振动电机：从原理到故障诊断

  根据国家标准GBl0068.2-88《旋转电机振动测定方法及振动限值》的规定，对不同轴中心高和转速的单台电机，在按GBl0068.1规定的方式测定时，其振动速度有效值应不超过以下规定。

电机振动速度有效值的极限标准(mm/s)

  电磁耦合系统的振动原理

  基频磁通的电磁振动

  在电机气隙中磁通密度是沿着转子的圆周的空间而随着时间按正弦波分布这一振动，在转子受椭圆形电磁力的两极电机中特别明显地表现出来；

  二倍电源频率的振动，它是电机中的主要振动分量之一，尤其是在大型电机中，由于定子的固有频率较低，这种频率的振动分析和研究显得特别重要；

  基波电磁力不仅作用于转子，也同时作用于定子。是造成定子槽内线包松动等故障的原因之一。


  电机的故障特征

  定子异常产生的电磁振动：电机运行时，转子在定子内腔旋转，由于定、转子磁场的相互作用，定子机座将受到一个旋转力波的作用，而发生周期性的变形并产生振动；

  由于定子三相绕组产生的是一个旋转磁场，它在定、转子气隙中以同步速度n0旋转。若电网频率为f0，则同步速度n0=60 f0/P。因此，作用在机座上的磁拉力不是静止的，而是一个旋转力，随转子旋转而转动，机座上受力部位是随磁场的旋转而在不断改变位置 。


  定子电磁振动异常的主要原因

  定子三相磁场不对称。如电网三相电压不平衡，因接触不良造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，都会导致定子磁场的不对称，而产生异常振动；

  电机座底脚螺钉松动，其结果相当于机座刚度降低，使电机在接近2f0的频率的范围发生共振，因而使定子振动增大，结果产生异常振动。


  定子电磁振动的特征

  振动频率为电源频率的2倍；

  切断电源，电磁振动立即消失；

  振动可以在定子机座和轴承上测得；

  振动幅值与机座刚度和电机的负载有关。


  气隙不均匀引起的电磁振动

  气隙不均匀(或称气隙偏心)有两种情况：一种是由于定子、转子不同心产生的静态不均匀，另一种是由于轴弯曲或转子与轴不同心所产生的动态不均匀。它们都会引起电磁振动，但是振动的特征并不完全相同

  (1)气隙静态不均引起电磁振电机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将出现偏心现象，这种气隙偏心往往固定在某一位置，它不随转子旋转而改变位置。
 
  静态气隙偏心产生的电磁振动特征是：电磁振动频率是电源频率f0的2倍，即f=2f0；

  振动随偏心值的增大而增加，与电机负荷关系也是如此，气隙偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动较难区别。


  (2)气隙动态偏心电磁振动

  电机气隙的动态偏心是由转轴挠曲、转子铁心不圆或转子与轴不同心等造成的，偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此，偏心位置随转子的旋转而同步的移动，气隙动态偏心产生电磁振动的特征是：转子旋转频率和旋转磁场同步转速频率的电磁振动都可能出现。电磁振动以1/(2sf0)周期在脉动，因此，在电机负载增加，s加大时，其脉动节拍加快。电机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。


  转子导体异常引起的电磁振动

  笼型异步电机因笼条断裂，绕线型异步电机由于转子回路电气不平衡，都将产生不平衡电磁力，这不平衡电磁力F在转子旋转时是随转子一起转动的，其性质和转子动态偏心的情况相同 

  (1) 发生振动的机理；

  (2) 电磁振动波形.

  转子绕组异常引起的电磁振动的特征：转子绕组异常引起电磁振动与转子动态偏心所产生的电磁振动的电磁力和振动波形相似，现象相似，较难判别。虽然拍频都是2sf0，但电磁振动的高频部分不同，转子动态偏心的高频为2f0/P，转子绕组异常的高频为2(1-s)f0/P。

  电机负载增加时，这种振动随之增加，当负载超过50%以上时较为显著。