一種電機振動特徵頻率的檢測裝置及方法與流程
2023-05-29 18:01:11
本發明屬於電機振動領域，具體涉及一種電機振動特徵頻率的檢測裝置，本發明也涉及一種電機振動特徵頻率的檢測方法。
背景技術：
電動機作動力源在工程應用十分常見，鼠籠式異步電動機由於其結構簡單、價格低廉、使用壽命長而佔有舉足輕重的地位，應用極為廣泛。隨著生產對控制系統可靠性要求的日益提高，很多電機需要對其運行的可靠性進行檢測，電機的特徵頻率是重要的考察對象。由於運行模式的多樣性，在檢測和故障診斷過程中，需要針對不同的運行模式採用不同的方法來提取故障特徵。往往需要測試電機的特徵頻率，包括軸頻、電磁激勵頻率、固有頻率，但電機運行時這些特徵頻率摻雜在一起，不易分辨。對固有頻率的提取，通常採用靜止狀態時對其進行錘擊法模態測試，來獲得其固有頻率，雖然精確但費時費力。
祝長生等在《負載對異步電機噪聲的影響》一文中指出電機在通電前是一個純機械系統，通電後系統不再是一個純機械系統，而變為一個複雜的機電耦合系統，它的聲振特性不僅與其結構本身的剛度、質量、阻尼因素有關，而且還受到電機中電磁力的影響。所以對電磁力頻率的提取很有必要。李香蓮在《機械振動信號的視頻分析》一文中指出機械特徵頻率的提取方法，但對電動機電磁頻率的提取方法及裝置未見相關說明。
一般情況下，針對電磁激勵頻率提取通常採用降壓法、斷電法。降壓法是指對比電機在不同電壓下運行的響應信號的方法，即電機正常電壓運行時採集一組信號，電機改變電壓後採集另一組信號，將這兩組時域信號分別做快速傅立葉變換，得到頻域信號進行對比，對比分析出電磁激勵頻率。這種方法需要進行兩次測試，分別進行快速傅立葉變換處理，比較繁瑣。斷電法是指電機正常運行時採集一組信號，斷電後採集另一組信號，將兩組時域信號分別做快速傅立葉變換，得到頻域信號，進行對比，同樣需要測試兩次，分別比對尋找不同的頻率來判斷，較為繁瑣。且斷電後轉速會有下降，造成識別的頻率不準確。
此外，目前測試電機電磁激勵頻率的裝置只是將電機安裝在基礎臺架上，沒能將基礎臺架的振動與電機的振動很好的隔離，負載支撐易引入其他支撐件的振動，而且斷電後電機轉子運轉時間較短，不能進行足夠長時間的數據採集，測試出的結果比較粗略；模態頻率通常採用錘擊法測出，耗時較長。理論上，當固有頻率已知時，用中心頻率等於該固有頻率的帶通濾波器把該固有振動分離出來，然後，通過包絡解調得到包含故障特徵信息的包絡信號。然而，在工程應用中，由於設備的結構複雜，往往無法獲取設備各個部分準確的特徵頻率。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種能夠快速、精確檢測出電機的電磁激勵頻率和固有頻率的電機特徵頻率的檢測裝置。本發明的目的還在於提供一種電機振動特徵頻率的檢測方法。
本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測裝置，包括安裝基座、飛輪盤、配重質量塊、氣浮軸承、彈性聯軸器、承載軸、加速度傳感器、振動測試分析儀、隔振器；
電機通過隔振器安裝在安裝基座上，電機軸通過彈性聯軸器與承載軸相連；承載軸由氣浮軸承支撐；承載軸上安裝飛輪盤，飛輪盤上沿徑向均勻分布有慣量調孔，所述配重質量塊安裝於慣量調孔內；所述加速度傳感器安裝於電機外表面，經由導線與振動測試分析儀相連。
本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測裝置還可以包括：
1.飛輪盤端面為圓形，直徑為電機機殼外圓直徑的1/2～2/3，圓面每間隔45°有一列慣量調節孔，每列有四個螺紋孔且為等間距布置。
本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測方法為
步驟一：安裝配重質量塊，加速度傳感器與振動測試分析儀初始化，開啟電機；
步驟二：電機轉速達到額定轉速後，加速度傳感器開始採集加速度信號；然後關閉電機電源，電機停轉後停止加速度信號採集；
步驟三：將採集到的加速度信號在斷電前後做截斷，對加速度信號進行時頻變換，得到具有幅值、時間、頻率的三維圖譜，得到電機特性頻率。
本發明具有如下有益效果：
本發明裝置安裝調整方便、測試成本低，外界振動對電機測試振動影響小，可採樣時間長、分離快速，負載慣量可調節，重複性好，只進行一次信號連續採集即可檢測分離出電磁激勵頻率、固有頻率。斷電前後數據在同一圖譜中連續顯示，可以清楚的看出斷電瞬間的頻率變化情況，排除了常規斷電法因轉速下降引起的頻率偏移過大造成判斷不準確的問題。在工程實際中具有較大應用價值。
附圖說明
圖1是本發明臥式安裝電機實驗原理圖。
圖2是本發明臥式安裝電機實驗原理圖。
圖3是飛輪盤調節轉動慣量原理示意圖。
圖4是傳感器採集到的時域信號圖。
圖5是經過時頻變換之後得到的三維圖譜。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本發明做更詳細地描述：
本發明裝置包括安裝基座5、隔振器4、飛輪盤6、氣浮軸承7、彈性聯軸器9、加速度傳感器1、振動測試分析儀2來實現對電機3的特性頻率測定。下面針對電機的水平安裝和立式安裝給出兩種具體實施技術方案：
技術方案一：
如圖1所示，本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測裝置包括電機3的安裝法蘭通過隔振器4水平安裝於安裝基座5，安裝基座5水平放置，且上表面也呈水平狀態，為減少基座對電機振動的影響，安裝基座5採用阻尼合金材料。
電機軸通過彈性聯軸器9與承載軸10相連；承載軸10由氣浮軸承7支撐；承載軸10上安裝飛輪盤6。如圖3所示，飛輪盤6端面為圓形，直徑為電機3機殼外圓直徑的1/2-2/3為宜，圓面每間隔45°有一列慣量調節孔，每列四個螺紋孔等間距布置；中心有帶鍵槽的軸孔，該孔與承載軸10一端通過鍵槽緊密安裝，不能有掉落、打滑現象。配重質量塊8為八個相同的螺栓，公稱尺寸和調節孔一致，配重質量塊8旋鈕在飛輪盤6相同半徑的調節孔內。為減少飛輪盤6自重對電機轉軸的影響，需要對飛輪盤6進行有效支撐。承載軸10中部與氣浮軸承7同心安裝，軸向無明顯竄動現象。氣浮軸承7的軸承座固結在與安裝基座同平面的基礎上，保證軸承氣隙在正常的工作範圍內，且承載軸10與電機軸同軸放置。承載軸10另一端與電機軸伸端通過彈性聯軸器9連接，彈性聯軸器9可隔離飛輪盤6、氣浮軸承7的振動，減小對電機造成的幹擾。加速度傳感器1牢固粘貼在電機3機殼中部表面，採集電機機殼沿徑向振動的信號。
本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測方法：
將加速度傳感器1與振動測試採集儀2連接起來。設置採樣頻寬為3.2khz或更高，採樣時間至少2分鐘。氣動氣浮軸承7，啟動電機3，使其工作在額定工況下，穩定運轉1分鐘後，開始採集時域信號，採集約10s後將電機3電源切斷，電機3在其轉子以及飛輪盤6慣性力的作用下繼續旋轉，並緩慢減速直至停止轉動，此時停止採集信號。信號如圖4所示。
將採集到的時域信號經過時頻變換處理得到關於頻率、時間、幅值的三維圖譜。結合圖5，以分析0-1.6khz頻段為例：三維圖譜左側坐標為時間，底部坐標為頻率，右側坐標為色度幅值。水平亮線時刻為斷電時刻，可以看出電機大約在12s時刻斷電，斷電之前各個頻率是穩定的。斷電之後頻率曲線開始變化，其中有50hz、150hz在斷電前後曲線連續，且向著頻率減小，時間延長的方向掃略，可以判斷該頻率為與電機轉速有關的頻率；494hz、1.032khz、1.17khz斷電前存在明顯豎線且幅值較明顯，即亮度高，斷電後立即消失，可以斷定該頻率為電磁激勵頻率；390hz、758hz、1.108khz在電機正常運轉時出現明顯的豎線且幅值較明顯，斷電後在轉速下降過程中，該頻率線既不消失也不隨著轉速降低而偏移，可以判斷出該頻率為電動機的固有頻率。由此可以將電機振動頻率分離，檢測出電磁頻率。所列舉的頻率包括但不僅限於該頻率。
技術方案二：
如圖2所示，對於立式電機安裝，安裝基座5水平放置，且上表面呈水平狀態，安裝基座5中心有圓孔，圓孔位於基座5臺面中心，圓孔直徑略小於電機3安裝法蘭緣，能使得電機3法蘭緊固到機座5上，且允許彈性聯軸器9穿過中心孔。立式安裝的電機3安裝法蘭四個角分別用螺栓與隔振器4固定，隔振器4底腳用螺栓固定在安裝基座5上，電機3的軸伸穿過安裝基座5的圓孔，轉軸呈豎直狀態。彈性聯軸器9一端連接電機3的軸伸端，另一端與承載軸10相連接，彈性聯軸器9與軸之間為過渡配合，立式安裝不會脫落。承載軸10中部安裝飛輪盤6，使得飛輪盤6在重力作用下不能自動脫落，承載軸10末端連接氣浮軸承7，並將軸承座固定在基礎上，保證氣浮軸承7中心與承載軸10中心同軸，氣浮軸承7可拖住飛輪盤6，彈性聯軸器9的重量，使得電機3的軸承負載不會過大。
本發明的一種電機振動特徵頻率的檢測方法：將加速度傳感器1與振動測試採集儀2連接起來。設置採樣頻寬為3.2khz或更高，採樣時間至少2分鐘。氣動氣浮軸承7，啟動電機3，使其工作在額定工況下，穩定運轉1分鐘後，開始採集時域信號，採集約10s後將電機3電源切斷，電機3在其轉子以及飛輪盤6慣性力的作用下繼續旋轉，並緩慢減速直至停止轉動，此時停止採集信號。將採集到的時域信號在斷電前後做截斷，經過時頻變換，轉化成具有幅值、時間、頻率的三維圖譜。在圖譜中斷電後立刻消失的頻率線為電磁激勵頻率，斷電前存在，幅值明顯的頻率，且斷電後在該頻率上依然有明顯幅值，即不隨轉速變化的頻率線是電機的固有頻率，斷電後隨著時間的延長，向頻率降低的方向傾斜的曲線是與轉子轉速有關的頻率。