用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子的凸極上的短路線匝的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的方法，該方法包括：對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量，并且測量定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
【專利說明】用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子的凸極上的短路線匝的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在轉(zhuǎn)子磁極是凸極的情況下用來檢測旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子磁極的電繞組中的短路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電氣機器(例如水輪發(fā)電機)上，轉(zhuǎn)子磁極是凸極，電繞組由圍繞磁極的絕緣銅帶組成，以使得每個銅線匝與相鄰的銅線匝絕緣并與轉(zhuǎn)子磁極絕緣。
[0003]在多年運行之后，絕緣老化將發(fā)生并會在某些線匝中引起短路，這是使機器的性能下降的條件。
[0004]為檢測這種短路線匝，已知有兩種主要方法:
[0005]第一種方法在行業(yè)中被稱為“磁極掉落(Pole Drop)”測試，并且在機器停機時實施。機器被打開，并且測量在每個磁極上的AC電壓。通過在磁極上比平均值小的電壓檢測出短路線匝。該方法的最大缺點是該機器必須被停止，測試可能需要進行很長時間段，在機器旋轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)的短路可能在沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)時不會檢測到，這是因為這些短路是由于離心力所引起，而離心力在停止的機器上不會起作用。
[0006]第二種方法被稱作“通量監(jiān)測”。扁平線圈被粘合到定子并且測量由每個旋轉(zhuǎn)磁極在氣隙中發(fā)出的徑向磁通量。線圈中產(chǎn)生的電壓與由每個磁極發(fā)出的徑向通量成比例，從而如果磁極中存在短路線匝，則在給定的負載下，認為該磁極中的通量分布中的異常變化與其他磁極相比變得明顯。
[0007]該方法的優(yōu)點是作為不需要停止和打開機器的在線工具。但是，盡管該方法對于隱極圓柱形轉(zhuǎn)子可成功地用了很多年，但是僅僅最近才被用于凸極電機，并且存在沒有被這種方法檢測出的短路線匝仍然由磁極掉落測試發(fā)現(xiàn)的情況。
[0008]這種通路監(jiān)測方法對于凸極轉(zhuǎn)子磁極好像不如對隱極轉(zhuǎn)子磁極那么令人滿意的原因還不明確，最常見的是凸極的“通量圖案的解釋” “不明顯”(S.R.Campbell等-Waterpower XIV-HCI Publications, 2005),可能由于凸極機器使在一個磁極上它們的所有線匝重疊，而不是像在隱極電機中那樣沿著磁極分布。這造成相鄰線匝產(chǎn)生的通量圖案的始終重疊在缺陷磁極的通量圖案上，從而該缺陷磁極的特征難以區(qū)別于相鄰磁極的特征。
[0009]甚至，通量密度和安培匝數(shù)之間的關(guān)系不是如之后應(yīng)當(dāng)看到的那樣成線性。這種非線性會降低少量短路線匝的效果，使得當(dāng)機器在電網(wǎng)中在其標(biāo)準(zhǔn)使用條件下的載荷下進行操作時不可能檢測到這些短路線匝。
[0010]此外，很多觀察和不成功的試驗還導(dǎo)致認為，當(dāng)給定的水輪發(fā)電機欠載并且連接到由眾多其他發(fā)電機饋送的大電網(wǎng)時，似乎存在部分地或全部地減少任何短路線匝異常的“網(wǎng)格效應(yīng)(grid effect)并且似乎補償這種缺陷。
[0011]比上述因素更重要的一個因素是:在這種凸極機器的每個磁極前方在磁極和定子之間的氣隙的厚度的變化會比該磁極上的一個或兩個短路線匝更顯著地影響由磁極產(chǎn)生的徑向通量強度。[0012]因此，仍然需要簡單、不耗時并且不必使機器關(guān)停和打開的用來檢測凸極轉(zhuǎn)子磁極中的短路線匝的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明包括檢測凸極轉(zhuǎn)子中的短路線匝的兩步式方法。
[0014]在第一步驟中，使用線圈來實時地測量在具有凸極轉(zhuǎn)子磁極的正操作的電氣旋轉(zhuǎn)機器的氣隙中漏出的徑向磁通量，并且還使用氣隙傳感器來實時地測量轉(zhuǎn)子-定子距離，以及計算在每個磁極前方存在的氣隙厚度的影響，以使得在機器的正常工作條件下檢測出主要的短路線匝。
[0015]在第二且可選的步驟中，在第一步驟下未明確地診斷出短路線匝的情況下，使電機離線，將施加到轉(zhuǎn)子繞組的短路電流和磁化電流完全切斷，以使得磁通量返回到零或近似零；然后使磁化電流通過逐漸升高而達到額定容量，同時在磁化電流增大的每個分段中測量徑向通量，并且將第一步驟的氣隙校正應(yīng)用到測量的徑向通量。
[0016]利用該第二步驟，轉(zhuǎn)子磁極從剩磁具有最小值或零值的狀態(tài)逐漸磁化，提供響應(yīng)于轉(zhuǎn)子繞組中磁化電流NI的增大、徑向通量增大(Δ0/ΔΝ?)的最大靈敏度，因此能夠在最大靈敏度水平下(例如利用最大精度)檢測到短路線匝。
[0017]大部分短路線匝可以在電機操作的同時被檢測出，對于剩余的少數(shù)情況，不需要對電機的任意關(guān)?；蛉我獯蜷_。僅需要使電機離線，以切斷磁化電流達幾秒鐘，以使得磁通量返回到零并且在磁化電流逐漸增大時繼續(xù)應(yīng)用方法的第一步驟。
[0018]根據(jù)第一廣泛方面，提供一種用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的方法，該方法包括:對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量，并且測量定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
[0019]在一個實施例中，該方法還包括，對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，根據(jù)測量的徑向通量確定最大徑向磁通量，并且根據(jù)測量的氣隙厚度確定最小氣隙厚度。
[0020]在一個實施例中，確定期望徑向通量的步驟包括:計算最小氣隙厚度的平均值和最大徑向磁通量的平均值；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用相應(yīng)的測量的氣隙厚度、最小氣隙厚度的平均值和最大徑向磁通量的平均值來計算期望徑向磁通量。
[0021]在一個實施例中，當(dāng)給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的測量的徑向磁通量小于該給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的相應(yīng)的期望徑向磁通量時，判定短路線匝。
[0022]在一個實施例中，測量徑向磁通量的步驟和測量氣隙厚度的步驟是在電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間執(zhí)行。
[0023]在一個實施例中，測量徑向磁通量的步驟和測量氣隙厚度的步驟是在電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間基本連續(xù)地執(zhí)行。
[0024]在另一實施例中，測量徑向磁通量的步驟和測量氣隙厚度的步驟是在電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間階段式地執(zhí)行。[0025]在一個實施例中，測量徑向磁通量的步驟和測量氣隙厚度的步驟是使用集成有位于氣隙中的氣隙傳感器的磁性徑向通量傳感器基本同時地執(zhí)行的。
[0026]在一個實施例中，該方法還包括:使電氣旋轉(zhuǎn)機器離線；通過切斷流過凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組的電流來使凸極轉(zhuǎn)子磁極的剩磁基本接近零；將電流逐漸恢復(fù)到額定值；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量徑向磁通量和氣隙厚度；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和通過識別出凸極轉(zhuǎn)子磁極中的測量的徑向磁通量低于相應(yīng)的期望徑向磁通量的至少給定的一個凸極轉(zhuǎn)子磁極，來識別出短路線匝。
[0027]在一個實施例中，該方法還包括輸出凸極轉(zhuǎn)子磁極中的已經(jīng)檢測出短路線匝的給定一個凸極轉(zhuǎn)子磁極的標(biāo)識。
[0028]根據(jù)另一廣泛方面，提供一種用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:徑向磁通量傳感器，該徑向磁通量傳感器用于對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量；氣隙厚度傳感器，該氣隙厚度傳感器用于對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度；和與徑向磁通量傳感器和氣隙厚度傳感器通信的計算單元，該計算單元用于:對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；并且對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
[0029]在一個實施例中，徑向磁通量傳感器包括線圈，所述線圈適合于定位在電氣旋轉(zhuǎn)機器的氣隙中。
[0030]在一個實施例中,徑向磁通量傳感器集成有氣隙傳感器。
[0031]在一個實施例中，計算單元還適合于，對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，根據(jù)測量的徑向通量確定最大徑向磁通量，并且根據(jù)測量的氣隙厚度確定最小氣隙厚度。
[0032]在一個實施例中，計算單元還適合于:計算最小氣隙厚度的平均值和最大徑向磁通量的平均值；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用相應(yīng)的測量的氣隙厚度、最小氣隙厚度的平均值和最大徑向磁通量的平均值來計算期望徑向磁通量。
[0033]在一個實施例中，計算單元還適合于，當(dāng)對于給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的測量的徑向磁通量小于對于該給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的相應(yīng)的期望徑向磁通量時，識別出短路線匝。
[0034]在一個實施例中,徑向磁通量傳感器和氣隙傳感器適合于在電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間分別測量徑向磁通量和氣隙厚度。
[0035]在一個實施例中，系統(tǒng)還包括控制單元，該控制單元用于:使電氣旋轉(zhuǎn)機器離線；通過切斷流過凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組的電流來使凸極轉(zhuǎn)子磁極的剩磁基本接近零；和將電流逐漸恢復(fù)到額定值，在電流恢復(fù)之后，執(zhí)行測量徑向磁通量和氣隙厚度、確定期望徑向通量、和識別短路線匝。
[0036]在一個實施例中，計算單元還適合于輸出對凸極轉(zhuǎn)子磁極中的已經(jīng)檢測出短路線匝的給定一個凸極轉(zhuǎn)子磁極的標(biāo)識。
[0037]根據(jù)另一廣泛方面，提供一種計算機程序產(chǎn)品，計算機程序產(chǎn)品包括計算機可讀存儲器，在計算機可讀存儲器上存儲用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的計算機可執(zhí)行指令，計算機可執(zhí)行指令在由計算機執(zhí)行時執(zhí)行如下步驟:對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，接收電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量的測量結(jié)果、和定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度的測量結(jié)果；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
[0038]根據(jù)另一廣泛方面，提供一種用于監(jiān)測電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子與轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度、和定子與轉(zhuǎn)子磁極之間的磁通量的監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:氣隙傳感器，該氣隙傳感器用于測量氣隙厚度并輸出表示氣隙厚度的第一電信號；磁通量傳感器，該磁通量傳感器用于監(jiān)測磁通量并輸出表示磁通量的第二電信號，第二電信號的電頻率小于第一電信號的電頻率；三軸電纜，該三軸電纜的第一端連接到氣隙傳感器和磁通量傳感器，該三軸電纜具有用于傳送第二電信號的基本低頻帶寬，并且具有用于傳送第一電信號的基本高頻帶寬；可操作地連接在三軸電纜和磁通量傳感器之間的第一電容器；第一調(diào)節(jié)器單元，該第一調(diào)節(jié)器單元連接到三軸電纜的第二端，并且適合于接收第一電信號、從第一電信號中提取出氣隙厚度并且輸出氣隙厚度；和第二調(diào)節(jié)器單元，該第二調(diào)節(jié)器單元連接到三軸電纜的第二端，并且適合于接收第二電信號、從第二電信號中提取出表示磁通量的參數(shù)并且輸出該參數(shù)；和可操作地連接在三軸電纜和第二調(diào)節(jié)器單元之間的第二電容器。
[0039]在一個實施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括可操作地連接在氣隙傳感器和三軸電纜之間的同軸電纜。
[0040]在一個實施例中，磁通量傳感器包括線圈并且適合于測量線圈內(nèi)產(chǎn)生的電壓，第二電信號表征該電壓，且第二調(diào)節(jié)器單元適合于從第二電信號中提取出該電壓。
[0041]在一個實施例中，第二調(diào)節(jié)器單元還適合于根據(jù)該電壓確定定子和轉(zhuǎn)子磁極之間的磁通量并輸出該磁通量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是根據(jù)實施例的用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的方法的流程圖；
[0043]圖2是示出具有凸極轉(zhuǎn)子磁極的電氣旋轉(zhuǎn)機器中的徑向磁通量和氣隙厚度的同時測量的曲線；
[0044]圖3是示出期望徑向磁通量的計算的流程圖；
[0045]圖4示出根據(jù)實施例的氣隙傳感器；
[0046]圖5示出用于測量徑向磁通量和氣隙厚度的集成傳感器；和
[0047]圖6示出轉(zhuǎn)子磁極的鐵磁芯中的磁滯回線的不同區(qū)域。
【具體實施方式】
[0048]圖1示出用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的方法10的一個實施例。在步驟12中，對于每個磁極，使用任意適合的徑向磁通量傳感器(例如線圈或壓電傳感器)來測量徑向磁通量。在使用線圈傳感器的情況下，應(yīng)當(dāng)理解線圈傳感器監(jiān)測電壓，該電壓隨后被積分以獲得徑向磁通量。在步驟14中，對于每個轉(zhuǎn)子磁極，使用任意適合的氣隙傳感器來測量氣隙厚度，即，轉(zhuǎn)子磁極和定子之間的距離，該氣隙傳感器適合于定位在轉(zhuǎn)子和定子之間。在步驟16中，使用上述方法對于每個轉(zhuǎn)子磁極確定期望的徑向通量。如下所述，使用用于給定轉(zhuǎn)子磁極的測量的氣隙距離和徑向通量、以及還使用用于其他轉(zhuǎn)子磁極的測量的氣隙距離和徑向通量，來確定用于給定的轉(zhuǎn)子磁極的期望的徑向通量。在步驟18中，對于每個轉(zhuǎn)子磁極，測量的徑向通量與其相應(yīng)的期望徑向通量進行對比。對于測量的徑向通量小于其相應(yīng)期望徑向通量的每個轉(zhuǎn)子磁極，識別為短路線匝。在檢測出短路線匝時，輸出信號。該信號可以表示已經(jīng)檢測出短路線匝，而沒有指定已經(jīng)檢測出短路線匝的給定轉(zhuǎn)子磁極。在另一示例中，信號可以包括對已經(jīng)檢測出短路線匝的每個轉(zhuǎn)子磁極的標(biāo)識。在另一示例中，信號可以是警報信號。
[0049]在一個實施例中，在電機操作的同時(S卩，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時)執(zhí)行方法10。因此，不需要停止電機的操作。
[0050]在一個實施例中，在轉(zhuǎn)子的一次或多次旋轉(zhuǎn)過程中基本連續(xù)地監(jiān)測磁性徑向通量和氣隙厚度。在另一實施例中，在一個或多次回轉(zhuǎn)中階段式地監(jiān)測磁性徑向通量和氣隙厚度。
[0051]這表明需要通過考慮磁極前方的氣隙厚度是低于還是高于所有磁極的平均氣隙，來校正高于或低于所有磁極的平均通量的由給定磁極生成的磁通量的任意測量值。
[0052]圖2示出在標(biāo)準(zhǔn)凸極電氣旋轉(zhuǎn)機器上由通量傳感器和氣隙傳感器測量的磁通量30的變化和氣隙厚度32的變化之間的相關(guān)性。明顯示出，磁通量30隨著氣隙厚度32減小而增大，并隨著氣隙厚度32增大而減小。因此，短路線匝會存在于給定磁極上并且不能檢測出，這是因為面向該磁極的氣隙厚度32低于平均氣隙，而給定磁極上的短路線匝會被錯誤地懷疑，這是因為面向該磁極的氣隙厚度32高于平均值。
[0053]這就是如何在磁極的磁場上接近氣隙效應(yīng)和短路線匝效應(yīng)之間的分離，以使得僅有真實的短路線匝可以被識別出。
[0054]對于給定電機，進行下列計算:
[0055]連續(xù)地測量氣隙厚度和徑向通量值。計算在轉(zhuǎn)子的一次完整旋轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)上每個磁極的氣隙厚度的最小值以及每個磁極的徑向通量的最大(峰)值。然后，計算最小氣隙厚度的平均值和最大徑向通量的平均值。一旦已經(jīng)獲得這些值，由下列公式(I)得出每個磁極的期望最大徑向通量值，公式(I)在圖3中示出:
[0056]對于磁極n，期望通量=一次完整回轉(zhuǎn)上的平均通量+ (—次完整回轉(zhuǎn)上的平均氣隙-磁極η的測量氣隙)x (—次完整回轉(zhuǎn)上的平均通量/ 一次完整回轉(zhuǎn)上的平均氣隙)。
[0057]如圖3所示，如果給定轉(zhuǎn)子磁極的計算的期望通量值大于相應(yīng)的測量值，則這將構(gòu)成對于給定轉(zhuǎn)子磁極的一個或多個短路線匝的指示。
[0058]表I是在轉(zhuǎn)子具有8個凸極的情況下上述計算方法的示例。
[0059]
磁極 #Pl P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 平均
氣隙(mm)20 21 20 19 19 21 20 20 20
測量通量(Tesla) 0,95 0,95 I 1,05 1,05 0,95 I I 0,994計算通量(Tcsla) 0,99 0,94 0,99 1,04 1,04 0,94 0,99 0,99
[0060]測量通量相比于計
算通量的增加或減 4% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%
小(％)_
[0061]表1.用于具有8個凸極的轉(zhuǎn)子的示例結(jié)果
[0062]表I在第2和3行中示出給定凸極電機中的氣隙和徑向通量的測量值以及它們的平均值。在第4行中，根據(jù)公式(I)計算通量，在最后I行中，指出每個磁極的測量通量相比于計算通量的增大或減小比率。
[0063]表I表明僅有的期望通量值大于測量通量值的磁極是磁極I，這表示磁極I上存在的至少一個短路線匝。該比率的負值越大，則短路線匝越嚴重。
[0064]在一個實施例中，方法10被實施為系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于測量氣隙厚度的氣隙傳感器、磁通量傳感器和計算單元，該計算單元適合于如上所述計算每個轉(zhuǎn)子磁極的期望徑向磁通量并對于每個轉(zhuǎn)子磁極將測量的徑向磁通量與相應(yīng)的期望徑向磁通量進行比較。
[0065]在另一實施例中，方法10被實施為裝置，該裝置包括處理單元、存儲器或存儲單元、和用于接收氣隙傳感器和徑向磁通量的測量結(jié)果的通信單元。處理單元構(gòu)造成如上所述計算每個轉(zhuǎn)子磁極的期望徑向磁通量并對于每個轉(zhuǎn)子磁極將測量的徑向磁通量與相應(yīng)的期望徑向磁通量進行比較。
[0066]在另一實施例中，方法10被實施為計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括計算機可讀存儲器，在該計算機可讀存儲器上存儲用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的計算機可執(zhí)行指令。在由計算機執(zhí)行時，該計算機可執(zhí)行指令執(zhí)行如下步驟:對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，接收電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量的測量結(jié)果、和定子和凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度的測量結(jié)果；對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和對于凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
[0067]圖4示出具有一體的同軸電纜、三軸延長電纜和調(diào)節(jié)器的電容性氣隙傳感器的一個實施例。該電容性氣隙傳感器輸出表不定子和轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度的電信號。電信號在到達調(diào)節(jié)器之前通過同軸電纜和三軸電纜傳播。調(diào)節(jié)器包括適合于從接收的電信號提取出氣隙距離并輸出提取的氣隙厚度的電路。目的在于測量轉(zhuǎn)子到定子的距離，以獲得用于每個磁極的表不氣隙的最小值。
[0068]在一個實施例中，省略三軸電纜，以使得調(diào)節(jié)器被直接連接到同軸電纜以接收由電容性氣隙傳感器輸出的電信號。例如，這種構(gòu)造可以在調(diào)節(jié)器定位在距離電容性氣隙傳感器相當(dāng)短距離處并且電容性氣隙傳感器輸出具有很高頻率的很低電流電信號時使用。
[0069]在另一實施例中，省略同軸電纜，以使得電容性氣隙傳感器被直接連接到三軸電纜以傳送電流。例如，這種構(gòu)造可以在調(diào)節(jié)器定位在距離電容性氣隙傳感器相當(dāng)大距離處并且電容性氣隙傳感器輸出具有很高頻率的很低電流電信號時使用。
[0070]這種方法的另一改良和經(jīng)濟改進在圖5中示出，并且將用于確保每個磁極的通量和氣隙測量同時并且在相同位置進行。這可以通過如下所述實現(xiàn):a)通過將用于通量測量的扁平線圈與圖4的氣隙傳感器集成，和b)通過使用氣隙電路來產(chǎn)生并處理通量數(shù)據(jù)。這將僅需要對氣隙電路增加較少附加件并且還由于節(jié)省一個電纜和一個專用電路而引起使物理干涉最小化，這是在這種復(fù)雜環(huán)境中不可忽略的特征。
[0071]圖5示出組合的氣隙和通量傳感器。組合傳感器包括與圖4的傳感器相同的元件，即，氣隙傳感器，例如具有集成的同軸電纜、三軸電纜和調(diào)節(jié)器的電容性氣隙傳感器。組合傳感器還在三軸電纜的每端包括一個電容器并包括通量傳感器(例如連接到三軸電纜的線圈)。目的在于測量轉(zhuǎn)子到定子的距離，以獲得用于每個磁極的表示氣隙的最小值并獲得用于每個磁極的表示徑向磁通量的峰值通量值。徑向磁通量和氣隙厚度信號的測量結(jié)果被使用三軸電纜傳送到調(diào)節(jié)器。這通過用作頻率信號分離器的電容器來實現(xiàn):三軸電纜的高頻帶寬被用于傳送氣隙厚度，低頻帶寬被用于傳送通量。每個電容器的一端可操作地連接到三軸電纜，另一端可操作地接地。電容性氣隙傳感器輸出表示氣隙厚度的第一電信號，而通量傳感器輸出表示磁通量的第二電信號。第一電信號的頻率大于第二電信號的頻率。在到達調(diào)節(jié)器之前，由電容性氣隙傳感器輸出的第一電信號首先在同軸電纜中傳播，然后在三軸電纜中傳播。通量傳感器直接連接到三軸電纜，三軸電纜適合于將第一電信號和第二電信號傳播到調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器包括用于從第一電信號中提取出氣隙厚度值和從第二電信號中提取出磁通量的電路。調(diào)節(jié)器還適合于輸出被確定的氣隙厚度和通量值。
[0072]在一個實施例中，通量傳感器包括線圈并且適合于測量該線圈內(nèi)產(chǎn)生的電壓，調(diào)節(jié)器適合于從第二電信號中提取出電壓值并且可選地對電壓值進行積分以獲得相應(yīng)磁通量。
[0073]在一個實施例中，省略同軸電纜以使得電容性氣隙傳感器直接連接到三軸電纜。
[0074]應(yīng)當(dāng)理解，調(diào)節(jié)器可以被視為包括兩個調(diào)節(jié)器單元，第一調(diào)節(jié)器單元適合于提取氣隙厚度，第二調(diào)節(jié)器單元適合于提取電壓或通量值。
[0075]應(yīng)當(dāng)理解，電容性氣隙傳感器和線圈各自適合于(即，尺寸和形狀適合于)定位在電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙中。
[0076]對于期望通量略高于測量通量的情況，并且為了減少誤報警發(fā)生，以公式(I)為特征的方法還可以以下列方式應(yīng)用:
[0077]圖6示出表征磁路(在這種情況下是凸極磁芯)的磁化強度的傳統(tǒng)磁滯回路。
[0078]圖6中可以看出，在正常操作條件下，在第一象限(區(qū)域a)的右上半部中或者在相反側(cè)(取決于磁極極性)，磁化強度最大，并且磁化強度曲線近似水平。這表示，即使在給定磁極中存在短路線匝，磁化電流的明顯降低也不會產(chǎn)生通量的可檢測降低，這可以解釋為什么一般引起通量略微下降的短路線匝在這種正常操作條件下不會被檢測出。
[0079]應(yīng)當(dāng)注意,對于流過磁極繞組的電流NI的給定變化，當(dāng)發(fā)生第一磁化(區(qū)域b)時磁性徑向通量0的變化更可檢測到，這是因為對于每次磁化電流增大，徑向通量增大的斜率(Δ0/ΔΝΙ )更陡。
[0080]于是，如果在給定磁極上存在短路線匝，則當(dāng)電機沿著區(qū)域b操作時將出現(xiàn)檢測到該短路線匝的最大可能性，在該情況下檢測的靈敏度最大，因為Δ0/ΔΝΙ將最大并且還因為機器是唯一產(chǎn)生電壓的，所以每個磁極的貢獻可以被觀測到，而不存在電網(wǎng)上的任意其他機器造成的阻尼效應(yīng)。
[0081]為在區(qū)域b中操作，第一條件是盡可能地減小磁極鐵芯的剩磁。這可以通過切斷磁化電流并使電氣旋轉(zhuǎn)機器離線而實現(xiàn)?？紤]到磁極鐵芯的材料的鐵磁特性，將磁極鐵芯的剩磁減小到零或接近零僅需要花幾秒鐘。
[0082]一旦達成該目的，磁化電流可以逐步增大，在每一步將實時地測量徑向通量和氣隙的值。當(dāng)電機在最大磁場的大約1/4和2/3之間操作時，將出現(xiàn)短路線匝檢測的最大可能性。
[0083]然后，根據(jù)公式(I)對期望通量的上述計算可以被應(yīng)用并且可以識別出短路線匝。
[0084]上述實施例僅是示例性的。因此本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的方法，所述方法包括: 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量，并且測量所述定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度； 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括，對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，根據(jù)測量的徑向通量確定最大徑向磁通量，并且根據(jù)所述測量的氣隙厚度確定最小氣隙厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確定期望徑向通量包括: 計算所述最小氣隙厚度的平均值和所述最大徑向磁通量的平均值；和 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用相應(yīng)的所述測量的氣隙厚度、所述最小氣隙厚度的平均值和所述最大徑向磁通量的平均值來計算期望徑向磁通量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，當(dāng)給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的測量的徑向磁通量小于所述給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的相應(yīng)的期望徑向磁通量時，判定短路線匝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，其中，所述測量徑向磁通量和所述測量氣隙厚度是在所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間執(zhí)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述測量徑向磁通量和所述測量氣隙厚度是在所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的所述至少一次旋轉(zhuǎn)期間基本連續(xù)地執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述測量徑向磁通量和所述測量氣隙厚度是在所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的所述至少一次旋轉(zhuǎn)期間階段式地執(zhí)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測量徑向磁通量和所述測量氣隙厚度是使用集成有位于氣隙中的氣隙傳感器的磁性徑向通量傳感器基本同時地執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 使所述電氣旋轉(zhuǎn)機器離線； 通過切斷流過所述凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組的電流來使所述凸極轉(zhuǎn)子磁極的剩磁基本接近零； 將所述電流逐漸恢復(fù)到額定值； 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量徑向磁通量和氣隙厚度； 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和 通過識別出所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的具有低于相應(yīng)的所述期望徑向磁通量的測量徑向磁通量的至少給定一個凸極轉(zhuǎn)子磁極，來識別出短路線匝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括輸出所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的已經(jīng)檢測出短路線匝的給定一個凸極轉(zhuǎn)子磁極的標(biāo)識。
11.一種用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 徑向磁通量傳感器，所述徑向磁通量傳感器用于對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量； 氣隙厚度傳感器，所述氣隙厚度傳感器用于對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，測量所述定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度；和 與所述徑向磁通量傳感器和所述氣隙厚度傳感器通信的計算單元，所述計算單元用于: 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；并且 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將所述測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向磁通量傳感器包括線圈，所述線圈適合于定位在所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的氣隙中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向磁通量傳感器集成有氣隙傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述計算單元還適合于，對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，根據(jù)所述測量的徑向通量確定最大徑向磁通量，并且根據(jù)所述測量的氣隙厚度確定最小氣隙厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述計算單元還適合于: 計算所述最小氣隙厚度的平均值和所述最大徑向磁通量的平均值；和 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極`中的每一者，使用相應(yīng)的所述測量的氣隙厚度、所述最小氣隙厚度的平均值和所述最大徑向磁通量的平均值來計算所述期望徑向磁通量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述計算單元還適合于，當(dāng)給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的測量的徑向磁通量小于所述給定凸極轉(zhuǎn)子磁極的相應(yīng)的期望徑向磁通量時，識別出短路線匝。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向磁通量傳感器和氣隙傳感器適合于在所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的至少一次旋轉(zhuǎn)期間分別測量徑向磁通量和氣隙厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括控制單元，所述控制單元用于: 使所述電氣旋轉(zhuǎn)機器離線； 通過切斷流過所述凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組的電流來使所述凸極轉(zhuǎn)子磁極的剩磁基本接近零； 將所述電流逐漸恢復(fù)到額定值； 在所述電流恢復(fù)之后，執(zhí)行測量所述徑向磁通量和所述氣隙厚度、確定所述期望徑向通量、和識別短路線匝。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述計算單元還適合于輸出所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的已經(jīng)檢測出短路線匝的給定一個凸極轉(zhuǎn)子磁極的標(biāo)識。
20.一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括計算機可讀存儲器，在所述計算機可讀存儲器上存儲用于檢測電氣旋轉(zhuǎn)機器的凸極轉(zhuǎn)子磁極的繞組中的短路線匝的計算機可執(zhí)行指令，所述計算機可執(zhí)行指令在由計算機執(zhí)行時執(zhí)行如下步驟: 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，接收所述電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的徑向磁通量的測量結(jié)果、和所述定子和所述凸極轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度的測量結(jié)果;對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，使用測量的徑向磁通量和測量的氣隙厚度確定期望徑向通量；和 對于所述凸極轉(zhuǎn)子磁極中的每一者，通過將測量的徑向磁通量和期望徑向磁通量進行比較來識別出短路線匝。
21.一種用于監(jiān)測電氣旋轉(zhuǎn)機器的定子與轉(zhuǎn)子磁極之間的氣隙厚度、和所述定子與所述轉(zhuǎn)子磁極之間的磁通量的監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 氣隙傳感器，所述氣隙傳感器用于測量所述氣隙厚度并輸出表示所述氣隙厚度的第一電信號； 磁通量傳感器，所述磁通量傳感器用于監(jiān)測所述磁通量并輸出表示所述磁通量的第二電信號，所述第二電信號的電頻率小于所述第一電信號的電頻率； 三軸電纜，所述三軸電纜的第一端連接到所述氣隙傳感器并連接到所述磁通量傳感器，所述三軸電纜具有用于傳送所述第二電信號的基本低頻帶寬，以及用于傳送所述第一電信號的基本高頻帶寬； 可操作地連接在所述三軸電纜和所述磁通量傳感器之間的第一電容器； 第一調(diào)節(jié)器單元，所述第一調(diào)節(jié)器單元連接到所述三軸電纜的第二端，并且適合于接收所述第一電信號、從所述第一電信號中提取出所述氣隙厚度并且輸出所述氣隙厚度；和 第二調(diào)節(jié)器單元，所述第二調(diào)節(jié)器單元連接到所述三軸電纜的第二端，并且適合于接收所述第二電信號、從所述第二電信號中提取出表示所述磁通量的參數(shù)并且輸出所述參數(shù)；和 可操作地連接在所述三軸電纜和所述第二調(diào)節(jié)器單元之間的第二電容器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的監(jiān)測系統(tǒng)，還包括可操作地連接在所述氣隙傳感器和所述三軸電纜之間的同軸電纜。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的監(jiān)測系統(tǒng)，所述磁通量傳感器包括線圈并且適合于測量所述線圈內(nèi)產(chǎn)生的電壓，所述第二電信號表征所述電壓，所述第二調(diào)節(jié)器單元適合于從所述第二電信號中提取出所述電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述第二調(diào)節(jié)器單元還適合于根據(jù)所述電壓確定所述定子和所述轉(zhuǎn)子磁極之間的所述磁通量并輸出所述磁通量。
【文檔編號】G01R31/34GK103675582SQ201310405649
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月11日
【發(fā)明者】馬里尤斯·克盧捷 申請人:維保監(jiān)測公司