定子異常產(chǎn)生的電磁振動

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=60f0/P。

機座上受力部位是隨磁場的旋轉(zhuǎn)而在不斷改變位置。從圖1c-e中可以看出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場回轉(zhuǎn)一周，磁拉力和電磁振動卻變化兩次（2極電機）。

a) 2極電機定、轉(zhuǎn)子和磁通；

b) 定子所受電磁力和旋轉(zhuǎn)力波；

c) 旋轉(zhuǎn)磁場波形；d) 磁拉力變化波形；e) 電磁振動的波形

圖1 電磁振動發(fā)生機理

定子電磁振動特征頻率

因電磁振動在空間位置上和旋轉(zhuǎn)磁場是同步的，定子電磁振動頻率應(yīng)為旋轉(zhuǎn)磁場頻率(f0/P)和電磁力極數(shù)(2P)之乘積2f0，也就是2倍的電源頻率。

由此可知，電機在正常工作時，機座上受到一個頻率為電網(wǎng)頻率2倍的旋轉(zhuǎn)力波的作用，而可能產(chǎn)生振動，振動大小則和旋轉(zhuǎn)力波大小、機座剛度直接有關(guān)。

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。
• 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，在這種情況下，振動頻譜圖中，電磁振動除了2f0的基本成份之外，還可以出現(xiàn)4f0、6f0、8f0的諧波成分。
• 電動機座底腳螺釘松動，其結(jié)果相當(dāng)于機座剛度降低，使電動機在接近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。

a）定子異常振動原因； b）定子振動頻譜；

c）2極電動機機座的激振振型； d）4極電動機機座的激振振型

圖2 定子電磁振動的原因、頻譜和振型

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)不均引起電磁振動

電動機定子中心與轉(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。（或定子橢圓）從圖3a中可以看出，由于通過氣隙最小點A的旋轉(zhuǎn)磁場頻率為f0/P，這時不平衡磁拉力將變化2P次，因不平衡磁拉力和電磁振動頻率為

a) 靜態(tài)偏心；b) 動態(tài)偏心；c) 動態(tài)偏心電磁力的拍振

圖3 靜態(tài)、動態(tài)偏心的電磁振動

靜態(tài)氣隙偏心電磁振動特征

• 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，與電動機負(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

電動機氣隙的動態(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，如圖3b所示。

旋轉(zhuǎn)磁場同步速度f0/P，轉(zhuǎn)子速度(1-s)f0/P，旋轉(zhuǎn)磁場超越轉(zhuǎn)子速度[f0/P- (1-s)f0/P] ×2P= 2sf0。所產(chǎn)生的電磁力時域波形是以頻率2f0/P振動，同時以頻率2sf0脈動，兩者疊加波形（調(diào)幅）如圖3c所示。

氣隙動態(tài)偏心電磁振動特征

• 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，在電動機負(fù)載增加，s加大時，其脈動節(jié)拍加快。
• 電動機往往發(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

籠型異步電動機因籠條斷裂，繞線型異步電動機由于轉(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，其發(fā)生的機理如圖4所示。

a) 發(fā)生振動的機理；b) 電磁振動波形

圖4 轉(zhuǎn)子繞組不平衡引起的電磁振動

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。拍頻都是2sf0，但高頻部分不同，轉(zhuǎn)子動態(tài)偏心為2sf0/P，轉(zhuǎn)子繞組異常為2(1-s)f0/P。
• 振動隨負(fù)載增加，當(dāng)負(fù)載超過50％以上時較為顯著。
• 電流波形或振動波形頻譜圖中，基頻兩邊出現(xiàn)±2sf0的邊頻，根據(jù)邊頻與基頻幅值之間的關(guān)系，可判斷故障的程度。

圖5 正常的電流頻譜圖

圖6 一根斷條時電流頻譜圖(滿載)

來源：旺材電機與電控