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      振動電機:從原理到故障診斷

      文章出處:新聞中心 責(zé)任編輯:廣東天孚電機科技有限公司 發(fā)表時間:2019-11-21
        摘要:振動電機的工作原理、運行方式及結(jié)構(gòu)與振動電機故障診斷技術(shù)密切相關(guān),電機內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換可分為:電氣環(huán)節(jié)、磁耦合環(huán)節(jié)、機械環(huán)節(jié)三個原理,這三個環(huán)節(jié)的能量形式不同,所應(yīng)用的故障診斷技術(shù)相應(yīng)地有所差異。

      電氣環(huán)節(jié)的故障主要通過對電壓、電流的各種測量和分析來診斷,如絕緣材料的老化,通過測量漏地電流來判定等等。


        電機類型特點與測定標(biāo)準(zhǔn)

        電機的主要部件

        定子:是輸入電功率,產(chǎn)生磁場的靜止部件。對于交流電機,通常定子磁場是旋轉(zhuǎn)的。對于直流電機,定子磁場是靜止的;

        轉(zhuǎn)子:是產(chǎn)生一個與定子磁場相對運動的磁場,并輸出機械功率的重要部件。所承受的電磁力轉(zhuǎn)為輸出的扭矩,因此往往要承受較大的機械應(yīng)力;

        集電環(huán)和換向器:是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)部分導(dǎo)電,建立相對運動磁場的滑動接觸機構(gòu);

        軸承裝置:是支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),保持定子、轉(zhuǎn)子相對位置的機械結(jié)構(gòu)。


        電機的類型與工作原理的區(qū)別

        電機的兩個磁場均由直流勵磁產(chǎn)生,則為直流電機;

        電機的一個磁場由直流勵磁產(chǎn)生,另一個由交流電流產(chǎn)生。為使這兩個磁場相對靜止,直流勵磁磁場相對交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場必須嚴(yán)格同步,這就是同步電機;

        電機的兩個磁場分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生,則為異步電機。


        電機振動的測量與判定標(biāo)準(zhǔn)

        電機振動測定是指電機在制造廠出廠試驗或試驗室內(nèi)的振動研究試驗、檢修后現(xiàn)場試驗時的電機振動水平的準(zhǔn)確測量,因此,對于電機的安裝條件、測試儀器、測點裝置、測量要求等都作了規(guī)定;

      為了確定電機振動初始狀態(tài)時的振動水平,判定這臺電機出廠時或投入運行時振動值是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;為以后電機異常振動的診斷提供初始的參照數(shù)據(jù)。因此電機振動的測定,其目的和方法均與電機異常振動診斷有所區(qū)別。



        電機振動標(biāo)準(zhǔn)

        GBl0068—88《旋轉(zhuǎn)電機振動測定方法及限值》;

        IEC34—14(1986)《中心高為56mm及以上旋轉(zhuǎn)電機的振動——振動烈度的測量、評定及限值》;

        ISO2372(1974)《轉(zhuǎn)速從10r/s機器的機械振動——評定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)》(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布);

        ISO3945(1985)《轉(zhuǎn)速10r/s機器的機械振動——在運行地點對振動烈度的測量和評定》;

        VDI2056《機器的機械振動評價標(biāo)準(zhǔn)》。


        電機振動的測定方法

        測量值的表示方法:不同轉(zhuǎn)速范圍的電機,其測量值的表示方法是不同的。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對轉(zhuǎn)速為600~3600r/min的電機,穩(wěn)態(tài)運行時采用振動速度有效值表示,其單位mm/s。對轉(zhuǎn)速低于600r/min的電機,則采用位移振幅值(峰—峰值)表示,其單位為mm;

        對測量儀器的要求:儀器的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)為10~1000Hz,在此頻率范圍內(nèi)的相對靈敏度以80Hz的相對靈敏度為基準(zhǔn),其他頻率的相對靈敏度應(yīng)在基準(zhǔn)靈敏度+10%~-20%的范圍以內(nèi),測量誤差不超過±10%;測量轉(zhuǎn)速低于600r/min電機的振動時,應(yīng)采用低頻傳感器和低頻測振儀,測量誤差應(yīng)不超過±10%。


        電機的安裝要求

        彈性安裝:軸中心高為400mm及以下的電機,測振時應(yīng)采用彈性安裝;

        剛性安裝:對軸中心高超過400mm的電機,測時應(yīng)剛性安裝;

        電機在測定時的狀態(tài):電機的測振應(yīng)在電機空載狀態(tài)下進(jìn)行。



        電機振動的限值

        根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl0068.2-88《旋轉(zhuǎn)電機振動測定方法及振動限值》的規(guī)定,對不同軸中心高和轉(zhuǎn)速的單臺電機,在按GBl0068.1規(guī)定的方式測定時,其振動速度有效值應(yīng)不超過以下規(guī)定。


      安裝方式
      彈性懸置
      剛性安裝
      軸中心高(mm) 45≤H≤132
      132<H≤225
      225H≤400
      H>400
      標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 600≤n≤1800 1.8 1.8 2.8 2.8
      r/min 1800<n≤3600 1.8 2.8 4.5 2.8

      電機振動速度有效值的極限標(biāo)準(zhǔn)(mm/s)



        電磁耦合系統(tǒng)的振動原理

        基頻磁通的電磁振動

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

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

        基波電磁力不僅作用于轉(zhuǎn)子,也同時作用于定子。是造成定子槽內(nèi)線包松動等故障的原因之一。


        電機的故障特征

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

        由于定子三相繞組產(chǎn)生的是一個旋轉(zhuǎn)磁場,它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中以同步速度n0旋轉(zhuǎn)。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,而是一個旋轉(zhuǎn)力,隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動,機座上受力部位是隨磁場的旋轉(zhuǎn)而在不斷改變位置 。


        定子電磁振動異常的主要原因

        定子三相磁場不對稱。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等原因,都會導(dǎo)致定子磁場的不對稱,而產(chǎn)生異常振動;

        電機座底腳螺釘松動,其結(jié)果相當(dāng)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,因而使定子振動增大,結(jié)果產(chǎn)生異常振動。


        定子電磁振動的特征

        振動頻率為電源頻率的2倍;

        切斷電源,電磁振動立即消失;

        振動可以在定子機座和軸承上測得;

        振動幅值與機座剛度和電機的負(fù)載有關(guān)。


        氣隙不均勻引起的電磁振動

        氣隙不均勻(或稱氣隙偏心)有兩種情況:一種是由于定子、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子與軸不同心所產(chǎn)生的動態(tài)不均勻。它們都會引起電磁振動,但是振動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(zhuǎn)子軸心不重合時,定、轉(zhuǎn)子之間氣隙將出現(xiàn)偏心現(xiàn)象,這種氣隙偏心往往固定在某一位置,它不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而改變位置。
       
        靜態(tài)氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動特征是:電磁振動頻率是電源頻率f0的2倍,即f=2f0;


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


        (2)氣隙動態(tài)偏心電磁振動

        電機氣隙的動態(tài)偏心是由轉(zhuǎn)軸撓曲、轉(zhuǎn)子鐵心不圓或轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子是固定的,因此,偏心位置隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而同步的移動,氣隙動態(tài)偏心產(chǎn)生電磁振動的特征是:轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速頻率的電磁振動都可能出現(xiàn)。電磁振動以1/(2sf0)周期在脈動,因此,在電機負(fù)載增加,s加大時,其脈動節(jié)拍加快。電機往往發(fā)生與脈動節(jié)拍相一致的電磁噪聲。


        轉(zhuǎn)子導(dǎo)體異常引起的電磁振動

        籠型異步電機因籠條斷裂,繞線型異步電機由于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時是隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動的,其性質(zhì)和轉(zhuǎn)子動態(tài)偏心的情況相同 

        (1) 發(fā)生振動的機理;

        (2) 電磁振動波形.

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

        電機負(fù)載增加時,這種振動隨之增加,當(dāng)負(fù)載超過50%以上時較為顯著。

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