HXN5機(jī)車交流電機(jī)振動(dòng)分析及處置

朱惠民

摘 要：隨著公司對(duì)HXN5機(jī)車C5修、C6修的開展，機(jī)車檢修公司承修的交流電機(jī)種類以及數(shù)量均大幅度增加，在交流電機(jī)試驗(yàn)時(shí)常發(fā)生電機(jī)振動(dòng)大的情況，本文從機(jī)械、電磁這兩方面出發(fā)對(duì)電機(jī)異常振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)出故障判斷方法并且制定相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī) 振動(dòng) 動(dòng)平衡 電磁

1 概述

隨著公司對(duì)HXN5機(jī)車C5修、C6修的開展，機(jī)車檢修公司承修的交流電機(jī)種類以及數(shù)量均大幅度增加，在交流電機(jī)試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常發(fā)生電機(jī)振動(dòng)大的情況（以下簡(jiǎn)稱振動(dòng)），電機(jī)返工帶來較大的人工以及物料損失，且對(duì)生產(chǎn)造成影響，為此非常有必要對(duì)電機(jī)異常振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)出故障判斷方法并且制定相應(yīng)的解決方案。

2 原因分析

在進(jìn)行振動(dòng)分析前，首先需要判別是機(jī)械方面引起的振動(dòng)還是電磁方面引起的振動(dòng)，具體方法如下：使用變頻器將電機(jī)轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速，同時(shí)將變頻器輸出電壓設(shè)置為電機(jī)額定電壓，然后關(guān)斷變頻器電源，如振動(dòng)消失即可判斷為電磁方面引起的振動(dòng)，如振動(dòng)未消失則為機(jī)械方面引起的振動(dòng)。

2.1 電磁振動(dòng)的原因及判斷方法

（1）裝配氣隙不均勻。電機(jī)裝配氣隙不均勻?qū)a(chǎn)生單邊磁拉力將轉(zhuǎn)子拉向一側(cè)，使軸承一側(cè)始終受力嚴(yán)重，加快軸承的損壞同時(shí)引起振動(dòng)和噪聲。判斷方法如下：使用樣板或者塞尺測(cè)量定轉(zhuǎn)子兩端槽口處氣隙是否均勻，如果電機(jī)密封性較好則需拆解檢查。

（2）鼠籠導(dǎo)條斷裂。鼠籠導(dǎo)條斷裂后，斷裂導(dǎo)條不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此斷裂導(dǎo)條無電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，造成轉(zhuǎn)子整體力矩不平衡，進(jìn)而造成電機(jī)振動(dòng)大。判斷方法如下：目視檢查轉(zhuǎn)子兩端導(dǎo)條與端環(huán)焊接處有無裂縫；如目視檢查未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，則使用鐵榔頭輕輕敲擊導(dǎo)條與端環(huán)焊接處，如導(dǎo)條焊接良好則敲擊聲“清脆”，如導(dǎo)條斷裂或存在裂紋則敲擊聲“沉悶”。

（3）三相繞組不平衡。電機(jī)三相繞組內(nèi)部如發(fā)生匝間短路、相間短路、線圈斷路等故障時(shí)會(huì)造成三相電流不平衡，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上產(chǎn)生的電磁力矩不平衡，進(jìn)而造成電機(jī)振動(dòng)大。判斷方法如下：使用雙臂電橋測(cè)量三相相電阻或者三相線電阻，計(jì)算三相電阻不平衡度是否超限。如未超限，則計(jì)算額定電壓額定頻率下的三相空載電流不平衡度是否超限。

（4）三相電源電壓不平衡。三相電源電壓不平衡將會(huì)造成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)畸變，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上產(chǎn)生的電磁力矩不平衡，進(jìn)而造成電機(jī)振動(dòng)大。判斷方法如下：使用FLUKE表檢測(cè)變頻器輸出的三相電源電壓值是否平衡、電壓波形是否存在畸變、相位是否異常。

2.2 機(jī)械振動(dòng)的原因及判斷方法

（1）電機(jī)安裝不良。檢查電機(jī)安裝底腳是否緊固、平整，檢查基礎(chǔ)臺(tái)面是否傾斜，檢查被試電機(jī)是否與其他工件接觸。

（2）機(jī)械接磨。手動(dòng)盤轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子或者使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，如存在明顯的機(jī)械卡滯或接磨聲則可判斷為接磨引起的振動(dòng)。

（3）轉(zhuǎn)軸彎曲變形。將磁力座固定在電機(jī)端蓋或者機(jī)座上，將百分表安裝在磁力座上后對(duì)準(zhǔn)電機(jī)軸伸，校零后測(cè)量轉(zhuǎn)軸跳動(dòng)量是否超限。

（4）軸承運(yùn)轉(zhuǎn)異常。使用聽筒聽電機(jī)兩端軸承蓋處有無異音傳出；使用測(cè)振儀測(cè)量電機(jī)振動(dòng)值，從軸承蓋處向電機(jī)中間依次測(cè)量，如果振動(dòng)值逐步減小，則可以判斷振源來自軸承處。

（5）轉(zhuǎn)子不平衡力矩大。上述的故障種類均排查后如仍未找到故障原因，則需將電機(jī)拆解后轉(zhuǎn)子復(fù)做動(dòng)平衡，為了避免動(dòng)平衡機(jī)聯(lián)接法蘭的裝配對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡量的影響，將轉(zhuǎn)子軸伸和法蘭盤0°聯(lián)接以及180°聯(lián)接各一次，兩次數(shù)據(jù)均在范圍內(nèi)才可判斷轉(zhuǎn)子超差。

3 解決方案

3.1 電磁振動(dòng)的解決方案

（1）裝配氣隙不均勻解決方案。此類故障一般是端蓋裝配造成的，電機(jī)拆解后先檢查電機(jī)兩端端蓋止口以及機(jī)座止口有無殘漆、飛邊、毛刺、磕碰等缺陷，如存在缺陷則消除缺陷即可。如無明顯缺陷，則需測(cè)量端蓋止口和機(jī)座止口圓度以及配合間隙是否超限，如超限則根據(jù)工藝對(duì)止口進(jìn)行加工修復(fù)。

（2）鼠籠導(dǎo)條斷裂解決方案。針對(duì)此類故障，通過鼠籠壓裝來更換鼠籠，在鼠籠壓裝前需嚴(yán)格進(jìn)行轉(zhuǎn)軸以及鼠籠相關(guān)尺寸的測(cè)量，確保轉(zhuǎn)軸和鼠籠內(nèi)孔有效配合，同時(shí)在鼠籠冷卻過程中需定時(shí)對(duì)鎖緊螺母進(jìn)行扭矩緊固，避免壓裝后硅鋼片松散。

（3）三相繞組不平衡解決方案。此類故障常發(fā)生于繞組槽口處以及匯流環(huán)焊接處，對(duì)于使用使用成型繞組的電機(jī)，如HXN5機(jī)車主輔發(fā)電機(jī)定子，如發(fā)生三相繞組不平衡的情況可以采取局部修復(fù)的方式更換故障線圈來進(jìn)行電機(jī)修復(fù)；對(duì)于使用漆包線繞制的電機(jī)，需要進(jìn)行整體重嵌線修復(fù)。

（4）三相電源電壓不平衡解決方案。該情況是變頻器故障造成的，一般為變頻器內(nèi)部IGBT模塊損壞或測(cè)量單元故障，需聯(lián)系專業(yè)維修人員進(jìn)行修復(fù)。

3.2 機(jī)械振動(dòng)的解決方案

（1）電機(jī)安裝不良解決方案。確保電機(jī)安裝底腳緊固、平整，基礎(chǔ)臺(tái)面無傾斜，檢查被試電機(jī)是否與其他工件接觸。

（2）機(jī)械接磨解決方案。此類故障一般為定子與轉(zhuǎn)子之間的接磨造成的，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆解，拆解后找出定轉(zhuǎn)子上的接磨點(diǎn)，常見的接磨有如下3種：（a）端蓋與異型動(dòng)平衡塊接磨；（b）定子內(nèi)表面存在漆瘤與轉(zhuǎn)子碰；（c）轉(zhuǎn)子風(fēng)葉與端部線圈、聯(lián)線接磨。通過對(duì)零部件整形或銼修的方式來消除接磨點(diǎn)。

（3）轉(zhuǎn)軸彎曲變形解決方案。針對(duì)該故障需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行換軸處理，使用四柱液壓機(jī)將轉(zhuǎn)軸從轉(zhuǎn)子上壓出，在壓軸之前應(yīng)根據(jù)硅鋼片與轉(zhuǎn)軸的過盈量對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱，同時(shí)需要安裝專用夾緊工裝確保硅鋼片在換軸過程中不發(fā)生松散、變形。

（4）軸承運(yùn)轉(zhuǎn)異常解決方案。該故障的種類較多，常見的3種故障及解決方案如下：

（a）軸向竄動(dòng)量大。該故障通常是軸承蓋或端蓋（軸承室）用錯(cuò)，造成軸承在端蓋（軸承室）內(nèi)有較大軸向竄動(dòng)，對(duì)于該故障需要選用正確的型號(hào)的軸承蓋或端蓋來消除該故障。

（b）迷宮槽變形。該故障常見原因是軸承蓋、油封或端蓋（軸承室）上的迷宮槽變形以及有飛邊毛刺，對(duì)于該故障需對(duì)故障零部件進(jìn)行修復(fù)或更新處理。

4 結(jié)論

通過從機(jī)械、電磁這兩方面對(duì)電機(jī)異常振動(dòng)原因進(jìn)行分析，總結(jié)出故障判斷手段并且制定相應(yīng)的恢復(fù)方案，系統(tǒng)解決了交流電機(jī)振動(dòng)大的問題，上述方案已陸續(xù)固化到檢修工藝中。

參考文獻(xiàn)

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