1 電機(jī)振動(dòng)的原因

電機(jī)本體、機(jī)座和它的負(fù)載一起構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)可能以其固有頻率自由振動(dòng),也可能以多種頻率強(qiáng)迫振動(dòng),振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的噪聲或機(jī)械上逐漸損壞，以致?lián)p壞電機(jī)。因此需對(duì)電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析研究并達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)防的目的。根據(jù)電機(jī)的制造原理及結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性,可從以下幾方面分析振動(dòng)的原因。

1.1 定子鐵芯對(duì)轉(zhuǎn)子與定子間作用的響應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子通過(guò)三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),閉合的轉(zhuǎn)子繞組(鼠籠條)在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下因產(chǎn)生拖動(dòng)性的電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn),此時(shí)定子繞組會(huì)受到相應(yīng)的電磁力作用,該電磁力是電流分布、氣隙與端部磁場(chǎng)分布的函數(shù)。當(dāng)電流分布改變時(shí),產(chǎn)生作用力的諧波分量也會(huì)改變,而當(dāng)其頻率與定子鐵芯固有振蕩頻率相近時(shí),就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)發(fā)電機(jī)而言,在不對(duì)稱負(fù)載時(shí),會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流，產(chǎn)生有害的交變力矩作用,在轉(zhuǎn)軸及定子機(jī)座上,引起 100 Hz的振動(dòng)。另外,定子繞組在定子鐵芯槽內(nèi)受到多種機(jī)械力作用,線棒通過(guò)電流時(shí)線棒本身及上下層線棒間和相鄰槽內(nèi)線棒的端線間會(huì)產(chǎn)生 100 Hz 的交變電磁力若線棒在槽內(nèi)固定不好,將使線棒向槽壁壓緊,并產(chǎn)生共振。

1.2 定子端部繞組對(duì)作用在繞組導(dǎo)體上電磁力的響應(yīng)

電機(jī)端部繞組的結(jié)構(gòu)布局呈“喇叭”狀，其剛度較低,而柔性較大,運(yùn)行中由于轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁場(chǎng)的作用,定子繞組端部和轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生作用力其方向是把定子繞組向外推。由于漏磁場(chǎng)的存在定子繞組和鐵芯之間產(chǎn)生的電磁力把端部繞組推向鐵芯。而在端部線棒之間，當(dāng)同相相鄰兩線棒電流同方向時(shí),其相互作用力使它們相互擠壓靠攏；而當(dāng)隔相相鄰線棒流過(guò)的電流方向相反時(shí),則互相推開(kāi),在上下層繞組端部之間產(chǎn)生的徑向電磁力作用在端箍和綁繩上。上述作用力將使繞組端部產(chǎn)生振動(dòng)，在歷次機(jī)組大修中都發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)端部不同程度有墊塊松動(dòng)端部固定螺絲脫落和絕緣引水管磨損等現(xiàn)象。

1.3 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式或繞線式，又可分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子可以看成是一個(gè)等值的偏心質(zhì)量繞軸旋轉(zhuǎn),柔性轉(zhuǎn)子一般是細(xì)長(zhǎng)直徑受到限制的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

1.3.1剛性轉(zhuǎn)子

當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速下旋轉(zhuǎn),由于離心力作用發(fā)生中心偏移,會(huì)產(chǎn)生磁通氣隙不均勻,感應(yīng)電流大小、方向不規(guī)則,產(chǎn)生的電磁力大小也不同。電機(jī)轉(zhuǎn)子籠型繞組除了承受熱應(yīng)力、電磁力和離心力外,還受到加速和制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切向應(yīng)力在導(dǎo)條出槽口部分受到切向力而產(chǎn)生彎矩,很容易造成轉(zhuǎn)子鼠籠條發(fā)生斷條,從而產(chǎn)生電機(jī)的振動(dòng)。

1.3.2 柔性轉(zhuǎn)子

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子特別長(zhǎng)且直徑相對(duì)較小,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)后,構(gòu)成彈性 -慣性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。而發(fā)電機(jī)與鍋爐、汽輪機(jī)、電網(wǎng)相互關(guān)聯(lián)，因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫扭振，這種振動(dòng)可能是電氣原因造成的,也可能是機(jī)械系統(tǒng)造成的。例如:并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī),當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)(電網(wǎng))并列時(shí),頻率不等會(huì)出現(xiàn)拍振電壓,產(chǎn)生拍振電流,其有功分量對(duì)發(fā)電機(jī)而言時(shí)正時(shí)負(fù)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩交替出現(xiàn),作用在轉(zhuǎn)子上使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般和機(jī)械負(fù)載連接,當(dāng)機(jī)械負(fù)載的轉(zhuǎn)軸中心與電機(jī)轉(zhuǎn)子中心不正(即偏心)時(shí),會(huì)產(chǎn)生單邊磁拉力造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受力不均而發(fā)生振動(dòng)。3B 小機(jī) B 油泵電動(dòng)機(jī)就是由于泵體中心與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中心不正造成振動(dòng)大而損壞軸承。另外,電機(jī)轉(zhuǎn)子振型也與支撐它的軸承特性有關(guān)(大多數(shù)電機(jī)的軸承可看成是硬性軸承),如圖1所示圖中軸承為硬性軸承與軟性軸承兩種情況下的一階振型。當(dāng)轉(zhuǎn)子受到的交變高次諧波頻率接近于轉(zhuǎn)子固有的高頻振蕩頻率時(shí)會(huì)發(fā)生如圖 2舉例的二階及以上的高階振型。 

1.4 軸承振動(dòng)分析

在電機(jī)運(yùn)行中,作用在軸承上的力將引起軸承座與轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)和軸承座本身的絕對(duì)振動(dòng),這種作用無(wú)論是滾動(dòng)軸承還是滑動(dòng)軸承都會(huì)發(fā)生。

1.4.1 滾動(dòng)軸承

由于結(jié)構(gòu)上的原因,滾動(dòng)軸承產(chǎn)生一種固定頻率的振動(dòng),由于它的油膜很薄,轉(zhuǎn)子軸和軸承座之間的相對(duì)移動(dòng)很小,除固定頻率外還可能存在著由于滾動(dòng)軸承本身的彈性變形所引起的頻率更高的振動(dòng)，以及軸承內(nèi)外圈的自振頻率振動(dòng)還有因軸承磨損而發(fā)生的不規(guī)則振動(dòng)。

1.4.2滑動(dòng)軸承

在滑動(dòng)軸承中,軸是由高壓油泵打進(jìn)來(lái)的潤(rùn)滑油膜所支撐的,由軸的傳動(dòng)帶人到軸與軸承之間形成，油膜不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的渦動(dòng)和起泡，使軸承產(chǎn)生非正常的反應(yīng)。而產(chǎn)生油膜不穩(wěn)定的因素很多,負(fù)載不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)軸中心不正等都會(huì)造成油膜穩(wěn)定的變化。