2.2.2 绕组机械响应研究

在电磁力激发下，绕组会产生相应的机械响应。研究人员重点关注了正常运行及相间短路故障时，端部绕组的应力、应变、位移和振动。

具有代表性地，BAO X H和FANG Y分别以汽轮发电机和潜水电动机为对象，分析了A相电流最大时刻端部绕组的静态电磁力密度、等效应力及位移，得出了端部绕组中出现最大应力和最大位移的位置及数值；RICHARD N等以600MW汽轮发电机为对象，分析了其端部绕组在几个不同时刻的电磁力密度及位移；STERMECKI A等分析了感应电机的端部绕组周期内的最大Mises应力及位移。作为补充，OHTAGURO M研究了端部绕组的应变，并用应变塞尺进行了验证。

除了应力和位移，绕组的振动也是一个关键的响应参数。LU Y利用多体耦合方法，分析了轴流式永磁同步电机3种不同类型端部绕组的电磁力和振动；江旭等对某大型汽轮发电机实例进行了端部振动的对比分析，发现汽机端振动大于励磁端，径向振动大于切向。PATEL M R等人利用光学位移传感器测量了一个两极电机的端部绕组振动，发现径向振动幅值约为76～102μm，而在进相功率因数下运行时，振动将会增加到185μm。事实上很多大型电机已经安装了类似的光电传感器，例如光纤加速度传感器来检测端部绕组的径向振动。对于大型电机来说，行业标准要求在设计中使定子绕组的固有频率尽量避开电磁力激励的主频率，相应地，许多学者采用不同方法对发电机端部绕组的固有频率进行了计算和分析。例如，胡宇达等将复杂的端部渐开线绕组整体简化为圆锥壳模型，建立了简化模型的基本运动方程和振动控制方程，得到了不同支架数目对椭圆、三瓣、四瓣和五瓣模态固有频率的影响；赵洋等在ABAQUS/CAE中建立了某600MW大型汽轮发电机模型，利用试验测得的各构件材料的相关力学性能参数，得到了端部整体结构的椭圆模态和三瓣模态的固有频率，分析了线棒截面尺寸、径向支架刚度及连接件的绑定约束等对固有频率的影响；为了挖掘更加全面的结论，MORI D等人对两个感应电机进行了电磁力计算，用锤击法测得了固有频率，发现固有频率与径向电磁力的4阶模态相关；YANG H等人则以一个3对极双层叠绕组的永磁同步电机为研究对象，提出了频率和相应的径向电磁力谐波的模态之间的关系；MERKHOUF A等计算了铁心和绕组的自然频率，发现随着压簧结构的复杂程度的增加，自然频率的数量增加，但幅值会下降。

关于故障下的机械响应研究，主要集中于相间短路状态下的绕组应力、变形和振动。例如，陈伟梁等利用电机绕组结构、电流、磁场等的对称特性和矩阵摄动法，分析了定子绕组端部在各种相间短路时的平动、转动位移和模态；ZHAO Y将三相短路情况下随时间和空间变化的电磁力应用于ABAQUS/CAE中建立的端部绕组三维有限元模型，分析了绕组的结构和材料参数对其应力、位移和模态的影响；ALBANESE R等研究了发电机三相短路时定子端部绕组振动变形、静态应力及主要振型。