電機振動的分析與處理

摘 要：通過對電機產生振動的原理及造成危害的了解，對可能引起電機振動的各種因素進行了分析，準確地診斷電機故障，并進一步提出有效的技術措施，最大限度的減少電機事故的發生，提高電機的使用壽命。

關鍵詞：電機；振動危害；振動分析

1 電機振動原理

電機運行過程中的振動主要包括定子、轉子和軸承的振動，定子包括定子鐵心、定子繞組、機座的振動，轉子包括轉子鐵心、轉軸的振動。定子鐵心的振動主要由電磁力引起，電磁力也叫電磁激振力，當定子的固有振動頻率和電磁激振力的頻率相等或接近時，很小的電磁激振力也會因共振而產生較大的振動和噪聲。轉子的振動由轉子的固有振動特性決定，質量不平衡、冷熱不均及電磁力不平衡，都會引起轉子的彎曲振動。機座的振動源主要有定子鐵心電磁振動通過鐵心與機座的連接傳來，引起機座的倍頻振動和轉子由于電磁力或不平衡振動的激振力通過軸承傳遞到機座引起的振動。由于軸承本身的結構特點，加工裝配及運行中出現的故障等內部因素，以及傳動軸上其它零件移動和力的作用的外部因素的影響，當電機以一定轉速并且在一定負載下運行時，對軸承和軸承座或者外殼組成的系統會產生激勵，導致該系統振動。

2 電機振動產生的危害

電機的振動首先帶來的就是噪聲，振動和噪聲不但會使物理裝置和設備疲勞、失效或干擾其它聲信號的感覺和鑒別，超過一定限度時還會損害人們的健康，特強的噪聲，甚至能使建筑物遭受破壞。振動是所有設備在運行過程中普遍存在的現象，電機和其他設備一樣，在運轉過程中會發生不同程度的振動，振動對電動機的危害主要表現在以下幾個方面：（1）增加能量消耗，電機的效率降低；（2）直接傷害電機軸承，加速電機軸承的磨損，大大縮短了軸承的使用壽命；（3）轉子磁極松動，造成定子和轉子相互擦碰，從而導致電機轉子彎曲、斷裂；（4）電機端部綁線松動，造成端部繞組相互摩擦，絕緣電阻降低，絕緣使用壽命縮短，嚴重時造成絕緣擊穿；（5）基礎或與電機配套的其他設備的運轉受到影響，造成某些零件松動，甚至損壞零件，造成事故。

3 電機的電磁振動

3.1 電磁振動由電機氣隙磁場作用于電機鐵心產生的電磁力所激發，而電機氣隙磁場又決定于定、轉子繞組磁勢和氣隙磁導，由于電機氣隙磁密波的作用，在定子鐵心齒上產生的磁力有徑向和切向兩個分量。徑向分量使定子鐵心產生振動變形；切向分量是與電磁轉矩相對應的作用力矩，它使齒對其根部彎曲并產生局部振動變形。所以在設計電機時要全面考慮定轉子槽數的選擇。

3.2 氣隙偏心對電磁振動的影響

由于制造公差和運行磨損，轉子外圓和定子外圓之間會產生偏心，使定、轉子間的氣隙不均勻，氣隙偏心后，電機氣隙中存在附加磁場，附加磁場和主波磁場相互作用時，產生次數很低的力波很可能導致電磁振動。

3.3 磁路飽和對電磁振動的影響

磁路飽和會使電機氣隙中的主磁場空間分布波形出現“平頂”形狀，因磁路飽和所產生的附加磁場與諧波磁場相互作用，會產生低次力波可能會導致較明顯的電磁振動。

3.4 繞線轉子電機通常因為通用沖片而采用分數槽繞組，有時還會出現跳線槽或空槽的情況，轉子次諧波磁場和主波磁場相互作用產生的次數為正負一但行進方向相反的兩個力波，將引起電機的兩倍轉差頻率的差拍振動。此時，需要重新選擇轉子槽數，或避免采用跳線槽和空槽。消除電機籠型轉子斷條或鑄鋁缺陷，可避免由轉子方面產生兩倍轉差頻率的差拍振動。

電機由于機械原因（如轉子加工偏心、轉軸彎曲、轉子不平衡和軸承松動等）轉子次諧波磁場和主波磁場相互作用產生的差拍振動，可用機械調整的方法，如減小轉子偏心，轉子校平衡等。

4 電機的機械振動

4.1 轉子機械不平衡產生的振動

通常轉子的機械不平衡可分為靜不平衡、動不平衡和混合不平衡三種，這三種不平衡可以通過校平衡加以消除。轉子有效部分的不均勻發熱和不均勻冷卻所引起的熱不對稱，從而產生軸的熱彎曲，大大加劇轉子的不平衡。因此盡可能采用剛度較大的轉軸，鐵心和軸的配合采用熱套配合等。

電機與其他機器聯結時，電機轉子要與它連接到機器轉動部分對中，即調整支座和聯軸器以保證機組軸線沒有錯位和傾斜。

4.2 軸承的振動中滾動軸承是電機運行中較強的振動源之一

滾動軸承的振動在很大程度上與各零件的結構、加工質量、生產工藝有關。因此，軸承的選擇、套圈的橢圓度、滾動體的橢圓度和棱圓度、以及加工精度是軸承產生振動的重要因素。潤滑劑的選擇以及軸承外圈與端蓋或軸承套間所采用的配合也會影響振動的傳播。

4.3 端蓋的軸向振動主要是由軸承激發的，其次是作用在定子鐵心上電磁振動力波，同時也作用在轉子上，它會通過軸承傳到端蓋上。

5 結束語

電機振動問題是具有綜合性和復雜性的，分析處理起來往往有一定難度，處理振動問題時，必須思路清晰、步驟明確、找出特征、針對處理，在長期的工作實踐中，將理論結合實踐，不斷總結，盡量減少或避免電機振動故障或事故。