Abstract：Basedonactualexamplesandassociatedwithpracticalapplications,thisarticlebrieflyintroducesthenecessityofmodelanalysisforstatorendwindingoflargeturbogeneratorsandthefactorsaffectingmodelparameters.
　　Keywords：turbogenerator；statorendwinding；modelanalysis；modelparameter

0引言
　　大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子繞組端部的振動(dòng)主要由兩個(gè)因素引起：繞組電流與端部漏磁場(chǎng)的相互作用所產(chǎn)生的二倍頻振動(dòng)力；定子鐵芯的橢圓振動(dòng)。定子端部固定元件在電磁力作用下的振幅與電流的平方成正比，故在大容量汽輪發(fā)電機(jī)中，端部繞組將承受相當(dāng)大的激振力。發(fā)電機(jī)定子端部繞組漸開(kāi)線部分的不規(guī)則形狀決定它不可能象槽中線棒那樣牢靠固定，由于制造工藝等問(wèn)題，許多墊塊與線棒間只是點(diǎn)接觸，不能形成剛體結(jié)構(gòu)。如果繞組端部在兩倍工頻電磁力激勵(lì)下形成共振，端部綁扎結(jié)構(gòu)和線棒絕緣很容易遭到破壞。實(shí)踐表明，由于定子繞組端部振動(dòng)，引起相間短路、漏水、股線斷裂等事故發(fā)生頻繁，該類(lèi)事故具有突發(fā)性和難于簡(jiǎn)單修復(fù)的特點(diǎn)，損失往往極為嚴(yán)重。因此準(zhǔn)確測(cè)量定子繞組端部的振動(dòng)特性，預(yù)測(cè)發(fā)電機(jī)在實(shí)際工作狀態(tài)下的振動(dòng)特性，及早采取防范措施尤為重要。
　　應(yīng)用模態(tài)分析手段，對(duì)發(fā)電機(jī)繞組端部整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)特性分析是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種行之有效的方法。對(duì)于模態(tài)振型為橢圓、振動(dòng)頻率在94～115Hz范圍內(nèi)的端部結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要處理，可以有效防止共振，避免定子繞組絕緣磨損和端部綁扎結(jié)構(gòu)松垮。JB/T89901999《大型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部繞組模態(tài)試驗(yàn)分析和固有頻率測(cè)量方法及評(píng)定》、DL/T7352000《大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量及評(píng)定》、國(guó)家電力公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》都對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組端部的振動(dòng)特性分析做出了具體要求。
1模態(tài)分析原理簡(jiǎn)述
　　模態(tài)分析是機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析的有效手段，它通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性建立結(jié)構(gòu)在已知激勵(lì)條件下的響應(yīng)預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性。通常的做法就是通過(guò)試驗(yàn)方法得到機(jī)械結(jié)構(gòu)在沖擊h(t)下的響應(yīng)H(ω)，構(gòu)造出機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)特性的頻響函數(shù)矩陣，然后通過(guò)曲線擬合手段識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)：模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼及模態(tài)振型。
　　根據(jù)頻響函數(shù)的定義有Hik=Fk/Xi，其物理意義為在k點(diǎn)作用單位力時(shí)，在i點(diǎn)所引起的頻率響應(yīng)。根據(jù)線性疊加原理可得如下形式的多自由度系統(tǒng)頻響關(guān)系式：
　
式中{X}——頻率響應(yīng)；
　［H］——頻率響應(yīng)矩陣；
　{F}——激振力。
　　根據(jù)振動(dòng)力學(xué)理論推導(dǎo)出：
　
式中｛φr｝——第r階模態(tài)的固有振型；
　　mr——第r階模態(tài)的質(zhì)量；
　　kr——第r階模態(tài)剛度；
　　cr——第r階模態(tài)阻尼。
　　由以上兩式可得頻響函數(shù)矩陣表達(dá)式：

　　頻響函數(shù)矩陣中的任一列為：
　
　　由以上簡(jiǎn)要分析可以看出，［H］中的任一行或任一列包含了所有的模態(tài)參數(shù)，而該行或該列的第r階模態(tài)的頻響函數(shù)值的比值即為第r階模態(tài)振型。因此，如果在結(jié)構(gòu)上的某一固定點(diǎn)i拾振，輪流激勵(lì)所有測(cè)試點(diǎn)，即可求得［H］中的一行，這一行頻響函數(shù)即可包含進(jìn)行模態(tài)分析所需要的全部信息。同樣，如果在結(jié)構(gòu)上的某一固定點(diǎn)k激振，在其他各點(diǎn)拾振，可求得［H］中的一列，這一列頻響函數(shù)也包含進(jìn)行模態(tài)分析所需要的全部信息。可見(jiàn)為了取得全部模態(tài)信息，僅需測(cè)量頻響函數(shù)矩陣中的一行或一列就夠了，這就得到了獲取模態(tài)數(shù)據(jù)的2種方法：?jiǎn)吸c(diǎn)固定激振，在所有測(cè)量點(diǎn)（含激振點(diǎn)）依次測(cè)量響應(yīng)；固定一點(diǎn)測(cè)量響應(yīng)，而輪流對(duì)所有測(cè)點(diǎn)激振。
2模態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求
　　測(cè)量系統(tǒng)一般包括激勵(lì)設(shè)備、傳感系統(tǒng)、采集設(shè)備和模態(tài)分析軟件。傳感器采用加速度傳感器，要求有一定的頻響范圍（1～2000Hz）和靈敏度(100mV/g左右)；激勵(lì)設(shè)備一般采用力錘，錘擊力相當(dāng)于一個(gè)半正弦形的力脈沖，該脈沖的頻帶寬度與脈沖持續(xù)時(shí)間有關(guān)，對(duì)0～200Hz的頻率范圍，通常采用軟質(zhì)橡膠頂帽力錘，使沖擊持續(xù)時(shí)間約1.5ms；采集設(shè)備要求至少有2個(gè)同步采集通道，采樣頻率在10kHz以上，具有頻譜分析和相關(guān)計(jì)算等功能；模態(tài)分析軟件的功能是進(jìn)行模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的組合、頻響矩陣的構(gòu)造、曲線擬合和模態(tài)參數(shù)的識(shí)別。
3模態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)的要求
　　在選定測(cè)點(diǎn)位置、數(shù)量及測(cè)量方向時(shí)應(yīng)考慮：
　　a.能夠在機(jī)械結(jié)構(gòu)變形后明確顯示試驗(yàn)頻段內(nèi)所有模態(tài)的變形特征和模態(tài)間的變形區(qū)別。
　　b.保證所關(guān)心的結(jié)構(gòu)點(diǎn)包含在所選測(cè)量點(diǎn)之中，測(cè)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于定子槽數(shù)的一半。通常做法是，根據(jù)