電機振動的危害、原因及判斷和排除故障的方法

張銳鋒++于紅偉

摘 要：電動機產生振動，會使繞組絕緣和軸承壽命縮短，影響滑動軸承的正常潤滑，振動力促使絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低和泄露電流增大，甚至形成絕緣擊穿等事故。因此了解電動機震動產生的危害，分析其產生的原因，并有針對性的進行維修十分必要。

關鍵詞：電機 振動危害 故障

1、電動機振動的危害

電動機產生振動，會使繞組絕緣和軸承壽命縮短，影響滑動軸承的正常潤滑，振動力促使絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低和泄露電流增大，甚至形成絕緣擊穿等事故。另外，電動機產生振動，又容易使冷卻器水管振裂，焊接點振開，同時會造成負載機械的損傷，降低工件精度，會造成所有遭到振動的機械部分的疲勞，會使地腳螺絲松動或斷掉，電動機又會造成碳刷和滑環的異常磨損，甚至會出現嚴重刷火而燒毀集電環絕緣，電動機將產生很大噪音，這種情況一般在直流電機中也時有發生。

2、電動機振動的原因分析

振動原因主要有三種情況：電磁方面原因；機械方面原因；機電混合方面原因。

2.1電磁方面的原因

（1）電源方面：三相電壓不平衡，三相電動機缺相運行。

（2）定子方面：定子鐵心變橢圓、偏心、松動；定子繞組發生斷線、接地擊穿、匝間短路、接線錯誤，定子三相電流不平衡。

（3）轉子故障：轉子鐵心變橢圓、偏心、松動。轉子籠條與端環開焊，轉子籠條斷裂，繞線錯誤，電刷接觸不良等。

2.2機械原因

（1）電機本身方面：

轉子不平衡，轉軸彎曲，滑環變形，定、轉子氣隙不均，定、轉子磁力中心不一致，軸承故障，基礎安裝不良，機械機構強度不夠、共振，地腳螺絲松動，電機風扇損壞。

（2）與聯軸器配合方面：聯軸器損壞，聯軸器連接不良，聯軸器找中心不準，負載機械不平衡，系統共振等。

聯動部分軸系不對中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產生的原因主要是安裝過程中，對中不良、安裝不當造成的。還有一種情況，就是有的聯動部分中心線在冷態時是重合一致的，但運行一段時間后由于轉子支點，基礎等變形，中心線又被破壞，因而產生振動。

2.3電機混合原因

（1）電機振動往往是氣隙不勻，引起單邊電磁拉力，而單邊電磁拉力又使氣隙進一步增大，這種機電混合作用表現為電機振動。

（2）電機軸向串動，由于轉子本身重力或安裝水平以及磁力中心不對，引起的電磁拉力，造成電機軸向串動，引起電機振動加大，嚴重情況下發生軸磨瓦根，使軸瓦溫度迅速升高。

（3）與電機相聯的齒輪、聯軸器有毛病。這種故障主要表現為齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴重，對輪潤滑不良，聯軸器歪斜、錯位，齒式聯軸器齒形、齒距不對、間隙過大或磨損嚴重，都會造成一定的振動。

（4）電機本身結構的缺陷和安裝的問題。這種故障主要表現為軸頸橢圓，轉軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過大或過小，軸承座、基礎板、地基的某部分乃至整個電機安裝基礎的剛度不夠，電機與基礎板之間固定不牢，底腳螺栓松動，軸承座與基礎板之間松動等。而軸與軸瓦間間隙過大或過小不僅可以造成振動還可使軸瓦的潤滑和溫度產生異常。

（5）電機拖動的負載傳導振動。

3、振動原因的初步判別方法

在解決電機振動問題時，首先要判別電機的振動由哪方面原因引起的，即機械、電氣和安裝上三者之間的原因判定。

（1）區分振動是電動機還是負載機械引起的。方法是斷開電動機與負載機械的連接，若振動變化較大，則與負載機械或安裝有關；若振動變化很小，則是電動機本身產生的。

（2）區分振動是電氣原因還是機械原因產生的。方法是將電機運轉至最高轉速，突然切斷電源，若振動隨之突然減小，振動則是電氣原因引起的；若振動變化不大，則主要是機械原因引起的。

（3）電機安裝方面的原因。由于電機與負載機械之間的連接安裝不良，也必然造成電機運行時的干擾力，使機組產生與轉速相同角頻率的振動。采用聯軸器、聯軸節連接時，應保證同軸度要求；采用三角帶傳動連接時，應保證帶槽的平行要求，減少皮帶的振動；采用齒輪傳動連接時，應保證兩軸之間的平行度要求，使齒輪能正確嚙合。

4、檢查及消除電動機的振動

電動機振動較平時大時，應采用振動表沿水平和垂直方向測量各部分振動值，并做相應記錄。傾聽電動機定子腔內部聲音和軸承轉動聲音，檢查地腳，如無明顯異常現象，則采用脫開所拖動機械，單獨空轉電動機，以判定是電動機本身振動還是拖動機械引起的振動。在生產中會發現電動機修理后因種種原因致三相繞組磁勢不對稱，電動機在空載或低負荷時，表現出來的振動并不十分明顯，而一旦接帶的負荷加重，電動機振動也就逐漸加劇。

針對機械方面造成的振動，若是由于軸承磨損，則應立即更換同型號軸承；若是由于轉軸變形彎曲，則必須進行校軸或更換轉軸；若因地角緊固不牢，則重新緊牢即可。基礎強度不夠，臺板高低不平看似小問題，但往往是導致振動的最直接原因。我廠一臺高壓電動機振動較大，多次進行中心找正，但未能消除振動，吊開電動機后，發現基礎臺板由兩塊鋼板拼接而成，一側鋼板稍高，另一側較低，拼接焊縫又未打磨平，且恰好處在電動機一側腳板下，電動機雖經找正，但實際上有許多地方形成了點接觸面，電動機中心與機械中心已找正只不過是一假象，電動機一運行必將不可避免產生振動。采取用氣焊割開拼接處，重新焊接并打磨平整，電動機再次重新找正后，試轉振動反而加大，經分析并查找原因后，才發現鋼板經氣割，又經電焊，造成一定的熱損傷，強度已嚴重下降，電動機轉動后與鋼板形成共振，所以振動反而加大，重新做基礎臺面后，才得以消除。另外轉子動平衡不良也是造成振動的根本原因，電動機在出廠時，轉子已經過動平衡校驗合格的，但在修理電動機過程中（非凡是對高壓電動機的修理中），往往不注重做好記號刻度這一環節，擅自拆除經動平衡校驗整體中的某一部件，重新裝上后，必將造成動平衡不良，致使電動機振動，消除方法只有重新校驗動平衡。

針對電磁方面造成的振動，應從電源入手開始檢查。檢查三相電壓是否平衡，用鉗形電流表測量三相電流是否平衡，有沒有存在單相運行，生產中發現電動機接線盒內端頭接線因緊固不牢，經常燒斷，造成單相運行，應加強此處檢查并進行消除。若在用鉗形電流表測量時，發現三相電流不平衡，且表針擺動時高時低，說明轉子有籠條斷裂現象。此時應立即停止電動機運行，切斷電源，抽出轉子進行檢查，修復。另外，還應測量三相定子繞組的電阻值，檢查繞組是否對稱，若電阻值不平衡，則說明有開焊部位，也應抽出轉子后進行檢查，重新焊接。電機的結構同時包含電氣和機械兩部分，也可以說是電氣和機械的結合點。所以說，它的故障要一分為二的分析。對電機的振動故障原因也要分成兩部分。

轉子在物理結構上不是完全的的中心對稱、軸對稱。在轉動時轉動慣量的不平衡導致振動。振動情況根據轉速而變化。比如低速情況下振動很小，高速時振動大的情況；反過來也有低轉速下振動大，高轉速時振動變小的情況。另外，轉軸軸承同心度同軸度差也會引起振動，從設計上改用空氣軸承可以改善。

參考文獻：

[1] 李文.《變頻器驅動異步電機振動頻譜特征分析》.電機與控制學報，2012.

[2]吳桂封.《基于小波-神經網絡的電機振動故障診斷》.控制工程，2004.