电机振动故障分析

常用电机振动异常的识别与诊断徐宁（首钢矿业公司电修公司）摘要：本文主要介绍了电机出现振动的原因，从机械和电气两个方面做了详细的说明，并提出了具体的解决办法，对电机使用寿命的提高及维护保养具有一定的指导意义。关键词：电机 振动 机械 电磁 振动幅值 1前言在日常工作过程中，电机出现振动是比较常见的一种故障，若不及时消除，就会影响设备的安全稳定运行。众所周知，电机的结构同时包含电气和机械两部分，也可以说是电气和机械的结合点。所以说对电机的振动故障原因也要分成两部分。一般来讲，电机振动是由于转动部分不平衡引起的，主要是由机械故障或电磁故障两个主要方面的原因引起的。1 机械振动产生的原因分析 1.1 转子不平衡产生的机械振动转子不平衡的原因 电机转子质量分布不均匀，产生重心位移，与转子中心不同心。 转子零部件脱落和移位，绝缘收缩造成绕组移位、松动。 联轴器不平衡，冷却风扇不平衡，皮带轮不平衡。 冷却风扇与转子表面不均匀积垢。 转子不平衡产生的机械振动特征 振动频率与转频相等 振动值随转速增高而加大，与电机负载无关。 振动值以经向为最大，轴向很小。 当地脚螺丝松动时，电机的转频和电机定子固有频相近时，由于转子不平衡共振将产生异常振动，造成电机结构件的破坏和疲劳。1.2滑动轴承由于油膜涡动产生振动 产生的原因： 在轴承比负载较小，轴颈线速度叫高，特别是大型告诉的柔性转子电机中易发生，轴承经过长期运行，间隙变大，或润滑油粘度大，油温低，轴承负载轻等互相造成油膜加厚，轴承油膜动压不稳定而产生振动。 滑动轴承油膜滑动的特征： 振动频率略低于转子回转频率的Fr的一半，约为0.420.48Fr . 油膜涡动的振动是径向的。 油膜涡动往往是突然出现的，诊断的方法是油膜涡动偶，改变油的粘度和温度振动就能减轻和消失。1.3滑动轴承由于油膜振荡产生振动 油膜振荡产生的原因： 油膜振荡产生的原因和油膜涡动的原因相同，也是油膜动压不稳造成的。 当转子回转频率增加时，油膜涡动频率随之增加，两者关系近似保持不变的比值约0.420.48之间，当转轴的回转频率达到其一阶临界转速的2倍时，随着转子回转频率的增加，涡动频率将不变，等于转子的一阶临界转频，而与转子回转频率无关，并出现强烈的振动，这种现象为油膜振荡，产生强烈振动的原因是油膜涡动与系统共振，两者相互激励，相互促进的结果。 对油膜振荡来说，除了油膜性质改变以外，转子不平衡量的增加和地脚螺丝的松动都会诱导油膜振荡的发生。 油膜振荡的特征： 振荡频率等于转子的一阶临界转速，工作转速接近一阶临界转速2倍的大型，告诉柔性转子电机极易发生油膜振荡。 油膜振荡是径向振动。 减少转子不平衡，降低润滑油粘度和提高油温，能使油膜振荡消失和减轻。1.4加工和装配不良产生振动 产生的原因： 与轴承内孔配合的轴颈和轴肩加工不良或由于轴弯曲等原因，使轴承内圈装配后，其中心线与轴中心线不重合，轴承每转一周，轴承受一次交变的轴向力作用，使轴承产生振动。 振动的特征： 振动幅值以轴向为最大。 振动频率与转频相同。1.5安装时，轴线不对中引起振动； 机组安装后，电机和负载机械的轴心线应该一致相重合，当轴心线不重合时，电动机在运行时就会受到来自联轴器的作用力而产生振动。不对中分为3种情况。 轴心线平行不对中（偏心不对中），就是电动机与负载机械轴心线虽然平行，但不重合，存在一个偏心距，随电机转动，其轴伸上就受到一个来自联轴器的一个径向旋转力的作用，使电机产生径向振动，振幅与偏心距大和转速高低有关，频率是转频的2倍。 轴心线相交不对中，当电动机与负载机械轴心相交时，联轴器的结合面往往出现“张口”现象。电动机转动时，就会受到联轴器的一个交变的轴向力作用，产生了轴向振动，产生了轴向振动，频率与转频相同。 轴心线既相交又偏心的不对中： 在实际安装中，以上两种不对中情况往往同时存在，特征如下： 1、径向振动出现1倍频，2倍频振动，2倍频成份大。 2、轴向振动出现1倍频，2倍频，3倍频，转子轴向振动幅值为径向振动的50%以上。 3、轴心线不重合的偏差越大，振动也越大。 4、电动机单独运行时，振动消失。机械松动引起的振动 机械松动分为结构件松动和转动部件松动。 造成松动的原因： 由于安装不良和长期磨损，轴承与轴或端盖孔具有较大间隙或过量不足。风扇和转轴配合松动，转子铁心与轴（或支架）配合松动。 电机的机座或轴承安装不良，底座不平，地脚螺丝不紧等。 基础和机座损坏。 机械松动故障引起振动的特征： 径向振动较大，尤其垂直方向振动大。 有时含有1/2倍，3/2倍等分数频分量。 时域波形杂乱，有明显的不稳定的非周期信号。 轴向振动很小或正常。2 电磁振动产生的原因分析 电气部分的故障是由电磁方面的原因造成的，主要包括：交流电机定子接线错误、绕线型异步电动机转子绕组短路，同步电机励绕组匝间短路，同步电机励磁线圈联接错误，笼型异步电动机转子断条，转子铁心变形造成定、转子气隙不均，导致气隙磁通不平衡从而造成振动。2.1三相交流电机定子异常产生的电磁振动 定子电磁振动异常的原因： 定子三相磁场不对称，如电网三相电压不平衡。因接触不良和断线造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，都会造成定子磁场不对称，而产生异常振动。 定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大。 电磁底脚线条松动，相当于机座刚度降低使定子振动增加。 定子电磁振动的特征： 振动频率为电源频率的2倍，F=2f 切断电源，电磁振动立即消失 振动可以在定子机座上和轴承上测得 振动强度与机座刚度的负载有关2.2气隙静态偏心引起的电磁力 电机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将会出现偏心现象，偏心固定在一个位置上，在一般情况下，气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的，过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。 气隙静态偏心产生的原因： 电磁振动频率是电源频率的2倍 F=2f。 振动随偏心值的增大在增加，随负载增大而增加。 断电后电磁振动消失。 静态偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动非常相似，难以区别。2.3气隙动态偏心引起电磁振动 偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此偏心的位置随转子而转动。 气隙动态偏心产生的原因： 转子的转轴弯曲 转子铁心与转轴或轴承不同心。 转子铁心不圆 气隙动态偏心产生电磁振动的特征； 转子旋转频率和定子磁场旋转频率的电磁振动都可能出现。 电磁振动的振幅随时间变化而脉动（振），脉动的频率为2sf,周期为1/2sf 当电动机负载增加，S加大，其脉动节拍加快。 电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。 断电后，电磁振动消失，电磁噪声消失。2.4转子绕组故障引起的电磁振动。 笼形电机笼条断裂，绕组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。 转子绕组故障产生的原因： 笼条铸造质量不良，产生断条和高阻。 笼形转子因频繁起动，电机负载大产生断条或高阻。 饶式异步电动机的转子绕组回路电气不平衡，产生不平衡电磁力。 同步电动机磁绕组匝间短路。 转子绕组故障引起电磁振动的特征： 转子绕组故障引起电磁振动与转子动态偏心产生的电磁振动，波形相似，现象相似，较难区别，振动频率为f/p ，振幅以2sf的频率在脉动、电动机发生与脉动节拍一致的电磁噪声。在空载或轻载时，振动与节拍噪声不明显，当负载增大时，这种振动和噪声随之