1 电机振动的原因

电机本体、机座和它的负载一起构成一个复杂的机械系统,这个系统可能以其固有频率自由振动,也可能以多种频率强迫振动,振动会产生过高的噪声或机械上逐渐损坏，以致损坏电机。因此需对电机振动产生的原因进行分析研究并达到监测预防的目的。根据电机的制造原理及结构和运行特性,可从以下几方面分析振动的原因。

1.1 定子铁芯对转子与定子间作用的响应电动机的定子通过三相电流产生旋转磁场,闭合的转子绕组(鼠笼条)在旋转磁场的作用下因产生拖动性的电磁转矩而旋转,此时定子绕组会受到相应的电磁力作用,该电磁力是电流分布、气隙与端部磁场分布的函数。当电流分布改变时,产生作用力的谐波分量也会改变,而当其频率与定子铁芯固有振荡频率相近时,就会产生振动。对发电机而言,在不对称负载时,会出现负序电流，产生有害的交变力矩作用,在转轴及定子机座上,引起 100 Hz的振动。另外,定子绕组在定子铁芯槽内受到多种机械力作用,线棒通过电流时线棒本身及上下层线棒间和相邻槽内线棒的端线间会产生 100 Hz 的交变电磁力若线棒在槽内固定不好,将使线棒向槽壁压紧,并产生共振。

1.2 定子端部绕组对作用在绕组导体上电磁力的响应

电机端部绕组的结构布局呈“喇叭”状，其刚度较低,而柔性较大,运行中由于转子绕组端部漏磁场的作用,定子绕组端部和转子间会产生作用力其方向是把定子绕组向外推。由于漏磁场的存在定子绕组和铁芯之间产生的电磁力把端部绕组推向铁芯。而在端部线棒之间，当同相相邻两线棒电流同方向时,其相互作用力使它们相互挤压靠拢；而当隔相相邻线棒流过的电流方向相反时,则互相推开,在上下层绕组端部之间产生的径向电磁力作用在端箍和绑绳上。上述作用力将使绕组端部产生振动，在历次机组大修中都发现发电机端部不同程度有垫块松动端部固定螺丝脱落和绝缘引水管磨损等现象。

1.3 转子动力学分析

电动机转子一般为鼠笼式或绕线式，又可分为刚性转子和柔性转子。刚性转子可以看成是一个等值的偏心质量绕轴旋转,柔性转子一般是细长直径受到限制的发电机转子。

1.3.1刚性转子

当转子在高速下旋转,由于离心力作用发生中心偏移,会产生磁通气隙不均匀,感应电流大小、方向不规则,产生的电磁力大小也不同。电机转子笼型绕组除了承受热应力、电磁力和离心力外,还受到加速和制动时所产生的切向应力在导条出槽口部分受到切向力而产生弯矩,很容易造成转子鼠笼条发生断条,从而产生电机的振动。

1.3.2 柔性转子

汽轮发电机转子特别长且直径相对较小,发电机转子与汽轮机转子联结后,构成弹性 -惯性扭转振动系统。而发电机与锅炉、汽轮机、电网相互关联，因此会产生强迫扭振，这种振动可能是电气原因造成的,也可能是机械系统造成的。例如:并联运行的发电机,当机组与系统(电网)并列时,频率不等会出现拍振电压,产生拍振电流,其有功分量对发电机而言时正时负，制动转矩和驱动转矩交替出现,作用在转子上使发电机产生振动。电动机转子一般和机械负载连接,当机械负载的转轴中心与电机转子中心不正(即偏心)时,会产生单边磁拉力造成电动机转子受力不均而发生振动。3B 小机 B 油泵电动机就是由于泵体中心与电动机转子中心不正造成振动大而损坏轴承。另外,电机转子振型也与支撑它的轴承特性有关(大多数电机的轴承可看成是硬性轴承),如图1所示图中轴承为硬性轴承与软性轴承两种情况下的一阶振型。当转子受到的交变高次谐波频率接近于转子固有的高频振荡频率时会发生如图 2举例的二阶及以上的高阶振型。 

1.4 轴承振动分析

在电机运行中,作用在轴承上的力将引起轴承座与转子的相对振动和轴承座本身的绝对振动,这种作用无论是滚动轴承还是滑动轴承都会发生。

1.4.1 滚动轴承

由于结构上的原因,滚动轴承产生一种固定频率的振动,由于它的油膜很薄,转子轴和轴承座之间的相对移动很小,除固定频率外还可能存在着由于滚动轴承本身的弹性变形所引起的频率更高的振动，以及轴承内外圈的自振频率振动还有因轴承磨损而发生的不规则振动。

1.4.2滑动轴承

在滑动轴承中,轴是由高压油泵打进来的润滑油膜所支撑的,由轴的传动带人到轴与轴承之间形成，油膜不稳定会导致润滑油的涡动和起泡，使轴承产生非正常的反应。而产生油膜不稳定的因素很多,负载不稳定、转轴中心不正等都会造成油膜稳定的变化。