电动机振动解析.docx

变频器通过改变电源的频率和电压来控制电动机的转速。通常，当频率变化时，如果电压没有相应调整，可能会导致电机转矩不足或过载。
电动机的振动可能有多种原因。转子不平衡、轴承问题、轴不对中等等，但这些通常是机械问题，和变频器的频率关系不大。不过，当使用变频器时，由于频率可以调节，可能在某些特定的频率点上，电动机的固有频率与驱动频率发生共振，从而导致振动加剧。
那什么是机械共振呢？机械系统都有一个自然频率，当外部激励的频率接近这个自然频率时，系统会吸收更多的能量，导致振幅增大，也就是共振现象。如果变频器输出的频率恰好等于或接近电动机的某个固有频率（如转子的临界转速），就会引发共振，从而引起剧烈振动。
需要考虑变频器本身的输出特性。例如，PWM（脉宽调制）变频器会产生高频载波，可能会在电机绕组中产生电磁噪声，这些噪声是否会导致振动？或者是否存在电流谐波，导致转矩波动，进而引起机械振动？
还有可能是电动机的参数设置不当。比如，加速/减速时间设置不正确，导致在频率变化过程中产生过大的转矩冲击，从而引发振动。或者在低频运行时，电动机的冷却效果变差，温度升高导致材料膨胀，也可能间接引起振动，但这可能更多是热效应而非特定频率的问题。
此外电压不稳或含有高频干扰，可能在某些频率下放大振动。不过这种情况可能更普遍，假设当变频器输出频率等于电动机的某个固有频率时，确实会引起共振。这时候，振动幅度会显著增加，甚至可能导致设备损坏。
另一个可能性是转子的滑差频率。在异步电动机中，转子转速与定子旋转磁场的转速存在差异，称为滑差。滑差频率可能与变频器的输出频率相互作用，特别是在某些控制方式下，比如V/F控制，如果频率调整不当，可能导致滑差频率处于共振区。
同时，电动机的制造缺陷也可能导致其在特定频率下振动。转子的动平衡不良，或者定子与转子之间的气隙不均匀，这些都可能在特定频率下被激发出来。
总结起来，可能的原因包括：
1. 机械共振：变频器频率与电动机的自然频率（如临界转速）匹配。
2. 转子滑差频率引发的共振。
3. 变频器PWM产生的高频成分引起的电磁振动。
4. 电动机本身的机械不平衡或结构问题。
5. 控制参数设置不当（如加速时间、转矩补偿等）导致的瞬态冲击。
需要测量振动频率，确定是否与变频器输出频率一致，或者是否存在其他谐波成分。此外，检查电动机的机械状态，进行动平衡测试，查看是否有轴承磨损或轴对中问题。同时，审查变频器的参数设置，确保适合电动机的特性和应用环境。
解决方案可能包括避开共振频率、调整变频器输出频率、修改控制算法（如使用矢量控制减少谐波）、加固机械结构或修复电动机本身的缺陷。
变频器在导致电动机震动的主要原因涉及机械共振、电磁干扰及控制参数设置等因素。以下是详细分析和解决方案：
1. 机械共振
- 原理：电动机存在固有频率（如转子临界转速），当变频器输出的频率接近该频率时，系统发生共振，振幅急剧增大。
- 表现：常见于低频段（如5-50Hz），振动随频率逼近固有频率而增强。
- 诊断：通过振动分析仪检测振动频率，对比电动机手册中的临界转速曲线。
- 解决：
 - 避开共振频率，设置频率跳跃功能（如跳过5-10Hz范围内的共振点）。
 - 使用转矩补偿或柔性PWM模式减缓冲击。
 - 机械改造：提高轴承精度、校正轴对中、动平衡校正。
2. 转子滑差频率共振
- 原理：异步电动机中，滑差频率（\( f_s = f_{ref} - \frac{n}{p} \)）可能与机械共振频率重叠。
- 影响：尤其在V/F控制下，低频运行时滑差较大，易触发共振。
- 解决：
 - 采用矢量控制，精确调节磁通和转矩，降低滑差影响。
 - 提高最低运行频率，避开滑差共振区。
3. 高频载波谐波
- 原理：PWM变频器产生高频载波（如2-15kHz），可能引发电机绕组或轴承的电磁振动。
- 表现：高频嗡鸣声或轴承早期磨损。
- 解决：
 - 选择低载波频率或使用共模扼流圈滤波。
 - 在轴承润滑脂中添加导电碳粉，抑制电流噪声。
4. 机械缺陷
- 不平衡或不对中：转子动平衡不良、轴弯曲、联轴器错位等。
- 气隙不均：定转子间气隙不均匀导致磁场分布异常。
- 解决：
 - 动平衡测试并校正转子。
 - 检查轴对中性，使用激光对中仪调整。
 - 维修或更换磨损部件。
5. 控制参数不当
- 加速/减速时间：设置过短导致转矩突变，引发机械冲击。
- 转矩提升：过高补偿可能在低频时产生过大的磁化电流，引起振动。
- 解决：
 - 延长加速/减速时间，平滑频率变化。
 - 根据负载调整转矩补偿值，避免过调。
6. 电源与环境因素
- 电压波动：电网电压不稳导致变频器输出畸变。
- 安装基础：电机底座刚度不足，传递振动至设备。
- 解决：
 - 加装稳压器或滤波器。
 - 强化电机安装基础，使用减振垫。
诊断步骤建议
1. 测量振动频谱：使用FFT分析仪确定主导振动频率。
2. 比对共振曲线：查阅电动机手册的临界转速图，确认是否匹配变频器频率。
3. 检查机械状态：手动旋转电机排除轴承卡滞，测试动平衡。
4. 观察控制波形：用示波器观测变频器输出电压电流，检测谐波畸变。
5. 参数调试：逐步调整变频器参数（如载波频率、转矩补偿），观察振动变化。
客户风机在30Hz时剧烈振动，经检测发现其转子第二阶临界转速为28Hz。解决方案为：
- 设置变频器频率跳跃区间25-35Hz。
- 采用矢量控制模式，优化转矩输出。
- 加装弹性联轴器吸收冲击。
通过综合分析机械、电气和控制因素，可有效定位并解决变频器引发的电动机振动问题，确保系统稳定高效运行。