振動(dòng)電機：從原理到故障診斷

  根據國家標準GBl0068.2-88《旋轉電機振動(dòng)測定方法及振動(dòng)限值》的規定，對不同軸中心高和轉速的單臺電機，在按GBl0068.1規定的方式測定時(shí)，其振動(dòng)速度有效值應不超過(guò)以下規定。

電機振動(dòng)速度有效值的極限標準(mm/s)

  電磁耦合系統的振動(dòng)原理

  基頻磁通的電磁振動(dòng)

  在電機氣隙中磁通密度是沿著(zhù)轉子的圓周的空間而隨著(zhù)時(shí)間按正弦波分布這一振動(dòng)，在轉子受橢圓形電磁力的兩極電機中特別明顯地表現出來(lái)；

  二倍電源頻率的振動(dòng)，它是電機中的主要振動(dòng)分量之一，尤其是在大型電機中，由于定子的固有頻率較低，這種頻率的振動(dòng)分析和研究顯得特別重要；

  基波電磁力不僅作用于轉子，也同時(shí)作用于定子。是造成定子槽內線(xiàn)包松動(dòng)等故障的原因之一。


  電機的故障特征

  定子異常產(chǎn)生的電磁振動(dòng)：電機運行時(shí)，轉子在定子內腔旋轉，由于定、轉子磁場(chǎng)的相互作用，定子機座將受到一個(gè)旋轉力波的作用，而發(fā)生周期性的變形并產(chǎn)生振動(dòng)；

  由于定子三相繞組產(chǎn)生的是一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，它在定、轉子氣隙中以同步速度n0旋轉。若電網(wǎng)頻率為f0，則同步速度n0=60 f0/P。因此，作用在機座上的磁拉力不是靜止的，而是一個(gè)旋轉力，隨轉子旋轉而轉動(dòng)，機座上受力部位是隨磁場(chǎng)的旋轉而在不斷改變位置 。


  定子電磁振動(dòng)異常的主要原因

  定子三相磁場(chǎng)不對稱(chēng)。如電網(wǎng)三相電壓不平衡，因接觸不良造成單相運行，定子繞組三相不對稱(chēng)等原因，都會(huì )導致定子磁場(chǎng)的不對稱(chēng)，而產(chǎn)生異常振動(dòng)；

  電機座底腳螺釘松動(dòng)，其結果相當于機座剛度降低，使電機在接近2f0的頻率的范圍發(fā)生共振，因而使定子振動(dòng)增大，結果產(chǎn)生異常振動(dòng)。


  定子電磁振動(dòng)的特征

  振動(dòng)頻率為電源頻率的2倍；

  切斷電源，電磁振動(dòng)立即消失；

  振動(dòng)可以在定子機座和軸承上測得；

  振動(dòng)幅值與機座剛度和電機的負載有關(guān)。


  氣隙不均勻引起的電磁振動(dòng)

  氣隙不均勻(或稱(chēng)氣隙偏心)有兩種情況：一種是由于定子、轉子不同心產(chǎn)生的靜態(tài)不均勻，另一種是由于軸彎曲或轉子與軸不同心所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)不均勻。它們都會(huì )引起電磁振動(dòng)，但是振動(dòng)的特征并不完全相同

  (1)氣隙靜態(tài)不均引起電磁振電機定子中心與轉子軸心不重合時(shí)，定、轉子之間氣隙將出現偏心現象，這種氣隙偏心往往固定在某一位置，它不隨轉子旋轉而改變位置。
 
  靜態(tài)氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動(dòng)特征是：電磁振動(dòng)頻率是電源頻率f0的2倍，即f=2f0；

  振動(dòng)隨偏心值的增大而增加，與電機負荷關(guān)系也是如此，氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動(dòng)與定子異常產(chǎn)生的電磁振動(dòng)較難區別。


  (2)氣隙動(dòng)態(tài)偏心電磁振動(dòng)

  電機氣隙的動(dòng)態(tài)偏心是由轉軸撓曲、轉子鐵心不圓或轉子與軸不同心等造成的，偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此，偏心位置隨轉子的旋轉而同步的移動(dòng)，氣隙動(dòng)態(tài)偏心產(chǎn)生電磁振動(dòng)的特征是：轉子旋轉頻率和旋轉磁場(chǎng)同步轉速頻率的電磁振動(dòng)都可能出現。電磁振動(dòng)以1/(2sf0)周期在脈動(dòng)，因此，在電機負載增加，s加大時(shí)，其脈動(dòng)節拍加快。電機往往發(fā)生與脈動(dòng)節拍相一致的電磁噪聲。


  轉子導體異常引起的電磁振動(dòng)

  籠型異步電機因籠條斷裂，繞線(xiàn)型異步電機由于轉子回路電氣不平衡，都將產(chǎn)生不平衡電磁力，這不平衡電磁力F在轉子旋轉時(shí)是隨轉子一起轉動(dòng)的，其性質(zhì)和轉子動(dòng)態(tài)偏心的情況相同 

  (1) 發(fā)生振動(dòng)的機理；

  (2) 電磁振動(dòng)波形.

  轉子繞組異常引起的電磁振動(dòng)的特征：轉子繞組異常引起電磁振動(dòng)與轉子動(dòng)態(tài)偏心所產(chǎn)生的電磁振動(dòng)的電磁力和振動(dòng)波形相似，現象相似，較難判別。雖然拍頻都是2sf0，但電磁振動(dòng)的高頻部分不同，轉子動(dòng)態(tài)偏心的高頻為2f0/P，轉子繞組異常的高頻為2(1-s)f0/P。

  電機負載增加時(shí)，這種振動(dòng)隨之增加，當負載超過(guò)50%以上時(shí)較為顯著(zhù)。