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用于測量電動機器的定子芯的方法和測量裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610432230.4

申請日:

2016.06.17

公開號:

CN106257297A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01R 31/34申請日:20160617|||公開
IPC分類號: G01R31/34 主分類號: G01R31/34
申請人: 通用電器技術有限公司
發明人: M.霍貝爾斯伯格
地址: 瑞士巴登
優先權: 2015.06.19 EP 15172883.9
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 嚴志軍;傅永霄
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610432230.4

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.05.18|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及用于測量電動機器的定子芯的方法和測量裝置。本發明涉及用于在維護中測量電動機器,具體而言大型發電機的層疊定子芯的方法。公開了用于測量電動機器的定子芯的方法,其具有以下步驟:圍繞定子芯纏繞至少一個激勵線圈、將不連續的電壓施加于激勵線圈以磁性地激勵定子芯、和測量被磁性地激勵的定子芯的參量。還公開了對應的測量裝置。

權利要求書

1.一種用于測量電動機器的定子芯(4)的方法,具有以下步驟:圍繞所述定子芯(4)纏
繞至少一個激勵線圈(40)、將不連續的電壓施加于所述激勵線圈(40)以磁性地激勵所述定
子芯(4)、和測量被磁性地激勵的定子芯(4)的參量。
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,激勵電壓的波形為矩形、脈沖串、三角形、
或正弦曲線的。
3.根據權利要求2所述的方法,其特征在于,所述激勵電壓具有脈沖,所述脈沖具有2ms
和5ms之間的持續時間,所述脈沖具有每秒50個脈沖和100個脈沖之間的速率。
4.根據權利要求3所述的方法,其特征在于,產生該不連續的激勵電壓的激勵裝置(12)
提供具有50Hz或60Hz的頻率的電壓。
5.根據權利要求4所述的方法,其特征在于,所述激勵裝置(12)提供所述不連續的激勵
電壓,以生成所述定子芯(4)的近似1.5特斯拉的磁通量密度B。
6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述激勵裝置(12)包括至少一個電容器
(30),以通過放電來提供所述不連續的激勵電壓。
7.根據權利要求6所述的方法,其特征在于,所述至少一個電容器(30)由聯接在一起的
兩個功率供應源(25)供給。
8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,用于測量所述被磁性地激勵的定子芯(4)
的所述參量的檢測裝置(14)為聲學裝置,所述聲學裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯
(4)的振動,且基于測量結果來確定所述定子芯(4)的穩定性。
9.根據權利要求8所述的方法,其特征在于,所述聲學裝置包括至少一個傳聲器。
10.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,所述檢測裝置(14)為光學裝置,所述光學
裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯(4)處的溫度差,且基于測量結果來確定層間疊片
短接。

說明書

用于測量電動機器的定子芯的方法和測量裝置

技術領域

本發明涉及用于測量電動機器(具體而言維護中的大型發電機)的層疊定子芯的
方法。本發明具體而言涉及改善裝置和方法,在該裝置和方法中,層疊定子芯經歷從外部施
加的場電流。通常,在測量期間移除電動機器的轉子。

背景技術

對大型發電機和馬達常規地檢查疊片短接和靜止時的穩定性。多種方法可用于該
目的。

確定疊片短接的方法中的一個包括:借助于處于電源頻率的輔助線圈來磁化整個
層疊主體,和測量定子開孔內表面上的雜散場。磁化被執行到相對低的磁感應值,通常到正
常操作感應的大約10%。該測量方法也稱為“低感應疊片短接測量”或“ELCID”(電磁芯缺陷
檢測器)。

作為示例,US 4996486描述了此類型的一個方法。現有技術因此用于借助于輔助
線圈和在電源頻率下施加于其的正弦輔助電壓將該層疊定子芯磁化至操作感應的大約十
分之一。該輔助電壓通常直接來源于電源電壓。然后使電氣記錄線圈遠離定子開孔的表面
移動,其中該記錄線圈位于層疊芯的表面附近。

因層疊芯中的層間短路而流動的電流現在在記錄線圈中感應具有特征相位角和
振幅大小的電壓。該特征相位角和振幅使得可能區分存在疊片短接電流的點和不存在疊片
短接電流的點。因此,可能借助于該雜散場記錄線圈來對疊片短接進行定位,且估計短路電
流的大小。

本發明提供確定疊片短接和定子芯的穩定性的備選解決方法。

發明內容

本發明涉及根據獨立權利要求的測量裝置和測量方法。

在從屬權利要求中描述本發明的更多優選實施例。

技術方案1:一種用于測量電動機器的定子芯4的方法,具有以下步驟:圍繞所述定
子芯4纏繞至少一個激勵線圈40、將不連續的電壓施加于所述激勵線圈40以磁性地激勵所
述定子芯4、和測量被磁性地激勵的定子芯4的參量。

技術方案2:根據權利要求1所述的方法,其特征在于,激勵電壓的波形為矩形、脈
沖串、三角形、或正弦曲線的。

技術方案3:根據權利要求2所述的方法,其特征在于,所述激勵電壓具有脈沖,所
述脈沖具有2ms和5ms之間的持續時間,所述脈沖具有每秒50個脈沖和100個脈沖之間的速
率。

技術方案4:根據權利要求3所述的方法,其特征在于,產生該不連續的激勵電壓的
激勵裝置12提供具有50Hz或60Hz的頻率的電壓。

技術方案5:根據權利要求4所述的方法,其特征在于,所述激勵裝置12提供所述不
連續的激勵電壓,以生成所述定子芯4的近似1.5特斯拉的磁通量密度B。

技術方案6:根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述激勵裝置12包括至少一
個電容器30,以通過放電來提供所述不連續的激勵電壓。

技術方案7:根據權利要求6所述的方法,其特征在于,所述至少一個電容器30由聯
接在一起的兩個功率供應源25供給。

技術方案8:根據權利要求7所述的方法,其特征在于,用于測量所述被磁性地激勵
的定子芯4的所述參量的檢測裝置14為聲學裝置,所述聲學裝置測量由磁性激勵引起的所
述定子芯4的振動,且基于測量結果來確定所述定子芯4的穩定性。

技術方案9:根據權利要求8所述的方法,其特征在于,所述聲學裝置包括至少一個
傳聲器。

技術方案10:根據權利要求7所述的方法,其特征在于,所述檢測裝置14為光學裝
置,所述光學裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯4處的溫度差,且基于測量結果來確定
層間疊片短接。

技術方案11:根據權利要求10所述的方法,其特征在于,所述激勵電壓具有脈沖,
所述脈沖具有5ms和20ms之間的持續時間。

技術方案12:根據權利要求10所述的方法,其特征在于,所述激勵電壓具有脈沖,
所述脈沖具有2ms和10ms之間的持續時間。

技術方案13:一種用于測量電動機器的層疊定子芯4的測量裝置1,包括激勵裝置
12和計算單元70,所述激勵裝置12用于磁性地激勵所述定子芯4,所述定子芯4包括圍繞所
述定子芯4纏繞的至少一個激勵線圈40,所述激勵裝置12設計成產生能夠施加于所述激勵
線圈40的不連續電壓,以磁性地激勵所述定子芯4,所述計算單元70基于檢測裝置14的測量
結果確定所述定子芯4的特性。

技術方案14:根據權利要求13所述的測量裝置1,其特征在于,所述檢測裝置14包
括聲學裝置,所述聲學裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯4的振動,且所述計算單元70
確定所述定子芯4的穩定性。

技術方案15:根據權利要求13所述的測量裝置1,其特征在于,所述檢測裝置14包
括光學裝置,所述光學裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯4處的溫度差,且所述計算單
元70確定所述定子芯4的層疊短接。

技術方案16:根據權利要求13所述的測量裝置1,其特征在于,第一檢測裝置14包
括聲學裝置,所述聲學裝置測量由磁性激勵引起的所述定子芯4的振動,且所述計算單元70
確定所述定子芯4的穩定性,且第二檢測裝置14'包括光學裝置,所述光學裝置測量由所述
磁性激勵引起的所述定子芯4處的溫度差,且所述計算單元70確定所述定子芯4的層疊短
接。

附圖說明

將參考示范實施例且結合附圖在以下文本中更詳細地解釋本發明,在附圖中:

圖1示出激勵裝置的示例的示意電路圖,該激勵裝置具有一個功率供應源、并聯地操作
的電阻器和電容器,以經由電路將能量供應至激勵線圈,該電路包括具有控制器和濾波器
的IGFET;

圖2示出與圖1類似的激勵裝置的示例的示意電路圖,該激勵裝置具有經由二極管連接
的兩個功率供應源;

圖3示出由激勵裝置作為具有矩形形狀的不連續電壓對定子芯提供的定子芯的激勵的
一個示例的信號圖,具有標繪在水平軸線處的時間和標繪在豎直軸線處的電壓;

圖4示出由激勵裝置作為具有脈沖串(burst)形狀的不連續電壓對定子芯提供的定子
芯的激勵的另一示例的信號圖,具有標繪在水平軸線處的時間和標繪在豎直軸線處的電
壓;

圖5示出由激勵裝置作為具有正弦曲線形狀的不連續電壓對定子芯提供的定子芯的激
勵的另一示例的信號圖,具有標繪在水平軸線處的時間和標繪在豎直軸線處的電壓;

圖6示出待利用示意激勵線圈測量的定子芯的示意俯視圖,該激勵線圈被圍繞該定子
芯纏繞,以對定子芯提供激勵電壓以用于定子芯的磁性激勵;

圖7示出具有激勵裝置的測量裝置和檢測裝置的示意透視圖,該激勵裝置經由功率變
換器連接至激勵繞組,該激勵繞組被圍繞定子芯纏繞,該檢測裝置設計為照相機,以光學地
檢測定子芯附近的溫度差;

圖8示出具有激勵裝置的測量裝置和檢測裝置的示意透視圖,該激勵裝置經由轉換器
連接至激勵繞組,該激勵繞組被圍繞定子芯纏繞,該檢測裝置設計為兩個傳聲器,以聲學地
檢測定子芯附近的振動。

部件列表

1 測量裝置

2 定子軸線

4 定子芯

7 凹口

10 激勵繞組

12 激勵裝置

14, 14' 檢測裝置

25, 25' 功率供應源

27, 27' 二極管

30 電容器

40 激勵線圈

50, 50' 控制器

55, 55' IGFET

60 濾波器

70 計算單元。

具體實施方式

圖1示出作為根據本發明示例的測量裝置1的部分的激勵裝置12的示例的示意電
路圖。在圖1的左邊,提供功率供應源25,其提供對激勵線圈40充電所需的電功率。可通過公
共網絡來對功率供應源25進行供給。充電電壓在50V和1000V之間。在功率供應源25處調節
充電電壓,以達到標稱層間電壓的通常50%-100%。功率供應源的最大持恒功率通常為50kw。
功率供應源25如圖所示經由電阻器27和電容器30而電連接至功率供應源25與激勵線圈40
之間的電路。通過功率供應源25對具有高容量的電容器30充電,且經由濾波器60使其放電
以用特殊的方式對激勵線圈40充電。電容器30的典型值為1mF,激勵線圈40的典型值為1mH。
濾波器60通常為在電流上升期間飽和的感應率。在電容器30的充電期間,功率供應源25作
為限制電流輸出的電流源操作,在電容器30的放電期間,功率供應源25作為電壓源操作。在
根據圖1的示例中,電容器30與包含四個IGFET 55的電路并聯地連接,其中通過控制器50、
50'來操縱IGFET 55中的各兩個。用于激勵線圈40的電壓從包含IGFET 55和分配的控制器
50、50'的電路抽出。可通過這些方式來適當地控制激勵線圈40處的電壓。

圖2示出與圖1類似的作為測量裝置1的部分的激勵裝置12的示例的示意電路圖。
在此,右邊的電路的主要部分與圖1的電路相同。然而,通過兩個功率供應源25、25'而非一
個來對電容器30進行供給。兩個功率供應源25、25'經由二極管27、27'并聯地連接至電容器
30。功率輸出與圖1的示例相比增強,因為第二功率供應源25'對電容器30增加額外的功率。
在根據圖2的該示例中,最大脈沖頻率與圖1的示例相比加倍。可想到對激勵裝置12添加更
多功率供應源25、25'的布置。

圖3示出定子芯4的激勵的一個示例的信號圖。時間標繪在水平軸線處,且電壓V標
繪在豎直軸線處。示出的信號為電壓,該電壓由激勵裝置12生成以如上所述地對激勵線圈
40進行激勵。功率供應源25、25'對電容器30充電,通過控制器50、50'以受控的方式使電容
器30放電,控制器50、50'切換激勵裝置12的IGFET 55。示出的激勵電壓被施加于激勵線圈
40。如可在圖3中所見的,電壓信號是不連續的,施加的電壓的時間t與電壓為零的時間t不
同。在此,在時間tON期間,施加激勵電壓,該激勵電壓由兩個相反的矩形脈沖構成,一個正脈
沖后面跟著一個負脈沖。典型的脈沖時間為2ms- 5ms,其中每秒50- 100個脈沖。在時間tOFF
期間,控制器50、50'切換IGFET以不對激勵裝置12施加電壓。時間tON不等于時間tOFF。以描述
的方式控制激勵裝置12確保來自供給網絡的低有功功率和低無功功率,同時保證對定子芯
4進行激勵的高電壓。在示出的信號中,其等于tON<tOFF。

圖4示出由上述激勵裝置2提供的定子芯4的激勵的另一示例的信號圖。時間t標繪
在水平軸線處,且電壓V標繪在豎直軸線處。在該示例中,電壓信號同樣是不連續的。施加至
激勵線圈40的電壓的信號形狀為如圖4所示的脈沖串形狀。首先,陡峭的接近豎直的邊緣被
應用至最大功率峰值,其在達到峰值之后立刻以陡峭曲線的形式衰減至零電壓。具有以電
壓脈沖串為特征的不等于零的電壓的時間t稱為tON。典型的脈沖時間為2ms- 5ms,其中每秒
50- 100個脈沖。在時間tOFF期間,控制器50、50'切換IGFET以不對激勵裝置12施加電壓。時
間tON不等于時間tOFF。在示出的信號中,其等于tON<tOFF。

圖5示出由激勵裝置12提供的定子芯4的激勵的另一示例的信號圖,具有標繪在水
平軸線處的時間t和標繪在豎直軸線處的電壓V。在此示例中,再次通過不連續的電壓來激
勵定子芯4,該不連續的電壓在此具有正弦曲線形狀。具有以正弦曲線電壓為特征的不等于
零的電壓的時間t稱為tON。典型的脈沖時間為2ms- 5ms,其中每秒50- 100個脈沖。在時間
tOFF期間,控制器50、50'切換IGFET以不對激勵裝置12施加電壓。在時間tON處施加具有三個
循環的正弦曲線電壓,在最后的循環結束之后,激勵電壓被設定為零。在示出的信號中,其
等于tON<tOFF。

圖6示出電動機器的定子芯4的示意俯視圖。定子芯4內側的轉子被移除,這通常在
測量模式中進行。以示意的方式示出圍繞定子芯4的激勵線圈40的繞組,其為在圖1和圖2下
描述的激勵線圈40。在此示例中,激勵線圈40被分成四個連接的部分。如上所述,激勵電壓u
(t)被施加于激勵線圈40。根據電磁理論,激勵線圈40中的電流流動i(t)沿由箭頭指示的方
向在定子芯4中感應磁通量密度B。通過具有不連續電壓的所有的三個示范信號曲線來減少
定子芯4的電暴露。能夠通過不同方法檢測定子芯4中的磁通量密度B,在下面作為本發明的
兩個不同實施例來描述這些不同方法中的兩個。

圖7示出本發明的第一實施例。示出測量裝置1的示意透視圖,測量裝置1包括激勵
裝置12,激勵裝置12經由功率變換器13連接至激勵繞組10、10a、10b,激勵繞組10、10a、10b
圍繞定子芯4纏繞,從而構成激勵線圈40。通過部分切開的面和軸線2在透視圖中例示定子
芯4。例如,定子芯4具有53t的重量和5m的長度。在內側處,定子芯4通常具有凹口7,以容納
定子條(未示出)。在此示例中,激勵線圈40具有圍繞定子芯4纏繞的十個線匝,僅示出兩個
線匝。通過激勵裝置12切換激勵電壓,且因此使定子芯4磁化導致定子芯4表面處的溫度升
高。為了測量溫度,且尤其是溫度差,接近定子芯4提供光學檢測裝置14。在此實施例中,待
測量的參量是溫度。在此第一實施例中,光學檢測裝置14為紅外線(IR)照相機。IR照相機適
合用于以高靈敏度測量定子芯4處的溫度。由操作者沿定子芯4的表面移動光學檢測裝置
14,且記錄溫度數據。將溫度數據與儲存的數據比較,使得可確定收集的數據與儲存的數據
之間的偏差。檢測裝置14包括計算單元70和為此的電子存儲器。當利用磁性激勵在定子芯4
處測得的溫度取特別高的值時,可推斷,在對應的地點處存在層間短接。具體而言,當特定
測量地點之間的大溫度差發生時,計算單元70在溫度更高的地點處識別出層間短接。層間
短接為構造定子芯4的分開的層疊片的絕緣體之間的電短接,其削弱電動機器的功率效率
且降低操作安全性。這些地點處的溫度升高主要是由在彼處流動的非期望的渦電流引起
的。發現這些地點處的溫度升高相對于被帶到該地點中的平均功率具有線性關系。

圖8示出具有與第一實施例的不同的檢測裝置14的本發明的第二實施例的示意透
視圖。在此實施例中,激勵裝置12與第一實施例中相同地設計。然而,在此一個典型的持恒
功率為15kW。激勵裝置12經由轉換器13連接至激勵繞組10。如在第一實施例中那樣,形成激
勵線圈40的激勵繞組10被類似地圍繞定子芯4纏繞。在此,繞組10圍繞定子芯4以兩個線匝
的形式布置。由此,檢測裝置14被設計為兩個傳聲器:布置在左邊的第一傳聲器或檢測裝置
14和在定子芯4右邊的第二傳聲器或檢測裝置14'。檢測裝置14、14'還可被設計為振動傳感
器。在如上所述地利用不連續電壓使定子芯4磁化之后,傳聲器適合用于聲學地檢測由對定
子芯4的功率施加而引起的小的振動。為此,傳聲器布置成靠近定子芯4且具有高靈敏度。一
般來說,該檢測方式基于以下事實:可變的磁性激勵由于磁致伸縮力而在整個定子芯4中產
生振動。通過檢測裝置14、14'檢測定子芯4的這些振動。沿定子芯4引導檢測裝置14、14',且
在不同地點處獲得測量結果。檢測裝置14、14'包括計算單元70和電子存儲器。在檢測到的
振動的特別高的值的情形中,可推論出,定子芯4的參量在特定的地點處分歧。具體而言,該
參量因此為定子芯4的穩定性。

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用于 測量 電動 機器 定子 方法 裝置
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