三相异步电动机振动原因及处理方法

摘要：以三相异步电动机的振动问题为研究对象, 结合生产实践, 剖析了振动带来的危害。从电磁原因、机械原因和机电混合原因等方面, 分析了引起异步电动机产生振动的原因, 并有针对性地对实践中所存在的振动问题, 提出了相应的应对措施、建议, 为解决电动机振动问题提供了一定的参考方向和思路。

　　关键词：三相异步电动机,振动的危害,振动原因,处理方法

　　1 电动机振动的危害

　　所谓振动是指物体在其平衡位置所作的往复运动或某一物理量在其平衡值附近的来回变动。而所有的旋转电机, 在运行过程中普遍存在着振动的现象, 电动机作为旋转电机中的一种, 在运转过程中不可避免地会产生不同程度的振动。振动给电动机带来的危害主要体现在以下3个方面[2]。

　　1.1 电动机的工作效率降低

　　由于振动使得其铁芯的附加损耗、绕组的漏抗、电磁噪声等增大, 导致电动机的电磁损耗增大, 直接影响其功率因数, 使使用效率大大降低[3]。

　　1.2 绕组绝缘和轴承的使用寿命受

　　振动的影响均会缩短振动会影响到滚动轴承的正常润滑, 加速其磨损的程度。同时绕组的绝缘缝隙由于振动而增大, 使得外界的水分和粉尘更易侵入其中, 带来的直接后果是泄露电流增大, 而绝缘电阻降低后, 特别容易形成绝缘被击穿的事故, 从而导致绕组和轴承的使用寿命大大缩短。

　　1.3 电动机

　　基础或与电动机相配合的其他设备的正常运转受到影响, 甚至损坏。由于振动会引起电动机内部某些零部件发生松动, 甚至会造成其机械疲劳损伤, 如地脚螺钉松动或断掉等, 引发各种事故的发生。

　　在电动机运行过程中, 若其振动速度的有效值或位移振幅值, 达到一定的数值, 并超出允许的范围时, 轻则会使其零部件的检修次数增加、检修周期缩短, 甚至会大大缩短其使用寿命。重则会因为强烈的振动而导致运行中的电动机必须要退出运行。

　　2 电动机振动原因分析

　　引起振动的原因很多, 一般来讲, 可以分为以下三个方面:电磁方面的原因、机械方面的原因和机电混合方面的原因, 下面就这三个方面的振动原因做如下分析。

　　2.1 电磁方面的原因

　　一般来讲, 电动机由于电磁方面的原因而引起的振动主要是因电源、定子、转子几方面的因素所致。如三相电压不平衡;三相电动机缺相运行;定子绕组发生断线;定子三相电流不平衡;转子铁芯变形;转子线圈损坏;鼠笼型异步电动机的转子笼条与端环开焊及短路环开裂等。

　　2.2 机械方面的原因

　　机械方面的原因主要有基础台面倾斜;地脚螺钉紧固不牢靠;电动机的轴线中心与其所拖动的负载机械轴线中心不一致, 在运转过程中, 易导致转轴发生弯曲变形、轴承遭到损坏;定子和转子铁芯的中心线不一致, 会引起转子动平衡不稳;转子、联轴器、耦合器、制动轮的不平衡, 会引起转动部分不平衡等, 这些因素都可能会引起振动。

　　2.3 机、电混合的原因

　　由于气隙不均匀, 而引起单边电磁拉力, 该单边电磁拉力又反过来进一步迫使气隙增大的一种机电综合作用的现象, 即电机振动。电机轴向窜动, 是由于转子本身重力或安装水平线及磁力中心线不对称, 导致转子轴与转子配合间隙过大, 迫使电机的轴在工作中, 沿轴线方向不可避免地发生微小移动, 乃至轴向窜动, 而造成其振动增大的现象。更有甚者会发生轴磨瓦根, 使得其轴瓦的温度迅速升高, 危害设备, 降低其使用寿命。

　　3 诊断电动机振动的原因

　　振动是所有电动机在制造、安装、运行维护与检修中经常遇到, 且亟需解决的问题。一般来讲, 引起电动机振动的原因不外乎机械、电磁和机电混合几方面的原因, 在解决振动问题时, 首先要判别电动机的振动究竟是由哪方面的原因所引起, 才能着手采取切实有效的应对措施。在诊断过程中, 我们可结合生产实践中经常采用的断电法来检查、辨识, 振动到底是由哪种原因所引起的。

　　电动机运行中, 一旦产生了超出其允许值的振动, 就必须设法及时查清振因, 以采取有针对性的措施去削弱或消除其振动值, 使其回到允许的范围内。生产实践中常用所谓的断电法来判别, 即对在额定转速下运行的电动机, 采取突然断电的措施, 来观测其振动变化的趋势:若是由电磁原因引起的振动, 其振动幅值会突然有所减小;若是机械方面的原因引起的振动, 其振动幅值变化不会很大。具体诊断时可以从以下几方面入手去查找振动源:

　　3.1 判断是电动机还是机械负载引起的振动

　　可采取先断开电动机与机械负载之间的连接, 若观察到振动变化较大, 则可初步判断振动与安装或机械负载有关;若振动变化较小, 则可判断振动可能是由电动机本身所产生的[5,6,7]。

　　3.2 判断是机械方面的原因还是电气方面的原因所引起的振动

　　对在额定转速下运行的电动机, 采取突然切断电源的方法, 来观测其振动的变化情况。若振动变化不大, 则可初步判断主要是由机械方面的原因引起的。若振动突然随之而减小, 则可判断振动可能是由电气方面的原因引起的。

　　3.3 判断是否是由机电混合方面的原因所引起的振动

　　可采取以上两种方式测试之后, 进行具体的综合分析、判断来确定。

　　总之, 在分析诊断振动的原因时, 首先要辨识出振动信号的特征, 得出表面原因, 并对它的变化和发展进行追踪。然后去伪存真, 对振动信号的特征进行机理性、本质性的剖析, 得出深层次的原因。最后, 根据振动故障的机理去寻找具体的振源。

　　4 应对振动的相关措施

　　诊断出振动的原因之后, 应采取对应的措施, 来应对因不同振因所引发的振动。具体可采取如下措施进行相应的处理[8]。

　　4.1 在电动机停机之前, 用测振表对各个部分的振动情况进行检测

　　对于振动较大的部位, 应对其在水平、垂直、轴向即3个方向的振动值进行详细地监测, 若是由于轴承端盖螺丝或地脚螺丝松动引起, 则可直接紧固松动的螺丝后, 再次对其振动大小进行监测, 观察其振幅是否有所减轻或消除。另外, 还要引起注意的是, 该振动有可能是由于电动机的单相运行所引起, 往往还会有伴生温度迅速上升的现象。故应着重对三相电源电压是否平衡、三相熔丝是否有烧断等现象, 进行专项检查。最后还需要对电动机的三相电流是否平衡进行检查, 发现问题及时进行妥善处理, 必要时应停止电动机运行, 以免将其烧损。

　　4.2 如果对电动机振动的表象进行处理之后, 其振动现象仍未解决

　　可以采取断电法来区分是电气原因, 还是机械原因引起的振动, 当电动机在停电瞬间, 马上振动减轻或不振动, 则说明是电气方面原因所引起, 反之则是机械方面原因。

　　4.2.1 针对机械方面原因造成的振动

　　振动在电源切断后仍继续存在, 说明原因出在机械方面。当电动机发生较大振动时, 可先检查对电动机有直接影响的传动部件, 之后将联轴器脱开, 检查电动机空转运行的情况。

　　若电动机空转运行时的振动不太大, 有可能是因为电动机与其所拖动机械负载间的振动而引起的, 也可能是由于这两者之间的轴中心未找准而导致的振动, 还可能是由于转子不平衡、轴端弯曲、轴承故障等其它原因所引起, 应根据振动的具体表象, 具体进行分析、判断。在明确振动的原因后, 可重新进行相应的调整、校验, 以针对其所存在的机械缺陷进行对应的处理[9]。

　　4.2.2 针对电气方面原因造成的振动

　　振动在电源切断后立即消除, 说明是电磁方面的原因。首先通过万用表测量定子绕组的电阻值, 对绕组并联支路是否存在断线进行分析。若分析、检查后发现, 绕组并联支路确有断线现象, 应对检查出的断头进行焊牢和绝缘处理, 必要时还可对绕组进行重新绕制。对鼠笼式异步电动机的转子导条是否有断条现象进行检查, 若有也需进行必要的焊牢和绝缘处理。定子绕组是否有匝间短路现象, 可以用仪器测量定子绕组或看其绝缘表面是否有烧焦的痕迹, 确认存在匝间短路后, 可将电动机的绕组进行重新下线处理。另外, 交流电动机定子接线错误、绕线型异步电动机转子绕组短路, 转子铁心变形造成定、转子气隙不均, 导致气隙磁通不平衡等均有可能会造成电气方面的振动。必要时, 需用排除法将各种振动原因逐项进行排查, 直到找到振因, 并设法将其消除, 保证电动机的正常运行。

　　4.2.3 针对连接部分的原因所造成的振动

　　采用断电法检查后, 发现电动机本身正常, 其所带机械负载部分也没有问题。引起振动的原因就可能是两者之间的连接部分所造成的, 这时要检查联轴器是否有损坏, 轴伸挠度是否符合要求, 电动机的基础水平面、倾斜度、强度、中心是否正确找正等, 进行逐项排查, 以查找振因。

　　结束语

　　电动机振动, 是其在运行中所产生的一种无法避免的现象, 它也是多方面因素综合作用的结果。这就决定了其具有复杂性和综合性的特点, 相应也增大了对振动分析、处理的难度。因此, 在处理生产运行中的振动故障时, 应注意加强监视振动所呈现出来的表象、特点, 并据此分析振动的原因, 以便能迅速、准确地判断出振因所在, 才能对振动现象采取有针对性的处理措施。与此同时, 处理振动问题时, 还应具体问题具体分析, 没有一成不变的方法可以沿用。为了能最大限度地保障电动机及其所带机械负载的正常运行, 只有在实践中, 不断地积累运行经验, 做好电动机的日常维护和定期检查工作, 争取做到防范于未然。即便振动不可避免地发生了, 只要熟悉掌握电动机常见振动特点、原因, 就能够少走弯路, 尽快将其排除, 恢复电动机的正常、安全运行状态。因此, 研究如何减小或消除电动机的振动, 提高电动机运行的可靠性和延长电动机的使用寿命, 具有极其重要的实际意义。

　　参考文献
　　[1]沈标正.电机故障诊断技术[M].北京:机械工业出版社, 1997.46-50.
　　[2]崔和平.电动机振动原因及故障处理方法[J].中国新技术新产品, 2011, (4) :270-270.
　　[3]杨玉荣, 孙庆本.电机学[M].长春:吉林大学出版社, 1995:173-185.
　　[4]时晓旭, 时均坡.异步电动机振动分析与减振措施[J].煤矿机械, 2006, (03) :527-528.
　　[5]王立冰.浅谈电动机振动和噪声的检查与修复[J].河北煤炭, 2005, (2) :53-54.