1 電機振動的原因

電機本體、機座和它的負載一起構(gòu)成一個復雜的機械系統(tǒng),這個系統(tǒng)可能以其固有頻率自由振動,也可能以多種頻率強迫振動,振動會產(chǎn)生過高的噪聲或機械上逐漸損壞，以致?lián)p壞電機。因此需對電機振動產(chǎn)生的原因進行分析研究并達到監(jiān)測預防的目的。根據(jù)電機的制造原理及結(jié)構(gòu)和運行特性,可從以下幾方面分析振動的原因。

1.1 定子鐵芯對轉(zhuǎn)子與定子間作用的響應電動機的定子通過三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,閉合的轉(zhuǎn)子繞組(鼠籠條)在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下因產(chǎn)生拖動性的電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn),此時定子繞組會受到相應的電磁力作用,該電磁力是電流分布、氣隙與端部磁場分布的函數(shù)。當電流分布改變時,產(chǎn)生作用力的諧波分量也會改變,而當其頻率與定子鐵芯固有振蕩頻率相近時,就會產(chǎn)生振動。對發(fā)電機而言,在不對稱負載時,會出現(xiàn)負序電流，產(chǎn)生有害的交變力矩作用,在轉(zhuǎn)軸及定子機座上,引起 100 Hz的振動。另外,定子繞組在定子鐵芯槽內(nèi)受到多種機械力作用,線棒通過電流時線棒本身及上下層線棒間和相鄰槽內(nèi)線棒的端線間會產(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 定子端部繞組對作用在繞組導體上電磁力的響應

電機端部繞組的結(jié)構(gòu)布局呈“喇叭”狀，其剛度較低,而柔性較大,運行中由于轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁場的作用,定子繞組端部和轉(zhuǎn)子間會產(chǎn)生作用力其方向是把定子繞組向外推。由于漏磁場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，當同相相鄰兩線棒電流同方向時,其相互作用力使它們相互擠壓靠攏；而當隔相相鄰線棒流過的電流方向相反時,則互相推開,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，在歷次機組大修中都發(fā)現(xiàn)發(fā)電機端部不同程度有墊塊松動端部固定螺絲脫落和絕緣引水管磨損等現(xiàn)象。

1.3 轉(zhuǎn)子動力學分析

電動機轉(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)子可以看成是一個等值的偏心質(zhì)量繞軸旋轉(zhuǎn),柔性轉(zhuǎn)子一般是細長直徑受到限制的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。

1.3.1剛性轉(zhuǎn)子

當轉(zhuǎn)子在高速下旋轉(zhuǎn),由于離心力作用發(fā)生中心偏移,會產(chǎn)生磁通氣隙不均勻,感應電流大小、方向不規(guī)則,產(chǎn)生的電磁力大小也不同。電機轉(zhuǎn)子籠型繞組除了承受熱應力、電磁力和離心力外,還受到加速和制動時所產(chǎn)生的切向應力在導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)生電機的振動。

1.3.2 柔性轉(zhuǎn)子

汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子特別長且直徑相對較小,發(fā)電機轉(zhuǎn)子與汽輪機轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)后,構(gòu)成彈性 -慣性扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)。而發(fā)電機與鍋爐、汽輪機、電網(wǎng)相互關聯(lián)，因此會產(chǎn)生強迫扭振，這種振動可能是電氣原因造成的,也可能是機械系統(tǒng)造成的。例如:并聯(lián)運行的發(fā)電機,當機組與系統(tǒng)(電網(wǎng))并列時,頻率不等會出現(xiàn)拍振電壓,產(chǎn)生拍振電流,其有功分量對發(fā)電機而言時正時負，制動轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動轉(zhuǎn)矩交替出現(xiàn),作用在轉(zhuǎn)子上使發(fā)電機產(chǎn)生振動。電動機轉(zhuǎn)子一般和機械負載連接,當機械負載的轉(zhuǎn)軸中心與電機轉(zhuǎn)子中心不正(即偏心)時,會產(chǎn)生單邊磁拉力造成電動機轉(zhuǎn)子受力不均而發(fā)生振動。3B 小機 B 油泵電動機就是由于泵體中心與電動機轉(zhuǎn)子中心不正造成振動大而損壞軸承。另外,電機轉(zhuǎn)子振型也與支撐它的軸承特性有關(大多數(shù)電機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會發(fā)生如圖 2舉例的二階及以上的高階振型。 

1.4 軸承振動分析

在電機運行中,作用在軸承上的力將引起軸承座與轉(zhuǎn)子的相對振動和軸承座本身的絕對振動,這種作用無論是滾動軸承還是滑動軸承都會發(fā)生。

1.4.1 滾動軸承

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

1.4.2滑動軸承

在滑動軸承中,軸是由高壓油泵打進來的潤滑油膜所支撐的,由軸的傳動帶人到軸與軸承之間形成，油膜不穩(wěn)定會導致潤滑油的渦動和起泡，使軸承產(chǎn)生非正常的反應。而產(chǎn)生油膜不穩(wěn)定的因素很多,負載不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)軸中心不正等都會造成油膜穩(wěn)定的變化。