电机动平衡综合测试实验

电机动平衡综合测试实验
一、 实验目的
1、 了解动平衡测试原理及电机动平衡测试系统的组成，构建方法及各环节的功能作用。
2、 通过示波器和测振表观察电机振动与不平衡量之间的关系，从感性上加深理解旋转
机械由于偏心而引起的振动及危害情况。
3、 实际动手测试电机的动平衡，掌握测振、配重、减振直至动平衡的整个过程；了解
传感器测振、滤波器滤除干扰的情况和必要性。
4、 学会使用动平衡仪、示波器、测振表。
二、 实验原理
如图3.1 所示，当电机旋转时，飞轮也随之转动。由于制造及安装误差，飞轮的质量分
布对于电机轴线总是不对称的，即存在一个等效的偏心质量，左右飞轮分别为M1、M2，
M1、M2 将产生一个与速度成二次方的离心力，从而引起电机作正弦振动，左右飞轮正弦振
动分别为V1、V2，M1、M2 与V1、V2 有如下关系：

上式六方程联立求解，即可知1 M 、2 M 、11 A 、12 A 、21 A 、22 A 。其中确定11 A 、12 A 、
21 A 、22 A 的过程称之为系统标定；完成标定后，通过测量V1、V2 而计算1 M 、2 M 的过程

就是转子动平衡测试过程。其中测量振动V1、V2 是关键。
三、实验仪器：动平衡仪、示波器、滤波器、磁电式速度计（压电式加速度计）、光电传感器、
天平和砝码、橡皮泥、测振表。
1、 动平衡测试仪器简介：
1） 动平衡测试机理
在转子上贴一标记（黑轴贴亮标，亮轴贴黑标）。光电传感器对准标记，则转子每转一圈，
产生一个电脉冲。光电传感器产生的脉冲信号f0 经锁向倍频器产生128 f0，倍频信号用于控制两
路双二阶跟踪滤波器，64f0 倍频信号用于控制两路恒带宽跟踪滤波器，并控制采样和用于测速技
术。支撑Ⅰ、Ⅱ上的振动V1、V2 经速度传感器（加速度计）变为正弦交变信号，振荡频率和转
子转动频率相同。速度传感器产生的电信号中除含有上述不平衡产生的正弦交变信号外，还存在
由轴承振动、基础振动和电磁辐射等因素产生的大量噪声干扰。为此在对信号采样之前需对信号
进行滤波和放大。两路振动信号进入仪器，首先经过双二阶跟踪滤波器，滤除信号中的高频噪声；
信号经滤波后幅度降低，再通过程控放大器1、2 进行放大；而后再通过恒带宽跟踪滤波器进行
进一步滤波；再经过程控放大器3、4 进行进一步放大。微机控制多路电子开关和A/D，对两路
信号进行采样，采用后计算V1、V2 的幅值和相角，根据状态控制和键盘命令进行各种计算，并
在十六字显示器上显示结果。
2）仪器面板介绍
仪器面板布置如图3.2 所示，有如下六个部分。
（1） 操作键盘：操作键盘上共有24 个键。一个复位键，八个功能键、四个参数键和十一个
数字键。
（2） 十六个字数码管和上方框格中两排发光二极管：十六字数码管分四组，配合两排发光

（3） 标定过程中的左加重L M （ 1 H ），右加重R M （ 2 H ）、无加重（ 0 H ）的三个图形，用
以提示标定的三个主要步骤。某一种步骤（ 1 H 、2 H 、0 H ）测量完成时，相应图形下指示灯亮。
（4） 控制琴键开关组：“常态/补偿键”，按下时可以对转子半键、联轴节不平衡进行补偿，
按出时为常态无补偿测量。（注：使用补偿前应进行补偿值测试）。“测量/标定”琴键，此键为存
储记忆开关，进行参数存储和标定时要按下，否则立即弹出。“去重/加重”琴键，此键按下时显
示加重角度，弹出显示去重角度。“精测/快测”琴键，按下时采样时间短，精度稍低，但出数快，
弹出时采样时间长，精度高，一般不平衡容易测时用“快测”，难测时用“精测”，“标定”时一
定用“精测”。
（5） 电源开关：按下时电源指示灯亮，电源接通；弹出时电源指示灯熄灭，电源关断。
（6） 稳速指示灯和状态指示灯：转子稳速转动且光电传感器一周产生一个脉冲时，稳速指
示灯稳定发光，否则闪动，状态指示灯熄灭时指示c、d 两点信号太小，变黄时指示c、d 两点信
号太大发生了饱和削波，变绿色时指示c、d 两点正常。
仪器后面板有四个插座和一个琴键。其中一个是电源插座，要求220V 交流电源，一个是光
电传感器插座，两个振动传感器插座，琴键为自校信号切换开关，按下时仪器与三个传感器信号
线断开并转接内部50HZ 自校信号。
2、 磁电式速度计简介
动平衡机中绝大多数的测振传感器是图3.3 所示磁电式速度传感器。其主要由磁缸、连杆、
弹簧和线圈组成，在平衡机上磁缸与基座连接不动，连杆与转子支撑体连接，随转子支撑点同做
水平振动，即线圈相对磁缸有相对运动，切割磁力线，产生感应电信号。
如线圈不动，从两接线点AB 看进去，其相当于一个电阻L R ，R = 1 ~ 10KΩ L ，如线圈振
动，则AB 两点看进去相当于一电阻串一电压源。检查时，可用万用表电阻档测内阻值1 R ，也
可用电压档，检查AB 两点在敲击支架时的电压变化。
3、 光电传感器简介
光电传感器的外形如图3.4 所示， LED1 为红外发光二极管，与400Ω电阻串接在0V 与12V
之间不断地发射红外光。3DU 是红外接收三极管，当LED1 发光射到转子亮处，反射光打到DU 时，3DU 有电流导通，在2 R 产生电压降， A b V 〉V ，则f V 为高电平。如LED1 发光射到转
子暗处，反射光极弱，3DU 电流小，在2 R 上电压降小， A b V 〈V ，则f V 为低电平。上述转子的
亮暗处，由贴光标来实现，转子亮则贴黑标记，暗则贴光亮标记，LED2 为发光二极管， f V 高
时亮绿）， f V 低时不亮。RW 是亮暗反差调节器，如转子为黑贴亮标记，这时对好传感器后，对着黑的部分，调节RW，也可以用调光电头与转子的间距来实现。总之最后转一周LED2 只允许
亮一次，否则要调节。

图 3.4 光电传感器外形图及测量电路
4、 滤波器简介
滤波器是用来滤除噪声干扰信号，放大振动信号的仪器。分布在飞轮下方基座上的两个加速
度传感器，分别感应出V1、V2 两路振动信号。此信号中还混有大量的干扰噪声信号，包括轴承
振动，基础振动，电磁辐射，随机振动等。为此，先对两路信号进行低通滤波，即通过双二阶跟
踪滤波器，滤除信号中的高频噪声，信号滤波后，幅度降低，再通过程控放大器1、2 做进一步
放大；而后再通过恒带宽跟踪滤波器进行二次滤波，再通过程控放大器3、4 做进一步放大，至
此信号才是放大了的V1、V2 的振动信号。
四、 实验内容方法及步骤
（一） 动平衡测试仪的标定内容及步骤
由实验原理知，测量不平衡量1 M 、2 M 是通过测量电机飞轮上的振动V1、V2 实现的，故标
定就是确定1 M 、2 M 与V1、V2 之间的关系。
步骤：
1、开机预热5 分钟，
2、在转子0 度位置上左加重（小螺栓用砝码称出重量一般为3 克左右），启动电机，
3、 测速（到预定测量速度），复位（待显示符号后，稍候5 秒种），
4、 重新测速，待稳定后，按“H1”（显示H1 后，停机，取下加重，）
5、 在转子0 度位置上右加重（3 克左右），启动电机，
6、 测速（到预定测量速度），复位（待显示符号后，稍候5 秒种），
7、 重新测速，待稳定后，按“H2”（显示H2 后，停机，取下加重），
8、 启动电机，
9、 在测速（到预定测量速度），复位（待显示符号后，稍候5 秒种），
10、 重新测速，待稳定后，按“H0”（显示H0 后，停机），
11、 按“输入”，“ML”（左加重数），“MR”（右加重数），“Ф0（0）”，“N”（转子号：1—98）
随意选取，再按“标定”，显示（ 11 A 、12 A 、21 A 、22 A ），标定完成。
（二） 实验内容及步骤
输入：标定结束后，若未关机，则直接进入测量步骤；若关机，则开机后先输入N 该转子的
编号（N=0—98,99 用于自校），再进入测量步骤。

步骤：
12、按“测量”键，显示数值分别为左右飞轮上各需加载的重量和相角。用天平称出相同重
量的橡皮泥，贴在飞轮上相应的相位处。进行配重。
13、启动电机，测速，复位再测量，又显示结果，用天平称出相同重量的橡皮泥，贴在飞轮
上相应的相位处。重复12-13 步骤1-4 次，进行配重。直至合格。（不平衡质量m〈0.2g ），填写
表3.1。
14、用测振表测出最后一次配重后左右飞轮的垂直与水平方向的振动量。
15、 再一次次撤掉每次左右配重量，分别测出每次电机的振动量的大小。填写表3.2，同时
观察每次配重时，滤波器一、二级滤波的输出波形情况并画图。
表3.1 电机的不平衡量与加重平衡量

图3.5 两次加重平衡后的滤波器上几点的波形

五、 思考题
1、 试用实验数据说明振动与不平衡的关系。
2、 说明滤波器的作用。
3、 实验过程中，如果橡皮泥被甩掉在不停机的情况下，如何可知？
4、 举出日常生活中所遇到的旋转物体由于不平衡而产生振动的例子，并试用本仪器进行动
平衡测试（画出示意图）。
5、 画出1、2、3、4、5、6、六点波形图。
六、考核方式
课堂表现10%，实际操作30%，实验报告60%。