HXN5機車交流電機振動分析及處置

朱惠民

摘 要：隨著公司對HXN5機車C5修、C6修的開展，機車檢修公司承修的交流電機種類以及數量均大幅度增加，在交流電機試驗時常發生電機振動大的情況，本文從機械、電磁這兩方面出發對電機異常振動產生的原因進行系統分析，總結出故障判斷方法并且制定相應的解決方案。

關鍵詞：交流電機 振動 動平衡 電磁

1 概述

隨著公司對HXN5機車C5修、C6修的開展，機車檢修公司承修的交流電機種類以及數量均大幅度增加，在交流電機試驗時經常發生電機振動大的情況（以下簡稱振動），電機返工帶來較大的人工以及物料損失，且對生產造成影響，為此非常有必要對電機異常振動產生的原因進行系統分析，總結出故障判斷方法并且制定相應的解決方案。

2 原因分析

在進行振動分析前，首先需要判別是機械方面引起的振動還是電磁方面引起的振動，具體方法如下：使用變頻器將電機轉速升至額定轉速，同時將變頻器輸出電壓設置為電機額定電壓，然后關斷變頻器電源，如振動消失即可判斷為電磁方面引起的振動，如振動未消失則為機械方面引起的振動。

2.1 電磁振動的原因及判斷方法

（1）裝配氣隙不均勻。電機裝配氣隙不均勻將產生單邊磁拉力將轉子拉向一側，使軸承一側始終受力嚴重，加快軸承的損壞同時引起振動和噪聲。判斷方法如下：使用樣板或者塞尺測量定轉子兩端槽口處氣隙是否均勻，如果電機密封性較好則需拆解檢查。

（2）鼠籠導條斷裂。鼠籠導條斷裂后，斷裂導條不再產生感應電流，因此斷裂導條無電磁轉矩產生，造成轉子整體力矩不平衡，進而造成電機振動大。判斷方法如下：目視檢查轉子兩端導條與端環焊接處有無裂縫；如目視檢查未發現明顯缺陷，則使用鐵榔頭輕輕敲擊導條與端環焊接處，如導條焊接良好則敲擊聲“清脆”，如導條斷裂或存在裂紋則敲擊聲“沉悶”。

（3）三相繞組不平衡。電機三相繞組內部如發生匝間短路、相間短路、線圈斷路等故障時會造成三相電流不平衡，在轉子導條上產生的電磁力矩不平衡，進而造成電機振動大。判斷方法如下：使用雙臂電橋測量三相相電阻或者三相線電阻，計算三相電阻不平衡度是否超限。如未超限，則計算額定電壓額定頻率下的三相空載電流不平衡度是否超限。

（4）三相電源電壓不平衡。三相電源電壓不平衡將會造成旋轉磁場畸變，在轉子導條上產生的電磁力矩不平衡，進而造成電機振動大。判斷方法如下：使用FLUKE表檢測變頻器輸出的三相電源電壓值是否平衡、電壓波形是否存在畸變、相位是否異常。

2.2 機械振動的原因及判斷方法

（1）電機安裝不良。檢查電機安裝底腳是否緊固、平整，檢查基礎臺面是否傾斜，檢查被試電機是否與其他工件接觸。

（2）機械接磨。手動盤轉電機轉子或者使用變頻器驅動電機低速轉動，如存在明顯的機械卡滯或接磨聲則可判斷為接磨引起的振動。

（3）轉軸彎曲變形。將磁力座固定在電機端蓋或者機座上，將百分表安裝在磁力座上后對準電機軸伸，校零后測量轉軸跳動量是否超限。

（4）軸承運轉異常。使用聽筒聽電機兩端軸承蓋處有無異音傳出；使用測振儀測量電機振動值，從軸承蓋處向電機中間依次測量，如果振動值逐步減小，則可以判斷振源來自軸承處。

（5）轉子不平衡力矩大。上述的故障種類均排查后如仍未找到故障原因，則需將電機拆解后轉子復做動平衡，為了避免動平衡機聯接法蘭的裝配對轉子動平衡量的影響，將轉子軸伸和法蘭盤0°聯接以及180°聯接各一次，兩次數據均在范圍內才可判斷轉子超差。

3 解決方案

3.1 電磁振動的解決方案

（1）裝配氣隙不均勻解決方案。此類故障一般是端蓋裝配造成的，電機拆解后先檢查電機兩端端蓋止口以及機座止口有無殘漆、飛邊、毛刺、磕碰等缺陷，如存在缺陷則消除缺陷即可。如無明顯缺陷，則需測量端蓋止口和機座止口圓度以及配合間隙是否超限，如超限則根據工藝對止口進行加工修復。

（2）鼠籠導條斷裂解決方案。針對此類故障，通過鼠籠壓裝來更換鼠籠，在鼠籠壓裝前需嚴格進行轉軸以及鼠籠相關尺寸的測量，確保轉軸和鼠籠內孔有效配合，同時在鼠籠冷卻過程中需定時對鎖緊螺母進行扭矩緊固，避免壓裝后硅鋼片松散。

（3）三相繞組不平衡解決方案。此類故障常發生于繞組槽口處以及匯流環焊接處，對于使用使用成型繞組的電機，如HXN5機車主輔發電機定子，如發生三相繞組不平衡的情況可以采取局部修復的方式更換故障線圈來進行電機修復；對于使用漆包線繞制的電機，需要進行整體重嵌線修復。

（4）三相電源電壓不平衡解決方案。該情況是變頻器故障造成的，一般為變頻器內部IGBT模塊損壞或測量單元故障，需聯系專業維修人員進行修復。

3.2 機械振動的解決方案

（1）電機安裝不良解決方案。確保電機安裝底腳緊固、平整，基礎臺面無傾斜，檢查被試電機是否與其他工件接觸。

（2）機械接磨解決方案。此類故障一般為定子與轉子之間的接磨造成的，需要對電機進行拆解，拆解后找出定轉子上的接磨點，常見的接磨有如下3種：（a）端蓋與異型動平衡塊接磨；（b）定子內表面存在漆瘤與轉子碰；（c）轉子風葉與端部線圈、聯線接磨。通過對零部件整形或銼修的方式來消除接磨點。

（3）轉軸彎曲變形解決方案。針對該故障需要對轉子進行換軸處理，使用四柱液壓機將轉軸從轉子上壓出，在壓軸之前應根據硅鋼片與轉軸的過盈量對轉子進行加熱，同時需要安裝專用夾緊工裝確保硅鋼片在換軸過程中不發生松散、變形。

（4）軸承運轉異常解決方案。該故障的種類較多，常見的3種故障及解決方案如下：

（a）軸向竄動量大。該故障通常是軸承蓋或端蓋（軸承室）用錯，造成軸承在端蓋（軸承室）內有較大軸向竄動，對于該故障需要選用正確的型號的軸承蓋或端蓋來消除該故障。

（b）迷宮槽變形。該故障常見原因是軸承蓋、油封或端蓋（軸承室）上的迷宮槽變形以及有飛邊毛刺，對于該故障需對故障零部件進行修復或更新處理。

4 結論

通過從機械、電磁這兩方面對電機異常振動原因進行分析，總結出故障判斷手段并且制定相應的恢復方案，系統解決了交流電機振動大的問題，上述方案已陸續固化到檢修工藝中。

參考文獻

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[2] GB/T 1032-2005，三相異步電機試驗方法

[3] GB 10068-2008，軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動 振動的測量、評定及限值

[4] TB/T 1608-2001，機車車輛用三相異步電機基本技術條件

[5] GB/T 1032-2005，三相異步電機試驗方法