電機動平衡綜合測試實驗
一、 實驗目的
1、 了解動平衡測試原理及電機動平衡測試系統的組成，構建方法及各環節的功能作用。
2、 通過示波器和測振表觀察電機振動與不平衡量之間的關系，從感性上加深理解旋轉
機械由于偏心而引起的振動及危害情況。
3、 實際動手測試電機的動平衡，掌握測振、配重、減振直至動平衡的整個過程；了解
傳感器測振、濾波器濾除干擾的情況和必要性。
4、 學會使用動平衡儀、示波器、測振表。
二、 實驗原理
如圖3.1 所示，當電機旋轉時，飛輪也隨之轉動。由于制造及安裝誤差，飛輪的質量分
布對于電機軸線總是不對稱的，即存在一個等效的偏心質量，左右飛輪分別為M1、M2，
M1、M2 將產生一個與速度成二次方的離心力，從而引起電機作正弦振動，左右飛輪正弦振
動分別為V1、V2，M1、M2 與V1、V2 有如下關系：

上式六方程聯立求解，即可知1 M 、2 M 、11 A 、12 A 、21 A 、22 A 。其中確定11 A 、12 A 、
21 A 、22 A 的過程稱之為系統標定；完成標定后，通過測量V1、V2 而計算1 M 、2 M 的過程

就是轉子動平衡測試過程。其中測量振動V1、V2 是關鍵。
三、實驗儀器：動平衡儀、示波器、濾波器、磁電式速度計（壓電式加速度計）、光電傳感器、
天平和砝碼、橡皮泥、測振表。
1、 動平衡測試儀器簡介：
1） 動平衡測試機理
在轉子上貼一標記（黑軸貼亮標，亮軸貼黑標）。光電傳感器對準標記，則轉子每轉一圈，
產生一個電脈沖。光電傳感器產生的脈沖信號f0 經鎖向倍頻器產生128 f0，倍頻信號用于控制兩
路雙二階跟蹤濾波器，64f0 倍頻信號用于控制兩路恒帶寬跟蹤濾波器，并控制采樣和用于測速技
術。支撐Ⅰ、Ⅱ上的振動V1、V2 經速度傳感器（加速度計）變為正弦交變信號，振蕩頻率和轉
子轉動頻率相同。速度傳感器產生的電信號中除含有上述不平衡產生的正弦交變信號外，還存在
由軸承振動、基礎振動和電磁輻射等因素產生的大量噪聲干擾。為此在對信號采樣之前需對信號
進行濾波和放大。兩路振動信號進入儀器，首先經過雙二階跟蹤濾波器，濾除信號中的高頻噪聲；
信號經濾波后幅度降低，再通過程控放大器1、2 進行放大；而后再通過恒帶寬跟蹤濾波器進行
進一步濾波；再經過程控放大器3、4 進行進一步放大。微機控制多路電子開關和A/D，對兩路
信號進行采樣，采用后計算V1、V2 的幅值和相角，根據狀態控制和鍵盤命令進行各種計算，并
在十六字顯示器上顯示結果。
2）儀器面板介紹
儀器面板布置如圖3.2 所示，有如下六個部分。
（1） 操作鍵盤：操作鍵盤上共有24 個鍵。一個復位鍵，八個功能鍵、四個參數鍵和十一個
數字鍵。
（2） 十六個字數碼管和上方框格中兩排發光二極管：十六字數碼管分四組，配合兩排發光

（3） 標定過程中的左加重L M （ 1 H ），右加重R M （ 2 H ）、無加重（ 0 H ）的三個圖形，用
以提示標定的三個主要步驟。某一種步驟（ 1 H 、2 H 、0 H ）測量完成時，相應圖形下指示燈亮。
（4） 控制琴鍵開關組：“常態/補償鍵”，按下時可以對轉子半鍵、聯軸節不平衡進行補償，
按出時為常態無補償測量。（注：使用補償前應進行補償值測試）。“測量/標定”琴鍵，此鍵為存
儲記憶開關，進行參數存儲和標定時要按下，否則立即彈出。“去重/加重”琴鍵，此鍵按下時顯
示加重角度，彈出顯示去重角度。“精測/快測”琴鍵，按下時采樣時間短，精度稍低，但出數快，
彈出時采樣時間長，精度高，一般不平衡容易測時用“快測”，難測時用“精測”，“標定”時一
定用“精測”。
（5） 電源開關：按下時電源指示燈亮，電源接通；彈出時電源指示燈熄滅，電源關斷。
（6） 穩速指示燈和狀態指示燈：轉子穩速轉動且光電傳感器一周產生一個脈沖時，穩速指
示燈穩定發光，否則閃動，狀態指示燈熄滅時指示c、d 兩點信號太小，變黃時指示c、d 兩點信
號太大發生了飽和削波，變綠色時指示c、d 兩點正常。
儀器后面板有四個插座和一個琴鍵。其中一個是電源插座，要求220V 交流電源，一個是光
電傳感器插座，兩個振動傳感器插座，琴鍵為自校信號切換開關，按下時儀器與三個傳感器信號
線斷開并轉接內部50HZ 自校信號。
2、 磁電式速度計簡介
動平衡機中絕大多數的測振傳感器是圖3.3 所示磁電式速度傳感器。其主要由磁缸、連桿、
彈簧和線圈組成，在平衡機上磁缸與基座連接不動，連桿與轉子支撐體連接，隨轉子支撐點同做
水平振動，即線圈相對磁缸有相對運動，切割磁力線，產生感應電信號。
如線圈不動，從兩接線點AB 看進去，其相當于一個電阻L R ，R = 1 ~ 10KΩ L ，如線圈振
動，則AB 兩點看進去相當于一電阻串一電壓源。檢查時，可用萬用表電阻檔測內阻值1 R ，也
可用電壓檔，檢查AB 兩點在敲擊支架時的電壓變化。
3、 光電傳感器簡介
光電傳感器的外形如圖3.4 所示， LED1 為紅外發光二極管，與400Ω電阻串接在0V 與12V
之間不斷地發射紅外光。3DU 是紅外接收三極管，當LED1 發光射到轉子亮處，反射光打到DU 時，3DU 有電流導通，在2 R 產生電壓降， A b V ?V ，則f V 為高電平。如LED1 發光射到轉
子暗處，反射光極弱，3DU 電流小，在2 R 上電壓降小， A b V ?V ，則f V 為低電平。上述轉子的
亮暗處，由貼光標來實現，轉子亮則貼黑標記，暗則貼光亮標記，LED2 為發光二極管， f V 高
時亮綠）， f V 低時不亮。RW 是亮暗反差調節器，如轉子為黑貼亮標記，這時對好傳感器后，對著黑的部分，調節RW，也可以用調光電頭與轉子的間距來實現。總之最后轉一周LED2 只允許
亮一次，否則要調節。

圖 3.4 光電傳感器外形圖及測量電路
4、 濾波器簡介
濾波器是用來濾除噪聲干擾信號，放大振動信號的儀器。分布在飛輪下方基座上的兩個加速
度傳感器，分別感應出V1、V2 兩路振動信號。此信號中還混有大量的干擾噪聲信號，包括軸承
振動，基礎振動，電磁輻射，隨機振動等。為此，先對兩路信號進行低通濾波，即通過雙二階跟
蹤濾波器，濾除信號中的高頻噪聲，信號濾波后，幅度降低，再通過程控放大器1、2 做進一步
放大；而后再通過恒帶寬跟蹤濾波器進行二次濾波，再通過程控放大器3、4 做進一步放大，至
此信號才是放大了的V1、V2 的振動信號。
四、 實驗內容方法及步驟
（一） 動平衡測試儀的標定內容及步驟
由實驗原理知，測量不平衡量1 M 、2 M 是通過測量電機飛輪上的振動V1、V2 實現的，故標
定就是確定1 M 、2 M 與V1、V2 之間的關系。
步驟：
1、開機預熱5 分鐘，
2、在轉子0 度位置上左加重（小螺栓用砝碼稱出重量一般為3 克左右），啟動電機，
3、 測速（到預定測量速度），復位（待顯示符號后，稍候5 秒種），
4、 重新測速，待穩定后，按“H1”（顯示H1 后，停機，取下加重，）
5、 在轉子0 度位置上右加重（3 克左右），啟動電機，
6、 測速（到預定測量速度），復位（待顯示符號后，稍候5 秒種），
7、 重新測速，待穩定后，按“H2”（顯示H2 后，停機，取下加重），
8、 啟動電機，
9、 在測速（到預定測量速度），復位（待顯示符號后，稍候5 秒種），
10、 重新測速，待穩定后，按“H0”（顯示H0 后，停機），
11、 按“輸入”，“ML”（左加重數），“MR”（右加重數），“Ф0（0）”，“N”（轉子號：1—98）
隨意選取，再按“標定”，顯示（ 11 A 、12 A 、21 A 、22 A ），標定完成。
（二） 實驗內容及步驟
輸入：標定結束后，若未關機，則直接進入測量步驟；若關機，則開機后先輸入N 該轉子的
編號（N=0—98,99 用于自校），再進入測量步驟。

步驟：
12、按“測量”鍵，顯示數值分別為左右飛輪上各需加載的重量和相角。用天平稱出相同重
量的橡皮泥，貼在飛輪上相應的相位處。進行配重。
13、啟動電機，測速，復位再測量，又顯示結果，用天平稱出相同重量的橡皮泥，貼在飛輪
上相應的相位處。重復12-13 步驟1-4 次，進行配重。直至合格。（不平衡質量m?0.2g ），填寫
表3.1。
14、用測振表測出最后一次配重后左右飛輪的垂直與水平方向的振動量。
15、 再一次次撤掉每次左右配重量，分別測出每次電機的振動量的大小。填寫表3.2，同時
觀察每次配重時，濾波器一、二級濾波的輸出波形情況并畫圖。
表3.1 電機的不平衡量與加重平衡量

圖3.5 兩次加重平衡后的濾波器上幾點的波形