案例应用 | 电机转子动平衡分析

作为动力结构，电机的使用广泛。基于电磁感应实现电能转换的发电原理，电机转子绕组在定子通电产生的旋转磁场驱动下产生电磁转矩从而转动。

按照转子的旋转方式，我们将电机转子分为内转子和外转子。内转子转动是指以电机中间的芯体为旋转体，输出扭矩(指电动机)或者收入能量(指发电机)。外转子转动则是以电机外体作为旋转体。

因为电机内部存在旋转体，则必然存在因为现实加工因素所导致的轴偏心情况，偏心的情况会导致不平衡现象的出现，电机转子中明显的不平衡偏差会导致振动以及噪音，影响电机性能表现。

没有经过平衡校正前的不平衡量为转子的原始不平衡量。日常提及的对转子进行降平衡、动平衡校正，即是对转子原始不平衡量进行处理，降低对机械设备的影响，使转子的不平衡量降低到许用的范围内。

转子或扇叶的平衡包括不平衡量测量计算以及平衡校正两个步骤，在计算转子或扇叶的许用不平衡量时，需要知道转子的重量、半径、平衡转速、平衡等级精度等数据。

平衡精度是指对旋转体进行平衡后，许用存在不平衡量的大小，即转子单位质量内存在的不平衡量。根据不同旋转体的产品特点以及应用范围，考虑到动平衡设备的精度限制以及转子自身材质的现实因素，将转子不平衡量降到零是不现实的，由此引发平衡精度的概念，不同应用类别的转子有不同的平衡精度等级（G）。

根据各旋转体应用场景以及场景使用要求，为方便旋转体平衡测试，国际标准化组织（ISO）于1940年制定了ISO1940平衡等级。

如上表所示，生活中常见的旋转体被详细分类出应达到的平衡精度等级，每个级别间以2.5倍为增量，精度要求最高从G0.4到要求最低的G4000，单位为g.mm/kg，代表不平衡对于转子轴心的偏心距离。需要注意的是，根据国际标准ISO1940-1973（E）刚性旋转体的平衡精度中规定，平衡精度为G0.4的精密转子，必须使用现场平衡，否则平衡无意义。

根据ISO1940平衡等级，电机转子的平衡精度要求为G6.3，确定转子平衡精度G值后，结合电机转子实际质量、转速、校正半径，即可计算出转子的许用不平衡量。

许用不平衡量的计算公式为：

式中各字母意义如下：

Uper为许用不平衡量，单位是g

M代表转子的自身重量，单位是kg

G代表转子的平衡精度，单位是mm/s

r代表转子的校正半径，单位是mm

n代表转子的转速，单位是rpm

将上述公式应用以及相关信息应用到具体的电机转子许用不平衡量计算上，如我们需要计算一个重量为0.2kg，转速为1000rpm，校正半径20mm的电机转子的许用不平衡量，根据ISO1940平衡等级可知电机转子的平衡精度要求为G6.3级。则该转子的许用不平衡量为

根据不同转子轴偏心的情况，计算转子的许用不平衡量还需要考虑转子校正平面数量。因为转子平衡有动平衡以及静平衡之分，如果转子仅存在一个校正面，校正后保证转子在静态时处于许用不平衡范围，则选用静平衡，即单面平衡；如果转子存在两个校正面并且需要保证转子在动态时处于许用不平衡量范围，则需要进行动平衡校正，也成为双面平衡。

在此案例中，电机转子一般需要进行双面平衡，根据上文计算结果，实际分配到转子每一面的许用不平衡量为0.3g，而不是直接计算结果的0.6g。

因为转子平衡测量的精确性要求，在生产工作中一般需要用到专业的平衡测量校正设备---平衡机，借助平衡机对电机转子进行不平衡量测试会更加简洁明了。各种不同类型的扇叶或转子，都可以选择对应型号的平衡机，在平衡机内进行规格设定，输入扇叶的重量、平衡转速、工作转速、平衡等级精度等即可清晰明了不平衡量以及不平衡位置，帮助检测转子的不平衡状况，提升产品品质。