式空心电抗器因具有结构简单、重量轻、体积小、线性度好、损耗低等优点，得到了迅速发展和广泛应用。干式空心电抗器在运行时会流过频率丰富的电流，与磁场相互作用会产生频率更加复杂的电磁力，引起包封振动，从而辐射出噪声。随着电压等级的提高以及居民环保意识的增强，干式空心电抗器的减振降噪问题亟待解决。
干式空心电抗器作为机械结构，在可能的激励频率范围内含有多阶固有频率，其频率间隔小、数量多，当流过多频率的复合电流时，很容易与其中部分电磁力频率接近，从而产生共振，不但会造成严重的振动噪声问题，也会对设备的运行留下隐患。
为了对干式空心电抗器的结构进行合理设计，避开可能的激励电磁力频率，从而达到减振降噪的目的，需对干式空心电抗器的固有振动特性进行研究，对干式空心电抗器进行试验模态分析是获得其固有振动特性的重要方法。然而，目前已有的方法存在许多不足，例如传感器重量太大影响其本身的固有振动特性，测点数量太少不足以分辨所要研究的振型，传感器布置不合理等等，致使振型识别困难、固有频率的提取存在较大误差，影响对干式空心电抗器固有振动特性的研究。
综上，亟需一种新的用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法可有效提取干式空心电抗器的固有频率并准确识别模态振型，为干式空心电抗器的减振降噪设计及其他相关研究奠定基础。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，包括以下步骤：
步骤1，进行预实验，确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数；
步骤2，根据步骤1获得的最大环向波数和轴向半波数确定测点的数量和位置；
步骤3，按照步骤2确定的测点的数量和位置布置传感器；其中，所述传感器为压电式加速度传感器；
步骤4，锤击待研究干式空心电抗器上的预设敲击点，完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；
步骤5，将步骤4获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，所述几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图，完成干式空心电抗器固有振动特性的获取。
本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：根据步骤1获得的最大环向波数和轴向半波数，确定环向测点列数为4n，确定轴向测点行数为2m；n为环向波的数量，m为轴向半波的数量；
根据测点的行数和列数，在干式空心电抗器表面均匀布置测点。
本发明的进一步改进在于，步骤4具体包括：
测点数量多于传感器数量；
锤击待研究干式空心电抗器上的预设敲击点，完成一次锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；
更换传感器位置，在同一个预设敲击点敲击，获得二次锤击后的FRF数据，存为*.uff格式的文件；
依次更换传感器位置，敲击数次，获得每次锤击后的FRF数据，存为*.uff格式的文件；
直到所有测点均采集完毕。
本发明的进一步改进在于，步骤5具体包括：以典型圆柱壳体的固有振动特性为基础，剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图。
本发明的进一步改进在于，步骤4中，预设敲击点的选取避开振型节点。
本发明的进一步改进在于，对于3个环向波、1个轴向半波的(1,3)振型，星型架正下方、包封的中间位置是阵型节点。
本发明的进一步改进在于，对于3个环向波、1个轴向半波的(1,3)振型，至少在环向上布置12列、轴向上布置3行测点。
本发明的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的系统，包括：
力锤模块，用于对干式空心电抗器施加脉冲力激励，使干式空心电抗器产生振动，同时采集敲击产生的脉冲力信号；
传感器模块，用于测量干式空心电抗器的振动；
信号采集模块，用于采集力锤敲击产生的脉冲力信号和传感器测得的振动信号；
计算机处理模块，用于确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数；根据获得的最大环向波数和轴向半波数确定测点的数量和位置；用于完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；用于将获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，所述几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图，完成干式空心电抗器固有振动特性的获取。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
为了解决现有方法的采集设备不合适、测点布置不合理、模态振型识别盲目等缺点，本发明提供了一种干式空心电抗器固有振动特性获取方法，其在预设的测试环境中将多个传感器布置于干式空心电抗器表面，利用冲击力锤对电抗器施加脉冲激励，获得各个测点的FRF测试结果，最后利用LMS Test.Lab软件分析其固有频率、模态振型等固有振动特性，从而可为干式空心电抗器的减振降噪设计及其他相关研究奠定基础。本发明的方法试验成本低，操作简单，容易实现。
本发明的方法中，根据振型的环向波和轴向半波的数量来确定测点数量和位置，更具有针对性，在能识别所需频率范围内振型的前提下，可避免人力资源的浪费。
本发明的方法中，锤击点的选择避开振型节点的位置，可以避免遗漏固有频率。
本发明中，以典型圆柱壳体的固有振动特性为基础的干式空心电抗器电抗器振型识别方法可以准确地剔除不需要的局部模态，保留对实际运行时的振动影响较大的固有频率和振型。
本发明的系统，可用于获取干式空心电抗器固有振动特性，误差较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中，干式空心电抗器的模态试验振动采集系统示意图；
图2是本发明实施例中，干式空心电抗器传感器布置示意图；
图3是本发明实施例的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法的流程示意图；
图1和图2中，1、干式空心电抗器；2、力锤；3、压电式加速度传感器；4、信号采集系统；5、计算机；6、传感器布置点；7、包封；8、星型架。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的系统，包括：干式空心电抗器1、力锤2、压电式加速度传感器3、信号采集系统4和计算机5。
其中，力锤，用于步骤4中对干式空心电抗器施加脉冲力激励，使干式空心电抗器产生振动，同时采集敲击产生的脉冲力信号；
传感器，用于测量干式空心电抗器的振动；压电式加速度传感器3用于设置在传感器布置点6上；
信号采集系统，用于采集力锤敲击产生的脉冲力信号和传感器测得的振动信号；
计算机，用于搭载信号采集软件，和后续的数据处理分析工作。
本发明实施例的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的系统，包括：
力锤模块，用于对干式空心电抗器施加脉冲力激励，使干式空心电抗器产生振动，同时采集敲击产生的脉冲力信号；
传感器模块，用于测量干式空心电抗器的振动；
信号采集模块，用于采集力锤敲击产生的脉冲力信号和传感器测得的振动信号；
计算机处理模块，用于确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数；根据获得的最大环向波数和轴向半波数确定测点的数量和位置；用于完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；用于将获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，所述几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图，完成干式空心电抗器固有振动特性的获取。
请参阅图1至图3本发明实施例的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，具体包括以下步骤：
1)在实际测量前，需进行预实验，确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数，以此来决定测点的数量和位置。
本发明中的预实验(因不知道振型，可少放置几个传感器)，其实就是预先做一次模态实验看看测点数量够不够。
可选的，在干式空心电抗器靠近端部位置环向布置单行若干列测点，提取固有频率和对应的振型，一般固有频率越高，环向的波数越多。在研究的振动频率范围内，观察测点的数量是否可以分辨各个振型；如若不行则增加测点数量并重复上述步骤；最终确定研究频率范围的振型的最大环向波数。最大轴向半波数则布置单列若干行测点，其余步骤同上。
2)参考图2，以星型架8为参照物，从星型架8的其中一条梁正下方开始，在干式空心电抗器包封7表面均匀设置测点，测点数量取决于所要研究的固有频率对应阵型的环向波数和轴向半波数。
可选的，根据步骤1获得的最大环向波数和轴向半波数，若要保证测点数量满足要求，则一个环向波内至少需要布置5个测点，考虑到相邻环向波共用1个测点，则环向测点列数为4n，n为环向波的数量；一个轴向半波内至少需要布置3个测点，考虑到相邻轴向半波共用1个测点，则轴向测点行数为2m，m为轴向半波的数量。根据测点的行数和列数，在干式空心电抗器表面均匀布置测点即可。
进一步地，以3个环向波、1个轴向半波的(1,3)振型为例，至少需要在环向上布置12列、轴向上布置3行测点。
请参阅图2，图2所示为5行、12列测点。
3)力锤的敲击位置需尽量避开振型节点，否则会无法激励起该阶固有频率。
进一步地，以(1,3)振型为例，星型架正下方、包封的中间位置是阵型节点，在敲击时需尽量避开。
4)按照设置的测点位置依次布置传感器，传感器选用质量较轻的压电式传感器；安装时，应该与被测结构牢固连接、良好固定，保证紧密接触，试验振动过程中不能有松动。
敲击数次力锤获得FRF数据，存为*.uff格式的文件；
测点数量往往远多于传感器数量，在采集完一组数据之后，需更换传感器位置，在同一个敲击点敲击力锤获得FRF数据，同样存为*.uff格式的文件。
依次更换传感器位置，直到所有测点均采集完毕。
5)将锤击试验得到的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，并将几何模型与各个测点的FRF数据相对应。
其中，干式空心电抗器的固有振动特性与典型圆柱壳体的相似，随着固有频率的升高，环向波数逐渐增加，轴向半波数则为0、1交替，在更高频率范围才会出现轴向半波数为2、3的情况。以此为基础，在识别模态振型时，从第一阶固有频率(0,2)开始，寻找0个轴向半波、2个环向全波的振型所对应的FRF共振峰，再依次寻找(1,2)、(0,3)、(1,3)、(0,4)等振型所对应的FRF共振峰，最终获得各阶固有频率。由于星型架和绝缘子的作用，干式空心电抗器在各个已知振型的共振峰之间可能存在一些局部模态，在模态分析时需仔细甄别。
本发明的干式空心电抗器固有振动特性获取方法实验设备简单，操作便捷，通过合理地设置测点数量和测点位置，可以方便地对所研究频率范围内的固有频率进行提取，并识别对应的振型，从而研究其固有振动特性。本发明根据振型的环向波和轴向半波的数量来确定测点数量和位置，更具有针对性，在能识别所需频率范围内振型的前提下，避免人力资源的浪费；本发明的锤击点的选择避开振型节点的位置，可以避免遗漏固有频率；本发明以典型圆柱壳体的固有振动特性为基础的干式空心电抗器电抗器振型识别方法可以准确地剔除不需要的局部模态，保留对实际运行时的振动影响较大的固有频率和振型。
综上所述，为了解决现有方法的采集设备不合适、测点布置不合理、模态振型识别盲目等缺点，本发明提供了一种干式空心电抗器固有振动特性获取方法，包括：(1)确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数，以此来决定测点的数量和位置。(2)力锤的敲击位置需尽量避开振型节点，完成一次锤击后保存FRF数据，更换传感器位置，一直到所有测点均测量完成。(3)将锤击试验得到的FRF数据导入LMS Test.Lab，以典型圆柱壳体的固有振动特性为基础，剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，进行预实验，确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数；
步骤2，根据步骤1获得的最大环向波数和轴向半波数确定测点的数量和位置；
步骤3，按照步骤2确定的测点的数量和位置布置传感器；其中，所述传感器为压电式加速度传感器；
步骤4，锤击待研究干式空心电抗器上的预设敲击点，完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；
步骤5，将步骤4获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，所述几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图，完成干式空心电抗器固有振动特性的获取。
2.根据权利要求1所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，步骤2具体包括：根据步骤1获得的最大环向波数和轴向半波数，确定环向测点列数为4n，确定轴向测点行数为2m；n为环向波的数量，m为轴向半波的数量；
根据测点的行数和列数，在干式空心电抗器表面均匀布置测点。
3.根据权利要求1所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，步骤4具体包括：
测点数量多于传感器数量；
锤击待研究干式空心电抗器上的预设敲击点，完成一次锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；
更换传感器位置，在同一个预设敲击点敲击，获得二次锤击后的FRF数据，存为*.uff格式的文件；
依次更换传感器位置，敲击数次，获得每次锤击后的FRF数据，存为*.uff格式的文件；
直到所有测点均采集完毕。
4.根据权利要求1所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，步骤5具体包括：以典型圆柱壳体的固有振动特性为基础，剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图。
5.根据权利要求1所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，步骤4中，预设敲击点的选取避开振型节点。
6.根据权利要求5所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，对于3个环向波、1个轴向半波的(1,3)振型，星型架正下方、包封的中间位置是阵型节点。
7.根据权利要求1所述的一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的方法，其特征在于，对于3个环向波、1个轴向半波的(1,3)振型，至少在环向上布置12列、轴向上布置3行测点。
8.一种用于获取干式空心电抗器固有振动特性的系统，其特征在于，包括：
力锤模块，用于对干式空心电抗器施加脉冲力激励，使干式空心电抗器产生振动，同时采集敲击产生的脉冲力信号；
传感器模块，用于测量干式空心电抗器的振动；
信号采集模块，用于采集力锤敲击产生的脉冲力信号和传感器测得的振动信号；
计算机处理模块，用于确定所研究的频率范围内的固有频率阵型的最大环向波数和轴向半波数；根据获得的最大环向波数和轴向半波数确定测点的数量和位置；用于完成锤击后保存FRF数据，存为*.uff格式的文件；用于将获得的FRF数据导入LMS Test.Lab，建立几何模型，所述几何模型与各个测点的FRF数据相对应；剔除不需要的局部模态，提取需要的固有频率并绘制对应的振型图，完成干式空心电抗器固有振动特性的获取。
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