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定子異常產生的電磁振動

由于定子三相繞組產生的是一個旋轉磁場，它在定、轉子氣隙中以同步速度n0旋轉。若電網頻率為f0，則同步速度n0=60f0/P。
機座上受力部位是隨磁場的旋轉而在不斷改變位置。從圖1c-e中可以看出，當旋轉磁場回轉一周，磁拉力和電磁振動卻變化兩次（2極電機）。

a) 2極電機定、轉子和磁通；

b) 定子所受電磁力和旋轉力波；

c) 旋轉磁場波形；d) 磁拉力變化波形；e) 電磁振動的波形
圖1 電磁振動發生機理

定子電磁振動特征頻率

因電磁振動在空間位置上和旋轉磁場是同步的，定子電磁振動頻率應為旋轉磁場頻率(f0/P)和電磁力極數(2P)之乘積2f0，也就是2倍的電源頻率。

由此可知，電機在正常工作時，機座上受到一個頻率為電網頻率2倍的旋轉力波的作用，而可能產生振動，振動大小則和旋轉力波大小、機座剛度直接有關。

定子電磁振動異常的主要原因

定子三相磁場不對稱。如電網三相電壓不平衡，因接觸不良造成單相運行，定子繞組三相不對稱等原因，都會導致定子磁場的不對稱，而產生異常振動。
定子鐵心和定子線圈松動，將使定子電磁振動和電磁噪聲加大，在這種情況下，振動頻譜圖中，電磁振動除了2f0的基本成份之外，還可以出現4f0、6f0、8f0的諧波成分。
電動機座底腳螺釘松動，其結果相當于機座剛度降低，使電動機在接近2f0的頻率的范圍發生共振，因而使定子振動增大，結果產生異常振動。

a）定子異常振動原因； b）定子振動頻譜；

c）2極電動機機座的激振振型； d）4極電動機機座的激振振型

圖2 定子電磁振動的原因、頻譜和振型

定子電磁振動的特征

氣隙不均勻引起的電磁振動

氣隙不均勻（或稱氣隙偏心）有兩種情況，一種是由于定子、轉子不同心產生的靜態不均勻；另一種是由于軸彎曲或轉子與軸不同心所產生的動態不均勻。它們都會引起電磁振動，但是振動的特征并不完全相同。

1、氣隙靜態不均引起電磁振動

電動機定子中心與轉子軸心不重合時，定、轉子之間氣隙將出現偏心現象，這種氣隙偏心往往固定在某一位置，它不隨轉子旋轉而改變位置。（或定子橢圓）從圖3a中可以看出，由于通過氣隙最小點A的旋轉磁場頻率為f0/P，這時不平衡磁拉力將變化2P次，因不平衡磁拉力和電磁振動頻率為

a) 靜態偏心；b) 動態偏心；c) 動態偏心電磁力的拍振

圖3 靜態、動態偏心的電磁振動

靜態氣隙偏心電磁振動特征

2、氣隙動態偏心電磁振動

電動機氣隙的動態偏心是由轉軸撓曲、轉子鐵心不圓或轉子與軸不同心等造成的，偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此，偏心位置隨轉子的旋轉而同步的移動，如圖3b所示。

旋轉磁場同步速度f0/P，轉子速度(1-s)f0/P，旋轉磁場超越轉子速度[f0/P- (1-s)f0/P] ×2P= 2sf0。所產生的電磁力時域波形是以頻率2f0/P振動，同時以頻率2sf0脈動，兩者疊加波形（調幅）如圖3c所示。

氣隙動態偏心電磁振動特征

轉子導體異常引起的電磁振動

籠型異步電動機因籠條斷裂，繞線型異步電動機由于轉子回路電氣不平衡，都將產生不平衡電磁力，這不平衡電磁力F在轉子旋轉時是隨轉子一起轉動的，其性質和轉子動態偏心的情況相同，其發生的機理如圖4所示。

a) 發生振動的機理；b) 電磁振動波形

圖4 轉子繞組不平衡引起的電磁振動

轉子繞組異常引起的電磁振動的特征

轉子繞組異常引起電磁振動與轉子動態偏心所產生的電磁振動的電磁力和振動波形相似。拍頻都是2sf0，但高頻部分不同，轉子動態偏心為2sf0/P，轉子繞組異常為2(1-s)f0/P。
振動隨負載增加，當負載超過50％以上時較為顯著。
電流波形或振動波形頻譜圖中，基頻兩邊出現±2sf0的邊頻，根據邊頻與基頻幅值之間的關系，可判斷故障的程度。

圖5 正常的電流頻譜圖

圖6 一根斷條時電流頻譜圖(滿載)

來源：摘錄自《電動機故障診斷》講義

作者：王林鴻教授、博士，南陽理工學院

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