HXN5机车交流电机振动分析及处置

朱惠民

摘 要：随着公司对HXN5机车C5修、C6修的开展，机车检修公司承修的交流电机种类以及数量均大幅度增加，在交流电机试验时常发生电机振动大的情况，本文从机械、电磁这两方面出发对电机异常振动产生的原因进行系统分析，总结出故障判断方法并且制定相应的解决方案。

关键词：交流电机 振动 动平衡 电磁

1 概述

随着公司对HXN5机车C5修、C6修的开展，机车检修公司承修的交流电机种类以及数量均大幅度增加，在交流电机试验时经常发生电机振动大的情况（以下简称振动），电机返工带来较大的人工以及物料损失，且对生产造成影响，为此非常有必要对电机异常振动产生的原因进行系统分析，总结出故障判断方法并且制定相应的解决方案。

2 原因分析

在进行振动分析前，首先需要判别是机械方面引起的振动还是电磁方面引起的振动，具体方法如下：使用变频器将电机转速升至额定转速，同时将变频器输出电压设置为电机额定电压，然后关断变频器电源，如振动消失即可判断为电磁方面引起的振动，如振动未消失则为机械方面引起的振动。

2.1 电磁振动的原因及判断方法

（1）装配气隙不均匀。电机装配气隙不均匀将产生单边磁拉力将转子拉向一侧，使轴承一侧始終受力严重，加快轴承的损坏同时引起振动和噪声。判断方法如下：使用样板或者塞尺测量定转子两端槽口处气隙是否均匀，如果电机密封性较好则需拆解检查。

（2）鼠笼导条断裂。鼠笼导条断裂后，断裂导条不再产生感应电流，因此断裂导条无电磁转矩产生，造成转子整体力矩不平衡，进而造成电机振动大。判断方法如下：目视检查转子两端导条与端环焊接处有无裂缝；如目视检查未发现明显缺陷，则使用铁榔头轻轻敲击导条与端环焊接处，如导条焊接良好则敲击声“清脆”，如导条断裂或存在裂纹则敲击声“沉闷”。

（3）三相绕组不平衡。电机三相绕组内部如发生匝间短路、相间短路、线圈断路等故障时会造成三相电流不平衡，在转子导条上产生的电磁力矩不平衡，进而造成电机振动大。判断方法如下：使用双臂电桥测量三相相电阻或者三相线电阻，计算三相电阻不平衡度是否超限。如未超限，则计算额定电压额定频率下的三相空载电流不平衡度是否超限。

（4）三相电源电压不平衡。三相电源电压不平衡将会造成旋转磁场畸变，在转子导条上产生的电磁力矩不平衡，进而造成电机振动大。判断方法如下：使用FLUKE表检测变频器输出的三相电源电压值是否平衡、电压波形是否存在畸变、相位是否异常。

2.2 机械振动的原因及判断方法

（1）电机安装不良。检查电机安装底脚是否紧固、平整，检查基础台面是否倾斜，检查被试电机是否与其他工件接触。

（2）机械接磨。手动盘转电机转子或者使用变频器驱动电机低速转动，如存在明显的机械卡滞或接磨声则可判断为接磨引起的振动。

（3）转轴弯曲变形。将磁力座固定在电机端盖或者机座上，将百分表安装在磁力座上后对准电机轴伸，校零后测量转轴跳动量是否超限。

（4）轴承运转异常。使用听筒听电机两端轴承盖处有无异音传出；使用测振仪测量电机振动值，从轴承盖处向电机中间依次测量，如果振动值逐步减小，则可以判断振源来自轴承处。

（5）转子不平衡力矩大。上述的故障种类均排查后如仍未找到故障原因，则需将电机拆解后转子复做动平衡，为了避免动平衡机联接法兰的装配对转子动平衡量的影响，将转子轴伸和法兰盘0°联接以及180°联接各一次，两次数据均在范围内才可判断转子超差。

3 解决方案

3.1 电磁振动的解决方案

（1）装配气隙不均匀解决方案。此类故障一般是端盖装配造成的，电机拆解后先检查电机两端端盖止口以及机座止口有无残漆、飞边、毛刺、磕碰等缺陷，如存在缺陷则消除缺陷即可。如无明显缺陷，则需测量端盖止口和机座止口圆度以及配合间隙是否超限，如超限则根据工艺对止口进行加工修复。

（2）鼠笼导条断裂解决方案。针对此类故障，通过鼠笼压装来更换鼠笼，在鼠笼压装前需严格进行转轴以及鼠笼相关尺寸的测量，确保转轴和鼠笼内孔有效配合，同时在鼠笼冷却过程中需定时对锁紧螺母进行扭矩紧固，避免压装后硅钢片松散。

（3）三相绕组不平衡解决方案。此类故障常发生于绕组槽口处以及汇流环焊接处，对于使用使用成型绕组的电机，如HXN5机车主辅发电机定子，如发生三相绕组不平衡的情况可以采取局部修复的方式更换故障线圈来进行电机修复；对于使用漆包线绕制的电机，需要进行整体重嵌线修复。

（4）三相电源电压不平衡解决方案。该情况是变频器故障造成的，一般为变频器内部IGBT模块损坏或测量单元故障，需联系专业维修人员进行修复。

3.2 机械振动的解决方案

（1）电机安装不良解决方案。确保电机安装底脚紧固、平整，基础台面无倾斜，检查被试电机是否与其他工件接触。

（2）机械接磨解决方案。此类故障一般为定子与转子之间的接磨造成的，需要对电机进行拆解，拆解后找出定转子上的接磨点，常见的接磨有如下3种：（a）端盖与异型动平衡块接磨；（b）定子内表面存在漆瘤与转子碰；（c）转子风叶与端部线圈、联线接磨。通过对零部件整形或锉修的方式来消除接磨点。

（3）转轴弯曲变形解决方案。针对该故障需要对转子进行换轴处理，使用四柱液压机将转轴从转子上压出，在压轴之前应根据硅钢片与转轴的过盈量对转子进行加热，同时需要安装专用夹紧工装确保硅钢片在换轴过程中不发生松散、变形。

（4）轴承运转异常解决方案。该故障的种类较多，常见的3种故障及解决方案如下：

（a）轴向窜动量大。该故障通常是轴承盖或端盖（轴承室）用错，造成轴承在端盖（轴承室）内有较大轴向窜动，对于该故障需要选用正确的型号的轴承盖或端盖来消除该故障。

（b）迷宫槽变形。该故障常见原因是轴承盖、油封或端盖（轴承室）上的迷宫槽变形以及有飞边毛刺，对于该故障需对故障零部件进行修复或更新处理。

4 结论

通过从机械、电磁这两方面对电机异常振动原因进行分析，总结出故障判断手段并且制定相应的恢复方案，系统解决了交流电机振动大的问题，上述方案已陆续固化到检修工艺中。

参考文献

[1] GB 755-2008，旋转电机-定额和性能

[2] GB/T 1032-2005，三相异步电机试验方法

[3] GB 10068-2008，轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值

[4] TB/T 1608-2001，机车车辆用三相异步电机基本技术条件

[5] GB/T 1032-2005，三相异步电机试验方法