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細說電動機振動測量與故障診斷

發布時間：2017-11-01 20:04:00 點擊：    

一、為什么測量電機振動

無錫伯頓起重電機訊  電動機和其它機械設備一樣，在運行中存在能量、熱量、磨損、振動等物理和化學參數的變化，這些信息的變化直接或間接反應電動機的運行狀況，測量電機的振動值能有效的診斷出電機的故障。

二、電機振動診斷過程

1. 異常診斷

使用便攜式測振儀對電機的進行振動測量能有效的對電動機的運行狀況得出概括性的評價，對電機的早期故障進行診斷和趨勢控制。若果正常則不對電機做進一步診斷。反之，對電機進行精密診斷。

2. 故障狀態和部位診斷

此為精密診斷，一般采用振動傳感器對電機的振動狀態信息進行拾取、儲存，對電機的振動頻譜進行分析，分離出與故障的有關信息，準確判斷電機振動的故障狀態和部位。

3. 故障類型和原因分析

一般使用故障特征庫或專家系統對振動進行分析，準確查找電機的振動部位和振動原因。

三、振動測量

1. 測量點配置

圖1 電機的測點配置

圖2 座式軸承電機的測點配置

圖3 端蓋式電機的測點配置

圖4 立式電機的測點配置

2. 電動機測試條件

• 電機空載應帶半鍵；

• 固定轉速交流電機在符合標準的正弦波、額定電壓下測量；

• 變頻電機應在全轉速范圍內測量都不超出規定值；

• 安裝條件---自由懸置和鋼性安裝。

(1) 鋼性安裝：

注1：此項要求確保了試驗安裝的整體在水平方向和垂直方向的固有頻率不會出現在下范圍：

• 電機旋轉頻率的±10%；

• 二倍旋轉頻率的±5%；

• 一倍和或二倍電網頻率的±5%。

注2：底腳振動為軸承振動速度25%的比率對每轉發生一次的振動和二倍電網頻率的振動都是正確的（如欲評價后者）。

(2) 臥式安裝的電機

試驗時電機應滿足以下要求：

• 直接安裝在堅硬的基礎上。

• 通過安裝平板安裝在堅硬的基礎上。

• 安裝在滿足上述要求的剛性板上。

(3) 立式安裝的電機

立式電機應安置在堅固的長方形或圓形鋼板上，該鋼板對應于電機軸承中心鉆孔，帶有經加工的平面與被試電機法蘭想配合并攻螺紋孔以鏈接法蘭螺栓。鋼板的厚度應至少為法蘭厚度的3倍，5倍更合適。鋼板相對直徑方向的邊長應至少與頂部軸承離鋼板的高度L相等。

一、電動機振動值的標準

1. GB10068-2008電機的機械振動的測量、評定及限值

2. ISO-10816《機械振動——通過測量機械的非旋轉部件來對機械振動進行評價》

3. GB50170-2006 電氣裝置安裝工程 旋轉電機施工及驗收規范

4. 檢修規程

二、電機振動異常的識別與診斷

1. 電磁振動

(1) 定子異常產生的電磁振動

三相交流電機在正常運轉時，機座上受到一個頻率為電網頻率2倍的旋轉力波的作用，而可能產生振動，振動大小與旋轉力波的大小和機座的剛度直接有關。

定子電磁振動異常的原因：

• 定子三相磁場不對稱，如電網三相電壓不平衡。因接觸不良和斷線造成單相運行，定子繞組三相不對稱等原因，都會造成定子磁場不對稱，而產生異常振動；

• 定子鐵心和定子線圈松動將使定子電磁振動和電磁噪聲加大。

定子電磁振動的特征：

• 振動頻率為電源頻率的2倍，F=2f；

• 切斷電源，電磁振動立即消失；

• 振動可以在定子機座上和軸承上測得；

• 振動強度與機座剛度的負載有關。

(2) 氣隙靜態偏心引起的電磁振動

電機定子中心與轉子軸心不重合時，定、轉子之間氣隙將會出現偏心現象，偏心固定在一個位置上，在一般情況下，氣隙偏心誤差不超過氣隙平均值的上下10%是允許的，過大的偏心值產生很大的單邊磁拉力。

氣隙靜態偏心產生特征：

• 電磁振動頻率是電源頻率的2倍 F=2f；

• 振動隨偏心值的增大在增加，隨負載增大而增加；

• 斷電后電磁振動消失；

• 靜態偏心產生的電磁振動與定子異常產生的電磁振動非常相似，難以區別。

(3) 氣隙動態偏心引起電磁振動

偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此偏心的位置隨轉子而轉動。

氣隙動態偏心產生的原因：

• 轉子的轉軸彎曲；

• 轉子鐵心與轉軸或軸承不同心；

• 轉子鐵心不圓。

氣隙動態偏心產生電磁振動的特征：

• 轉子旋轉頻率和定子磁場旋轉頻率的電磁振動都可能出現；

• 電磁振動的振幅隨時間變化而脈動（振），脈動的頻率為2sf,周期為1/2sf 當電動機負載增加，s加大，其脈動節拍加快；

• 電動機往往發生與脈動節拍相一致的電磁噪聲；

• 斷電后，電磁振動消失，電磁噪聲消失。

(4) 轉子繞組故障引起的電磁振動

籠形電機籠條斷裂，繞組異步電機由于轉子回路電氣不平衡都將產生不平衡電磁力。轉子繞組故障產生的原因：

• 籠條鑄造質量不良，產生斷條和高阻；

• 籠形轉子因頻繁起動，電機負載大產生斷條或高阻；

• 饒式異步電動機的轉子繞組回路電氣不平衡，產生不平衡電磁力；

• 同步電動機磁繞組匝間短路。

轉子繞組故障引起電磁振動的特征：

• 轉子繞組故障引起電磁振動與轉子動態偏心產生的電磁振動，波形相似，現象相似，較難區別，振動頻率為f/p ，振幅以2sf的頻率在脈動、電動機發生與脈動節拍一致的電磁噪聲；

• 在空載或輕載時，振動與節拍噪聲不明顯，當負載增大時，這種振動和噪聲隨之增加，當負載超過50%時，現象較為明顯；

• 在定子的一次電流中，也產生脈動變化其脈動節拍頻率為2sf；

• 在定子電流波形作頻譜分析，在頻圖圖中，基頻兩邊出現 的邊頻；

• 同步電動機勵磁繞組但匝間短路，能引起f/p頻率（轉頻）的電磁振動和噪聲，無節拍脈動振動現象與轉子不平衡產生的機械振動相似；

• 斷電后，電磁振動和電磁噪聲消失。

2. 機械振動

(1) 轉子不平衡產生的機械振動

轉子不平衡的原因：

• 電機轉子質量分布不均勻，產生重心位移，與轉子中心不同心；

• 轉子零部件脫落和移位，絕緣收縮造成繞組移位、松動；

• 聯軸器不平衡，冷卻風扇不平衡，皮帶輪不平衡；

• 冷卻風扇與轉子表面不均勻積垢。

轉子不平衡產生的機械振動特征：

• 振動頻率與轉頻相等；

• 振動值隨轉速增高而加大，與電機負載無關；

• 振動值以經向為較大，軸向很小。

(2) 加工和裝配不良產生振動

產生的原因： 與軸承內孔配合的軸頸和軸肩加工不良或由于軸彎曲等原因，使軸承內圈裝配后，其中心線與軸中心線不重合，軸承每轉一周，軸承受一次交變的軸向力作用，使軸承產生振動。

振動的特征：

• 振動幅值以軸向為較大；

• 振動頻率與轉頻相同。

(3) 安裝時，軸線不對中引起振動

機組安裝后，電機和負載機械的軸心線應該一致相重合，當軸心線不重合時，電動機在運行時就會受到來自聯軸器的作用力而產生振動.不對中分為3種情況：

• 軸心線平行不對中（偏心不對中），就是電動機與負載機械軸心線雖然平行，但不重合，存在一個偏心距，隨電機轉動，其軸伸上就受到一個來自聯軸器的一個徑向旋轉力的作用，使電機產生徑向振動，振幅與偏心距大和轉速高低有關，頻率是轉頻的2倍；

• 軸心線相交不對中，當電動機與負載機械軸心相交時，聯軸器的結合面往往出現“張口”現象。電動機轉動時，就會受到聯軸器的一個交變的軸向力作用，產生了軸向振動，產生了軸向振動，頻率與轉頻相同；

• 軸心線既相交又偏心的不對中。

(4) 機械松動引起的振動

機械松動分為結構件松動和轉動部件松動。造成松動的原因：

• 由于安裝不良和長期磨損，軸承與軸或端蓋孔具有較大間隙或過量不足。風扇和轉軸配合松動，轉子鐵心與軸（或支架）配合松動

• 電機的機座或軸承安裝不良，底座不平，地腳螺絲不緊等。

• 基礎和機座損壞。

機械松動故障引起振動的特征：

• 徑向振動較大，尤其垂直方向振動大。

• 有時含有1/2倍，3/2倍等分數頻分量。

• 時域波形雜亂，有明顯的不穩定的非周期信號。

• 軸向振動很小或正常。