CN107246948A - 一种电机振动特征频率的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种电机振动特征频率的检测装置，包括安装基座、飞轮盘、配重质量块、气浮轴承、弹性联轴器、承载轴、加速度传感器、振动测试分析仪、隔振器；电机通过隔振器安装在安装基座上，电机轴通过弹性联轴器与承载轴相连；承载轴由气浮轴承支撑；承载轴上安装飞轮盘，飞轮盘上沿径向均匀分布有惯量调孔，惯量调孔安装配重质量块；加速度传感器安装于电机外表面，经由导线与振动测试分析仪相连。本发明装置安装调整方便、测试成本低，外界振动对电机测试振动影响小，可采样时间长、分离快速，负载惯量可调节，重复性好，只进行一次信号连续采集即可检测分离出电磁激励频率、固有频率。

Description

一种电机振动特征频率的检测装置及方法

技术领域

本发明属于电机振动领域，具体涉及一种电机振动特征频率的检测装置，本发明也涉及一种电机振动特征频率的检测方法。

背景技术

电动机作动力源在工程应用十分常见，鼠笼式异步电动机由于其结构简单、价格低廉、使用寿命长而占有举足轻重的地位，应用极为广泛。随着生产对控制系统可靠性要求的日益提高，很多电机需要对其运行的可靠性进行检测，电机的特征频率是重要的考察对象。由于运行模式的多样性，在检测和故障诊断过程中，需要针对不同的运行模式采用不同的方法来提取故障特征。往往需要测试电机的特征频率，包括轴频、电磁激励频率、固有频率，但电机运行时这些特征频率掺杂在一起，不易分辨。对固有频率的提取，通常采用静止状态时对其进行锤击法模态测试，来获得其固有频率，虽然精确但费时费力。

祝长生等在《负载对异步电机噪声的影响》一文中指出电机在通电前是一个纯机械系统，通电后系统不再是一个纯机械系统，而变为一个复杂的机电耦合系统，它的声振特性不仅与其结构本身的刚度、质量、阻尼因素有关，而且还受到电机中电磁力的影响。所以对电磁力频率的提取很有必要。李香莲在《机械振动信号的视频分析》一文中指出机械特征频率的提取方法，但对电动机电磁频率的提取方法及装置未见相关说明。

一般情况下，针对电磁激励频率提取通常采用降压法、断电法。降压法是指对比电机在不同电压下运行的响应信号的方法，即电机正常电压运行时采集一组信号，电机改变电压后采集另一组信号，将这两组时域信号分别做快速傅里叶变换，得到频域信号进行对比，对比分析出电磁激励频率。这种方法需要进行两次测试，分别进行快速傅里叶变换处理，比较繁琐。断电法是指电机正常运行时采集一组信号，断电后采集另一组信号，将两组时域信号分别做快速傅里叶变换，得到频域信号，进行对比，同样需要测试两次，分别比对寻找不同的频率来判断，较为繁琐。且断电后转速会有下降，造成识别的频率不准确。

此外，目前测试电机电磁激励频率的装置只是将电机安装在基础台架上，没能将基础台架的振动与电机的振动很好的隔离，负载支撑易引入其他支撑件的振动，而且断电后电机转子运转时间较短，不能进行足够长时间的数据采集，测试出的结果比较粗略；模态频率通常采用锤击法测出，耗时较长。理论上，当固有频率已知时，用中心频率等于该固有频率的带通滤波器把该固有振动分离出来，然后，通过包络解调得到包含故障特征信息的包络信号。然而，在工程应用中，由于设备的结构复杂，往往无法获取设备各个部分准确的特征频率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速、精确检测出电机的电磁激励频率和固有频率的电机特征频率的检测装置。本发明的目的还在于提供一种电机振动特征频率的检测方法。

本发明的一种电机振动特征频率的检测装置，包括安装基座、飞轮盘、配重质量块、气浮轴承、弹性联轴器、承载轴、加速度传感器、振动测试分析仪、隔振器；

电机通过隔振器安装在安装基座上，电机轴通过弹性联轴器与承载轴相连；承载轴由气浮轴承支撑；承载轴上安装飞轮盘，飞轮盘上沿径向均匀分布有惯量调孔，所述配重质量块安装于惯量调孔内；所述加速度传感器安装于电机外表面，经由导线与振动测试分析仪相连。

本发明的一种电机振动特征频率的检测装置还可以包括：

1.飞轮盘端面为圆形，直径为电机机壳外圆直径的1/2～2/3，圆面每间隔45°有一列惯量调节孔，每列有四个螺纹孔且为等间距布置。

本发明的一种电机振动特征频率的检测方法为

步骤一：安装配重质量块，加速度传感器与振动测试分析仪初始化，开启电机；

步骤二：电机转速达到额定转速后，加速度传感器开始采集加速度信号；然后关闭电机电源，电机停转后停止加速度信号采集；

步骤三：将采集到的加速度信号在断电前后做截断，对加速度信号进行时频变换，得到具有幅值、时间、频率的三维图谱，得到电机特性频率。

本发明具有如下有益效果：

本发明装置安装调整方便、测试成本低，外界振动对电机测试振动影响小，可采样时间长、分离快速，负载惯量可调节，重复性好，只进行一次信号连续采集即可检测分离出电磁激励频率、固有频率。断电前后数据在同一图谱中连续显示，可以清楚的看出断电瞬间的频率变化情况，排除了常规断电法因转速下降引起的频率偏移过大造成判断不准确的问题。在工程实际中具有较大应用价值。

附图说明

图1是本发明卧式安装电机实验原理图。

图2是本发明卧式安装电机实验原理图。

图3是飞轮盘调节转动惯量原理示意图。

图4是传感器采集到的时域信号图。

图5是经过时频变换之后得到的三维图谱。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做更详细地描述：

本发明装置包括安装基座5、隔振器4、飞轮盘6、气浮轴承7、弹性联轴器9、加速度传感器1、振动测试分析仪2来实现对电机3的特性频率测定。下面针对电机的水平安装和立式安装给出两种具体实施技术方案：

技术方案一：

如图1所示，本发明的一种电机振动特征频率的检测装置包括电机3的安装法兰通过隔振器4水平安装于安装基座5，安装基座5水平放置，且上表面也呈水平状态，为减少基座对电机振动的影响，安装基座5采用阻尼合金材料。

电机轴通过弹性联轴器9与承载轴10相连；承载轴10由气浮轴承7支撑；承载轴10上安装飞轮盘6。如图3所示，飞轮盘6端面为圆形，直径为电机3机壳外圆直径的1/2-2/3为宜，圆面每间隔45°有一列惯量调节孔，每列四个螺纹孔等间距布置；中心有带键槽的轴孔，该孔与承载轴10一端通过键槽紧密安装，不能有掉落、打滑现象。配重质量块8为八个相同的螺栓，公称尺寸和调节孔一致，配重质量块8旋钮在飞轮盘6相同半径的调节孔内。为减少飞轮盘6自重对电机转轴的影响，需要对飞轮盘6进行有效支撑。承载轴10中部与气浮轴承7同心安装，轴向无明显窜动现象。气浮轴承7的轴承座固结在与安装基座同平面的基础上，保证轴承气隙在正常的工作范围内，且承载轴10与电机轴同轴放置。承载轴10另一端与电机轴伸端通过弹性联轴器9连接，弹性联轴器9可隔离飞轮盘6、气浮轴承7的振动，减小对电机造成的干扰。加速度传感器1牢固粘贴在电机3机壳中部表面，采集电机机壳沿径向振动的信号。

本发明的一种电机振动特征频率的检测方法：

将加速度传感器1与振动测试采集仪2连接起来。设置采样频宽为3.2KHz或更高，采样时间至少2分钟。气动气浮轴承7，启动电机3，使其工作在额定工况下，稳定运转1分钟后，开始采集时域信号，采集约10s后将电机3电源切断，电机3在其转子以及飞轮盘6惯性力的作用下继续旋转，并缓慢减速直至停止转动，此时停止采集信号。信号如图4所示。

将采集到的时域信号经过时频变换处理得到关于频率、时间、幅值的三维图谱。结合图5，以分析0-1.6KHz频段为例：三维图谱左侧坐标为时间，底部坐标为频率，右侧坐标为色度幅值。水平亮线时刻为断电时刻，可以看出电机大约在12s时刻断电，断电之前各个频率是稳定的。断电之后频率曲线开始变化，其中有50Hz、150Hz在断电前后曲线连续，且向着频率减小，时间延长的方向扫略，可以判断该频率为与电机转速有关的频率；494Hz、1.032KHz、1.17KHz断电前存在明显竖线且幅值较明显，即亮度高，断电后立即消失，可以断定该频率为电磁激励频率；390Hz、758Hz、1.108KHz在电机正常运转时出现明显的竖线且幅值较明显，断电后在转速下降过程中，该频率线既不消失也不随着转速降低而偏移，可以判断出该频率为电动机的固有频率。由此可以将电机振动频率分离，检测出电磁频率。所列举的频率包括但不仅限于该频率。

技术方案二：

如图2所示，对于立式电机安装，安装基座5水平放置，且上表面呈水平状态，安装基座5中心有圆孔，圆孔位于基座5台面中心，圆孔直径略小于电机3安装法兰缘，能使得电机3法兰紧固到机座5上，且允许弹性联轴器9穿过中心孔。立式安装的电机3安装法兰四个角分别用螺栓与隔振器4固定，隔振器4底脚用螺栓固定在安装基座5上，电机3的轴伸穿过安装基座5的圆孔，转轴呈竖直状态。弹性联轴器9一端连接电机3的轴伸端，另一端与承载轴10相连接，弹性联轴器9与轴之间为过渡配合，立式安装不会脱落。承载轴10中部安装飞轮盘6，使得飞轮盘6在重力作用下不能自动脱落，承载轴10末端连接气浮轴承7，并将轴承座固定在基础上，保证气浮轴承7中心与承载轴10中心同轴，气浮轴承7可拖住飞轮盘6，弹性联轴器9的重量，使得电机3的轴承负载不会过大。

本发明的一种电机振动特征频率的检测方法：将加速度传感器1与振动测试采集仪2连接起来。设置采样频宽为3.2KHz或更高，采样时间至少2分钟。气动气浮轴承7，启动电机3，使其工作在额定工况下，稳定运转1分钟后，开始采集时域信号，采集约10s后将电机3电源切断，电机3在其转子以及飞轮盘6惯性力的作用下继续旋转，并缓慢减速直至停止转动，此时停止采集信号。将采集到的时域信号在断电前后做截断，经过时频变换，转化成具有幅值、时间、频率的三维图谱。在图谱中断电后立刻消失的频率线为电磁激励频率，断电前存在，幅值明显的频率，且断电后在该频率上依然有明显幅值，即不随转速变化的频率线是电机的固有频率，断电后随着时间的延长，向频率降低的方向倾斜的曲线是与转子转速有关的频率。

Claims (3)

1.一种电机振动特征频率的检测装置，其特征在于，包括安装基座、飞轮盘、配重质量块、气浮轴承、弹性联轴器、承载轴、加速度传感器、振动测试分析仪、隔振器；

电机通过隔振器安装在安装基座上，电机轴通过弹性联轴器与承载轴相连；承载轴由气浮轴承支撑；承载轴上安装飞轮盘，飞轮盘上沿径向均匀分布有惯量调孔，所述配重质量块安装于惯量调孔内；所述加速度传感器安装于电机外表面，经由导线与振动测试分析仪相连。

2.如权利要求1所述的一种电机振动特征频率的检测装置，其特征在于，飞轮盘端面为圆形，直径为电机机壳外圆直径的1/2～2/3，圆面每间隔45°有一列惯量调节孔，每列有四个螺纹孔且为等间距布置。

3.基于权利要求1所述的电机振动特征频率的检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：安装配重质量块，加速度传感器与振动测试分析仪初始化，开启电机；

步骤二：电机转速达到额定转速后，加速度传感器开始采集加速度信号；然后关闭电机电源，电机停转后停止加速度信号采集；

步骤三：将采集到的加速度信号在断电前后做截断，对加速度信号进行时频变换，得到具有幅值、时间、频率的三维图谱，得到电机特性频率。