电机振动原因的分析及检测

王喆

【摘要】多年来，电机的振动问题一直是电机日常维护和检修的重点与难点。引起电机振动有多方面的原因，准确判定振动源比较困难。本文对电机振动原因检测技术进行分析，并提出有效解决措施和方法。

【关键词】电动机；振动；检测；

一、电机振动产生的危害

振动是所有设备在运行过程中普遍存在的现象，电机和其他设备一样，在运转过程中会发生不同程度的振动，振动对电动机的危害主要表现在以下几个方面：（1）消耗能量，电机的效率降低；（2）直接伤害电机轴承，加速电机轴承的磨损，大大缩短了轴承的使用寿命；（3）转子磁极松动，造成定子和转子相互擦碰，从而导致电机转子弯曲、断裂；（4）电机端部绑线松动，造成端部绕组相互摩擦，绝缘电阻降低，绝缘使用寿命缩短，严重时造成绝缘击穿；（5）基础或与电机配套的其他设备的运转受到影响，造成某些零件松动，甚至损坏零件，造成事故。

二、电机振动的原因

电机本体、机座和它的负载一起构成一个复杂的机械系统，这个系统可能以其固有频率自由振动，也可能以多种频率强迫振动，振动会产生过高的噪声或机械上逐渐损坏，以致损坏电机。因此，需对电机振动产生的原因进行分析研究并达到测预防的目的。根据电机的制造原理及結构和运行特性，可从以下几方面分析振动的原因。

2.1定子铁芯对转子与定子间作用的振动

电动机的定子通过三相电流产生旋转磁场，闭合的转子绕组（鼠笼条）在旋转磁场的作用下因产生拖动性的电磁转矩而旋转，此时定子绕组会受到相应的电磁力作用，该电磁力是电流分布、气隙与端部磁场分布的函数。当电流分布改变时，产生作用力的谐波分量也会改变，而当其频率与定子铁芯固有振荡频率相近时，就会产生振动。对发电机而言，在不对称负载时，会出现负序电流，产生有害的交变力矩作用，在转轴及定子机座上，引起100 Hz的振动。

定不好，将使线棒向槽壁压紧，并产生共振。

2.2定子端部绕组对作用在绕组导体上电磁力的振动

电机端部绕组的结构布局呈"喇叭"状，其刚度较低，而柔性较大，运行中由于转子绕组端部漏磁场的作用，定子绕组端部和转子间会产生作用力，其方向是把定子绕组向外推。由于漏磁场的存在，定子绕组和铁芯之间产生的电磁力把端部绕组推向铁芯。而在端部线棒之间，当同相相邻两线棒电流同方向时，其相互作用力使它们相互挤压靠拢；而当隔相相邻线棒流过的电流方向相反时，则互相推开，在上下层绕组端部之间产生的径向电磁力作用在端箍和绑绳上，从而产生振动。

2.3 转子产生的振动

电动机转子一般为鼠笼式或绕线式，又可分为刚性转子和柔性转子。刚性转子可以看成是一个等值的偏心质量绕轴旋转，柔性转子一般是细长直径受到限制的发电机转子。

1.刚性转子

当转子在高速下旋转，由于离心力作用发生中心偏移，会产生磁通气隙不均匀，感应电流大小、方向不规则，产生的电磁力大小也不同。电机转子笼型绕组除了承受热应力、电磁力和离心力外，还受到加速和制动时所产生的切向应力，在导条伸出槽口部分受到切向力而产生弯矩，很容易造成转子鼠笼条发生断条，从而产生电机的振动。

2.柔性转子

汽轮发电机转子特别长且直径相对较小，发电机转子与汽轮机转子联结后，构成弹性-惯性扭转振动系统。而发电机与锅炉、汽轮机、电网相互关联，因此会产生强迫扭振，这种振动可能是电气原因造成的，也可能是机械系统造成的。例如：并联运行的发电机，当机组与系统（电网）并列时，频率不等会出现拍振电压，产生拍振电流，其有功分量对发电机而言时正时负，制动转矩和驱动转矩交替出现，作用在转子上使发电机产生振动。

2.4电机轴承引起的振动

中小型电机中多采用滚动轴承，滑动轴承多适用于而大型电机。轴承形式不同，引起振动的原因也不同。 滚动轴承引起的振动因素主要有：（l）轴承的制造精度： 架孔中的间隙是轴承的重要的振动源，其过大或者过小都会导致剧烈的机械振动；（2）轴承的安装配合精度；（3）轴承润滑脂的情况：过稠的润滑脂对滚动体振动阻尼作用的效果差，过稀将导致干摩擦；（4）轴承的安装方法。 滑动轴承引起的振动因素主要有：由油膜涡动和油膜振荡现象引起，特别是 油膜振荡会引起系统剧烈的振动，从而造成系统的破坏。

2.5电机基础引起的振动

在实际工作中，监测到运行当中电机振动量增大，除了考虑电机本身的原因外，还需要考虑电机基础是否出现问题。首先应认真检查电机基础结构，地脚螺栓、垫铁是否松动，以及是否是由主机设备的振动引起等。

三、 电机振动检测技术

自电机问世以来，人们就开始尝试各种手段对电机的振动情况进行检测。在早期检测技术落后，检测设备匾乏的情况下，完全凭借技术经验，由经验丰富的技术工人用螺丝刀侧听或用耳朵判断噪音的大小类别，感知电机在旋转过程中是否有间歇性或者周期性的异常振动，依此来评定电机的优劣。这种传统的方法人为因素较大，检测结果因人而异，缺乏一致性和可比性。 随着传感器技术的广泛应用和电子技术的发展，电子仪器仪表检测被普遍使用，如电动式测振仪，加速度型振动检测仪，原理都是通过传感器将振动信号送入示波器，振动的时域参数可以在测振面板上直接显示，将参数与行业标准比较，从而判断是否异常。虽然仪器在不断的研究改进，但仅仅是在整体构造上进行了简化，降低了一定的工作量，在分析方面却依旧没有进步。对于检测要求还是有一定的差距。 近年来，计算机测控系统已成为当今工业控制的主流系统，电机检测行业也将计算机测控系统应用到检测技术中，其原理就是利用传感器将振动中的物理参量（如速度、位移）转换成电参量，再将这些代表实际物理量的电参量送入输入装置并转化为计算机可识别的数学量，在显示器中以数字、图形或曲线的方式显示；除此之外，还可以将采集到的数据随时进行分析、统计和制作各种报表。 该系统了拥有较高级复杂的计算方法，实现了电机振动自动化检测，完成了对各种过程控制。

四、预防措施

4.1对于发电机端部绕组振动监测，可通过测试线棒固有振动频率的方法来监测端部线圈的固定情况，防止在端部交变100 Hz频率的作用下发生共振而损坏。在机组每次检修中如果能采用测试线棒固有振动频率的方法，即可提前作好事故预防。

4.2对电机本身的机械不平衡，可采用加平衡块的方法解决，而电磁不平衡可采用调整定、转子间隙，调整磁力中心等方法解决。对中心不正可进行测量调整与机械的配合来实现，从而防止电机振动大的技术问题。

4.3对于轴承引起的振动，就滚动轴承而言，可对轴承间隙进行测量，避免使用不合格的轴承。轴承与轴承套的配合也要符合要求，否则会引起轴承的晃动，增加电机振动的几率。为避免滑动轴承油膜不稳定的现象，应经常对电机润滑油进行滤油，防止杂质造成油膜的起泡，减少油膜的不稳定度。

4.5对于定子铁芯、线圈，每次检修必须检查线圈、铁芯的固定情况，螺栓是否松动，绑线是否可靠等，避免出现铁芯共振的问题

结束语

综上所述，电机振动的原因为各有不同， 根据电机的具体运行状况，制定不同的维护检修措施，提高运行维护与检修质量，使电机经常保持良好的运行状况。

参考文献

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