異步電動機振動故障中的拍頻現(xiàn)象

張 鈺，管愛輝，錢 強，賴遠波，李 軍

（獨山子石化供水供電公司，新疆 克拉瑪依 833699）

引言

拍振是兩個頻率接近的力（激勵源）產(chǎn)生的振動疊加在一起造成的，由于頻率接近，周期也接近，每過一個周期兩個信號的相對相位就會有一點變化，接近同相的時候兩個信號疊加，幅值變大，接近反相的時候兩個信號相互抵消，幅值變小，造成波形總幅值的周期性波動。

1 拍頻現(xiàn)象簡介

在現(xiàn)場任意兩個振動力頻率接近，且兩個振動會傳遞到一起產(chǎn)生疊加，就會發(fā)生拍頻，又叫拍振。拍頻是兩個頻率接近的力（激勵源）產(chǎn)生的振動疊加在一起造成的，由于頻率接近，周期也接近，每過一個周期兩個信號的相對相位就會有一點變化，接近同相的時候兩個信號疊加，幅值變大，接近反相的時候兩個信號相互抵消，幅值變小，造成波形總幅值的周期性波動。

電機運行時，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔旋轉(zhuǎn)，因電磁振動在空間位置上和旋轉(zhuǎn)磁場是同步的，定子電磁振動頻率應(yīng)為旋轉(zhuǎn)磁場頻率（f0/P）和電磁力極數(shù)（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(wǎng)頻率2倍的旋轉(zhuǎn)力波的作用，而可能產(chǎn)生振動，振動大小則和旋轉(zhuǎn)力波大小和機座剛度直接有關(guān)[1]。例如：定子三相磁場不對稱；定子鐵心和定子線圈松動；電動機座底腳螺釘松動。振動頻率為電源頻率的2倍，會出現(xiàn)2倍電網(wǎng)頻率即100 Hz的振動。

2極異步電動機轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、彎曲引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的二倍頻成分振動增大。最常見是2極電機轉(zhuǎn)子與定子間氣隙不均勻、磁場中心偏移、定子繞組松動、轉(zhuǎn)子斷條等造成磁不平衡，引起電磁力矩加大；和轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、彎曲引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的二倍頻成分振動增大的故障同時存在。由于故障產(chǎn)生的兩倍電源頻率振動和兩倍轉(zhuǎn)頻振動有微小區(qū)別，產(chǎn)生拍振，在電機附近可以聽到明顯有節(jié)拍的嗡嗡聲，振動總幅值周期性波動。

下面以一個電動機異常振動實例，對拍頻現(xiàn)場進行闡述。

事件經(jīng)過：2018年2月28日，電氣維護人員在對某裝置一臺電動機狀態(tài)監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)該電動機振動軸向、徑向的振動超標，且徑向的振動幅值在3～7 mm/s有規(guī)律地波動周期性變化，隨后用狀態(tài)檢測儀BH550進行進一步分析。

2 機組運行情況簡介

電動機參數(shù)：油泵功率為55 kW，額定電流為102.6 A，額定轉(zhuǎn)速為2 970 r/min。前后軸承型號為SKF，6314；滾動軸承最近一次檢修時間為2013年5月；最近一次潤滑時間為2017-10-09。聯(lián)軸節(jié)為剛性連接。

3 測試分析

3.1 通過速度頻譜分析

用BH550去對該電動機測試分析，分析頻率、分析線數(shù)都是廠家默認值2 000 Hz，1 600線。進行速度頻譜分析，徑向2倍頻較大，尤其軸向2倍頻大，初步判斷為電機泵的對中問題，但是無法解釋振動幅值有規(guī)律的變化。為了進一步分析，將分析頻率改為400 Hz，分析線數(shù)改為3 200線，提高分辨率[2]。

3.2 提高分辨率后速度頻譜圖

如下頁圖1所示，提高分辨率后再次采集振動數(shù)據(jù)分析，從風(fēng)扇側(cè)1 HV速度頻譜分析看，在100 Hz左右有兩個頻率成分，99.75 Hz為轉(zhuǎn)頻2倍頻，100.2 Hz為電網(wǎng)頻率的2倍頻。

圖1 水平側(cè)水平頻譜

3.3 提高分辨率后速度時域波形圖

如圖2所示，從風(fēng)扇側(cè)水平時域波形圖看，有明顯的拍頻周期T=4.307-1.139=3.16 s。

圖2 水平側(cè)水平時域波形圖

4 綜合診斷

從圖2頻譜分析看，電動機即存在轉(zhuǎn)頻的2倍頻，有存在2倍電網(wǎng)頻譜的2倍頻。由于兩個頻譜比較接近，所以出現(xiàn)拍頻現(xiàn)場，即幅值有規(guī)律的變化。聯(lián)軸節(jié)不對中和電機基礎(chǔ)不良是問題根本所在，需要鉗工重新對中。

5 結(jié)語

拍振的根源是兩個力產(chǎn)生的振動傳遞到一起，產(chǎn)生了疊加。如果要處理，可以分別診斷消除這兩個振動源，或者切斷振動傳遞路徑。比如，通過基礎(chǔ)或管道傳遞振動的，增加隔振措施，但電機本身產(chǎn)生拍振的，就只能通過對中或處理偏心降低兩個振動了。