电动机常见振动特征及案例分析

牛k8nb72h1x6w1 2018-05-22

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电动机常见振动特征及案例分析

振动分析

电机的故障诊断有电流分析法、振动诊断法、绝缘诊断法、温度诊断法、振声诊断等。本文在分析了电机典型故障的振动特征后，利用振动诊断法对某煤矿主通风机电动机的故障进行分析和诊断。

1、振动诊断过程

电机和其他所有机器设备一样，在运行过程中有能量、热量、磨损、振动等各种物理和化学参数的传递和变化，这些信息变化直接和间接地反映出电机的运行状态，而振动信息(位移、速度、加速度)能够敏感地反映电机的运行状态，利用振动诊断法可以有效地诊断出电机的故障。其诊断过程主要有异常巡检、故障状态和部位诊断、故障类型和原因分析三个部分。其后两部分属于精密诊断内容。

(1)异常巡检

主要是对电机进行简易诊断，采用便携式振动测试仪对电机的状态迅速而有效地作出概括性评价，以对电机进行早期故障诊断和趋势控制。若异常巡检后发现电机运行正常，则无需进一步诊断；反之，则应对电机进行精密诊断。

(2)故障状态和部位诊断

此为精密诊断，一般采用振动传感器拾取电机运行状态的振动信息，并用频谱分析对这些信息进行分析和处理，通过状态信息中分离出与故障直接有关的信息，以确定电机故障的状态和部位。

(3)故障类型和原因分析

这是对电机故障的振动特征分析之后形成典型故障特征库或专家系统，从而对电机状态进行识别，以确定故障类型和部位。

2、典型故障特征分析

假设电源频率为f₀，电机输出轴的频率为f_r，其常见的异常振动故障及其特征分析如下：

(1)定子部位

1)定子电磁振动异常原因

主要是定子三相磁场不对称，定子铁心和定子线圈松动及电动机机座底脚螺钉松动。

2)振动特征

a．振动频率为电源频率的2倍，即2f₀

b．切断电源，电磁振动立即消失；

C．振动可在定子机座和轴承上测量；

d．振动大小与机座刚度和电机负载有关。

(2)气隙部位

1)气隙不均匀(或称气隙偏心)原因主要有静态气隙不均匀和动态气隙不均匀。

2)振动特征

a．静态气隙不均匀

即：①电磁振动频率是电源频率的2倍，即2fo；②振动大小随气隙偏心值的增大而增大，与电机的负荷关系也是如此；③气隙偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动较难区别。

b．动态气隙不均匀

电机气隙动态偏心是由转轴挠曲或转子铁心不圆造成的，偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的：①以转子旋转频率，的电磁振动：②电磁振动以1／2sfo周期脉动，即调制频率为f_s=2f0(S为电机滑差)；③电机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。

(3)转子部位

1)不平衡类型

主要有静不平衡、偶不平衡和动不平衡。

2)振动特征

a．振动频率为转速频率，；

b．振动值随转速增高而增大，但与电机负载无关；

c．振动值以径向为最大，轴向很小。

(4)滚动轴承

1)滚动轴承损坏的振动特征

每种规格的滚动轴承，都有其一定的特征频率，当轴承出现故障时，测试系统即可出现不同部位损坏的特征频率。滚动轴承的特征频率取决于其滚动元件的几何尺寸，具体诊断见前期文章。

2)轴承加工和装配引起的振动特征

滚动轴承加工和装配不良时，轴承就受到一次交变的轴向力，使轴承产生振动，其振动特征：

a．振动幅值以轴向为最大；

b．振动频率与旋转频率．f相同。

3)轴承非线性振动特征

转子不平衡旋转力和轴承内圈轴向力的激励下，轴承易产生为旋转频率整数倍或分数倍成分的振动，即非线性振动，其特征为：

a．振动频率为旋转频率的整数倍(mfr)或分数倍(f／m)；

b．振动以轴向较明显；

c．振动幅值与转速密切相关。

3、电机诊断实例

某煤矿主通风机为离心式风机，型号为K4—73—02 No．28F。驱动电机为三相异步电机，型号为YRl250—10／1430，转速为592r／min，同步转速为600r／min,滑差=0.013，极对数p=5对。运行时突然发现电机处振动偏大，现对其采用简易诊断和精密诊断分析法进行故障诊断和分析。该主通风机测点布置如图1所示。

因电机滑差而产生的脉冲调制频率为：f_s=2sfo=1.33Hz。

(1)简易诊断检测的物理参量为振动位移均方根值和振动烈度，如表1所示。

从简易诊断结果分析可知，该主通风机的电机可能有严重存在故障。

(2)精密诊断

为进一步查明该电机存在故障的原因和部位，对其测点1的垂直方向和轴向进行幅值谱分析。图2、图3分别为测点1垂直方向和轴向的振动加速度信号幅值谱。

从图2所示的垂直方向频谱分析可知，其主要频率为电源频率2倍频2fo(100Hz)，及高次倍频4f₀、6f_0，4f₀的幅值要大于2f₀对应的幅值，且在瓴周围存在一根以电机滑差而产生的调制频率的2倍频2fo的边频带。从图3所示的轴向频谱分析可知，其主要频率为电源频率2倍频2f₀(100Hz)。另外，还发现在电机断电后，玩频率处对应的振动幅值立即消失，而不是缓慢的下降。根据故障的振动特征可知，该电机为气隙动态偏心故障，其主要为电机转轴严重挠曲原因引起。