專利名稱：電機(jī)定子線棒多因子老化裝置及老化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加速老化試驗(yàn)的方法及裝置，特別涉及一種電機(jī)定子線棒多因子老化裝置及其老化方法。
由于大型電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中要同時(shí)受到電、熱、機(jī)械和熱機(jī)應(yīng)力的聯(lián)合作用，所以一般都通過(guò)加強(qiáng)這四種老化因子來(lái)加速定子線棒絕緣的老化。由于同時(shí)施加多種老化因子對(duì)老化設(shè)備的要求較高，而且要求四種老化因子互不影響，所以國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有開展這方面的研究工作。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的老化方法是單因子加速老化或者是雙因子順序老化。單因子老化就是只施加一種老化應(yīng)力進(jìn)行老化，而不考慮其它的老化應(yīng)力；雙因子順序老化就是先施加一種老化因子老化，接著施加另外一種老化因子老化，反復(fù)循環(huán)，直到老化結(jié)束。無(wú)論是單因子老化還是雙因子順序老化，由于沒(méi)有考慮多種老化因子之間的協(xié)同作用，所以與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的老化過(guò)程存在一定的差異，這種協(xié)同破壞作用要比單因子的破壞作用劇烈的多，是電機(jī)線棒定子絕緣老化的主要原因。所以目前的老化方法和裝置都不能模擬電機(jī)線棒絕緣真實(shí)的老化過(guò)程，不能得到定子絕緣真實(shí)的老化規(guī)律和結(jié)論。
三、發(fā)明的內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以真實(shí)有效的模擬電機(jī)定子線棒的老化過(guò)程，加速線棒試樣的老化，研究電機(jī)線棒的老化規(guī)律，預(yù)測(cè)定子絕緣的剩余壽命，檢驗(yàn)電機(jī)線棒是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的電機(jī)定子線棒多因子老化裝置及其老化方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，該電機(jī)定子線棒多因子老化裝置包括一多因子老化臺(tái)底座15、一為待老化試樣2提供電老化所需的高電壓的升壓變壓器1、一溫度控制儀3、一加熱板4、一電渦流傳感器5、一位移測(cè)量?jī)x6、一傳感器探頭7、一加速度傳感器8、一電荷放大器9、一示波器10、一電磁激振器11、一功率放大器12、一信號(hào)發(fā)生器13、一加熱電源控制柜14、試樣固定和支撐架16、加熱板固定支架17、激振器升降架18和熱電偶19構(gòu)成；多因子老化臺(tái)底座15的臺(tái)面是水泥澆注的鋼筋結(jié)構(gòu)不銹鋼板，其上設(shè)置有試樣固定和支撐架16和加熱板固定支架17，并可以在底板15的導(dǎo)槽上滑動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的試樣長(zhǎng)度和寬度；待老化試樣2固定在試樣固定和支撐架16上，并由傳感器探頭7、電渦流傳感器5、位移測(cè)量?jī)x6監(jiān)控其振動(dòng)參數(shù)；加熱板4固定在加熱板固定支架17上，上下左右的加熱板4構(gòu)成一個(gè)加熱腔體，加熱板4內(nèi)部的加熱管作為加熱源，由電源控制柜14供電；加熱板4上設(shè)置有熱電偶19，熱電偶19通過(guò)溫度控制儀3也和加熱電源控制柜14相連接；多因子老化臺(tái)底座15上還設(shè)置有電磁激振器11，電磁激振器11由激振器升降架18支撐，電磁激振器11依次連接有功率放大器12和信號(hào)發(fā)生器13，電磁激振器11還與加速度傳感器8、電荷放大器9、示波器10連通；使用時(shí)升壓變壓器1連接在待老化試樣2上施加電老化所需電壓。
所述升壓變壓器1施加電壓范圍0～100kV；并帶有自動(dòng)保護(hù)裝置和計(jì)時(shí)裝置，可以在施加電壓時(shí)自動(dòng)記錄老化時(shí)間，斷電時(shí)自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間；當(dāng)試樣在老化過(guò)程中發(fā)生表面滑閃或擊穿時(shí)，變壓器自動(dòng)跳閘，并自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間。
一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子線棒多因子老化裝置的老化方法，按以下方式進(jìn)行1)在進(jìn)行多因子老化時(shí)，將升壓變壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)到老化所需電壓，高壓線接在線棒的股線上作為老化時(shí)的高壓電極，在線棒絕緣表面用高溫硅脂粘貼鋁箔電極作為地電極，線棒的端部涂覆防暈層防止電壓升高時(shí)發(fā)生端部滑閃，保證線棒可以進(jìn)行長(zhǎng)期老化；線棒表面涂覆低電阻漆，以降低線棒表面和鋁箔的接觸電阻，保證長(zhǎng)期老化過(guò)程中線棒表面與鋁箔之間無(wú)放電以及準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)老化過(guò)程中試樣的絕緣參數(shù)。
2)通過(guò)均勻分布在加熱板里的加熱管對(duì)試樣進(jìn)行加熱，電源控制柜提供加熱電源，可以根據(jù)老化要求，增加或減少加熱管的數(shù)量，系統(tǒng)的最高老化溫度300℃；3)加熱板構(gòu)成的加熱腔體包覆一層保溫材料用來(lái)保持腔體內(nèi)的熱老化溫度；4)采用熱電偶用來(lái)測(cè)量加熱腔體內(nèi)的溫度，溫控儀用來(lái)用來(lái)控制加熱腔內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，斷開電源控制柜內(nèi)的加熱繼電器，停止加熱；當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)，溫控儀控制加熱繼電器閉合，開始加熱，這樣可以保持加熱腔內(nèi)的溫度不變；5)機(jī)械應(yīng)力通過(guò)激振器產(chǎn)生，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出方式和功率放大器的增益，可以控制激振力的大小和振動(dòng)加速度的大小，采用位移測(cè)量?jī)x監(jiān)視振動(dòng)位移的大小，示波器用來(lái)監(jiān)視振動(dòng)加速度的大??；激振力的變化范圍為0～500N，振幅800～5000μm，可以根據(jù)不同的老化試樣選擇不同的激振力和振幅大?。?)通過(guò)改變信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)方式，可以改變輸出激振力的方式，如正弦波、方波、三角波等；7)通過(guò)對(duì)線棒試樣加熱和冷卻來(lái)模擬冷熱循環(huán)產(chǎn)生的熱機(jī)應(yīng)力，即通過(guò)定時(shí)閉合和切斷加熱電源來(lái)控制加熱和冷卻速度，每個(gè)周期完成一次加熱和冷卻循環(huán)，可以根據(jù)需要設(shè)定冷熱循環(huán)的周期，也可以在某個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行冷熱循環(huán)；8)在進(jìn)行多因子老化時(shí)，電、熱和機(jī)械應(yīng)力同時(shí)施加在試樣線棒上，同時(shí)定時(shí)加熱和冷卻模擬熱機(jī)械應(yīng)力，這樣實(shí)現(xiàn)四因子同時(shí)老化。
本發(fā)明可以進(jìn)行電機(jī)線棒的電、熱、機(jī)械振動(dòng)和熱機(jī)應(yīng)力的多因子加速老化。為研究定子絕緣的老化機(jī)理和規(guī)律，以及進(jìn)行新產(chǎn)品的性能試驗(yàn)提供了很好的老化方法。根據(jù)多因子老化要求，可以進(jìn)行四因子同時(shí)老化，或任意因子組合老化試驗(yàn)。
圖中的符號(hào)分別表示1.升壓變壓器；2.待老化試樣；3.溫度控制儀；4.電加熱板；5.CYWD0500電渦流傳感器；6.YE5937位移測(cè)量?jī)x；7.傳感器探頭，；8.CLYD331加速度傳感器；9.YE5852電荷放大器；10.示波器；11.JZK50電磁激振器；12.功率放大器；13.信號(hào)發(fā)生器；14.加熱電源控制柜；15.多因子老化臺(tái)底座；16.試樣固定和支撐架；17.加熱板固定支架；18.激振器升降架；19.熱電偶。
參見(jiàn)附圖，本發(fā)明是一種大型發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)線棒定子絕緣的多因子老化試驗(yàn)裝置，主要包括振動(dòng)臺(tái)面15、升壓變壓器1、加熱板4、加熱電源控制柜14、熱電偶19、溫度控制儀3，激振器11，功率放大器12、信號(hào)發(fā)生器13、加速度傳感器8、位移傳感器7、線棒試樣夾具16以及加熱板支架17。本裝置可以進(jìn)行各種線棒的多因子老化，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)和計(jì)時(shí)。四種老化參數(shù)根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以滿足不同線棒的老化要求。系統(tǒng)示意圖如

圖1所示。
振動(dòng)臺(tái)面15是水泥澆注的鋼筋結(jié)構(gòu)不銹鋼板，規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高＝1.5m×0.6m×1.2m。支架16和17可以在底板15的導(dǎo)槽上滑動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的試樣長(zhǎng)度和寬度，本裝置可以老化試樣的最大長(zhǎng)度為1500mm，厚度為50mm。加熱板4固定在支架17上，上下左右的加熱板4構(gòu)成一個(gè)加熱腔體，加熱板內(nèi)部的加熱管作為加熱源，由電源控制柜14供電。
升壓變壓器1用來(lái)提供電老化所需的高電壓，施加電壓范圍0～100kV。變壓器帶有自動(dòng)保護(hù)裝置和計(jì)時(shí)裝置，可以在加電壓時(shí)自動(dòng)記錄老化時(shí)間，斷電時(shí)自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間。當(dāng)試樣在老化過(guò)程中發(fā)生表面滑閃或擊穿時(shí)，變壓器自動(dòng)跳閘，并自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間。
實(shí)現(xiàn)上述裝置的方法是，在進(jìn)行多因子老化時(shí)，將升壓變壓器1的輸出電壓調(diào)節(jié)到老化所需電壓，高壓線接在線棒的股線2上作為老化時(shí)的高壓電極，在線棒絕緣表面用高溫硅脂粘貼鋁箔電極作為地電極，線棒的端部涂覆防暈層防止電壓升高時(shí)發(fā)生端部滑閃，保證線棒可以進(jìn)行長(zhǎng)期老化。線棒表面涂覆低電阻漆，以降低線棒表面和鋁箔的接觸電阻，保證長(zhǎng)期老化過(guò)程中線棒表面與鋁箔之間無(wú)放電以及準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)老化過(guò)程中試樣的絕緣參數(shù)。
通過(guò)均勻分布在加熱板里的加熱管對(duì)試樣進(jìn)行加熱，加熱板為鋁制板。電源控制柜14提供加熱電源，可以根據(jù)老化要求，增加或減少加熱管的數(shù)量，系統(tǒng)的最高老化溫度300℃。加熱板構(gòu)成的加熱腔體包覆一層保溫材料用來(lái)保持腔體內(nèi)的熱老化溫度。熱電偶19用來(lái)測(cè)量加熱腔體內(nèi)的溫度，溫控儀3用來(lái)用來(lái)控制加熱腔內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，斷開電源控制柜內(nèi)的加熱繼電器，停止加熱；當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)，溫控儀合上加熱繼電器，開始加熱，這樣可以保持加熱腔內(nèi)的溫度不變。機(jī)械應(yīng)力通過(guò)激振器11產(chǎn)生，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器13的輸出方式和功率放大器12的增益，可以控制激振力的大小和振動(dòng)加速度的大小，6用來(lái)監(jiān)視振動(dòng)位移的大小，10用來(lái)監(jiān)視振動(dòng)加速度的大小。激振力的變化范圍為0～500N，振幅800～5000μm，可以根據(jù)不同的老化試樣選擇不同的激振力和振幅大小。通過(guò)改變信號(hào)發(fā)生器13的輸出信號(hào)方式，可以改變輸出激振力的方式(正弦、方波、三角波等)。另外，冷熱循環(huán)產(chǎn)生的熱機(jī)應(yīng)力也是加速定子絕緣老化的重要原因(在電機(jī)起動(dòng)、停止或負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，由于導(dǎo)線與絕緣層的線性膨脹系數(shù)不同，在交界部位產(chǎn)生剪切力，導(dǎo)線與絕緣層剝離，或絕緣層中的空隙擴(kuò)大；另外，線圈本身的熱伸展使線圈端部產(chǎn)生彎曲力矩，槽的出口部及線圈彎曲部的絕緣層產(chǎn)生低頻彎曲疲勞損傷，從而破壞絕緣)。本系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)線棒試樣加熱和冷卻來(lái)模擬冷熱循環(huán)產(chǎn)生的熱機(jī)應(yīng)力。通過(guò)定時(shí)合上和切斷加熱電源來(lái)控制加熱和冷卻速度，每個(gè)周期完成一次加熱和冷卻循環(huán)(可以根據(jù)需要設(shè)定冷熱循環(huán)的周期)。在進(jìn)行多因子老化時(shí)，電、熱和機(jī)械應(yīng)力同時(shí)施加在線棒試樣2上，同時(shí)定時(shí)加熱和冷卻模擬熱機(jī)械應(yīng)力，這樣實(shí)現(xiàn)四因子同時(shí)老化。
本發(fā)明可以對(duì)老化的電機(jī)線棒同時(shí)施加電、熱、機(jī)械和冷熱循環(huán)老化應(yīng)力，以達(dá)到既加速試樣老化，又不破壞試樣老化機(jī)理的目的，真實(shí)的模擬電機(jī)線棒試樣的老化過(guò)程。采用本發(fā)明，已經(jīng)進(jìn)行了780kW/6kV線棒和300MW/18kV兩批真機(jī)線棒的多因子老化試驗(yàn)，也進(jìn)行了13mm×51mm×1400mm(絕緣厚度3.5mm)的模型線棒的多因子老化試驗(yàn)。結(jié)果表明，系統(tǒng)滿足這三種試樣的多因子老化要求，老化效果明顯。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)定子線棒多因子老化裝置，其特征在于，該電機(jī)定子線棒多因子老化裝置包括一多因子老化臺(tái)底座15、一為待老化試樣2提供電老化所需的高電壓的升壓變壓器1、一溫度控制儀3、一加熱板4、一電渦流傳感器5、一位移測(cè)量?jī)x6、一傳感器探頭7、一加速度傳感器8、一電荷放大器9、一示波器10、一電磁激振器11、一功率放大器12、一信號(hào)發(fā)生器13、一加熱電源控制柜14、試樣固定和支撐架16、加熱板固定支架17、激振器升降架18和熱電偶19構(gòu)成；多因子老化臺(tái)底座15的臺(tái)面是水泥澆注的鋼筋結(jié)構(gòu)不銹鋼板，其上設(shè)置有試樣固定和支撐架16和加熱板固定支架17，并可以在底板15的導(dǎo)槽上滑動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的試樣長(zhǎng)度和寬度；待老化試樣2固定在試樣固定和支撐架16上，并由傳感器探頭7、、電渦流傳感器5、位移測(cè)量?jī)x6監(jiān)控其振動(dòng)參數(shù)；加熱板4固定在加熱板固定支架17上，上下左右的加熱板4構(gòu)成一個(gè)加熱腔體，加熱板4內(nèi)部的加熱管作為加熱源，由電源控制柜14供電；加熱板4上設(shè)置有熱電偶19，熱電偶19通過(guò)溫度控制儀3也和加熱電源控制柜14相連接；多因子老化臺(tái)底座15上還設(shè)置有電磁激振器11，電磁激振器11由激振器升降架18支撐，電磁激振器11依次連接有功率放大器12和信號(hào)發(fā)生器13，電磁激振器11還與加速度傳感器8、電荷放大器9、示波器10連通；使用時(shí)將升壓變壓器1連接在待老化試樣2上，施加電老化所需電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)定子線棒多因子老化裝置，其特征在于，所述升壓變壓器1施加電壓范圍0～100kV；并帶有自動(dòng)保護(hù)裝置和計(jì)時(shí)裝置，可以在加電壓時(shí)自動(dòng)記錄老化時(shí)間，斷電時(shí)自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間；當(dāng)試樣在老化過(guò)程中發(fā)生表面滑閃或擊穿時(shí)，變壓器自動(dòng)跳閘，并自動(dòng)停止記錄老化時(shí)間。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的電機(jī)定子線棒多因子老化方法，其特征在于，按以下方式進(jìn)行1)在進(jìn)行多因子老化時(shí)，將升壓變壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)到老化所需電壓，高壓線接在線棒的股線上作為老化時(shí)的高壓電極，在線棒絕緣表面用高溫硅脂粘貼鋁箔電極作為地電極，線棒的端部涂覆防暈層防止電壓升高時(shí)發(fā)生端部滑閃，保證線棒可以進(jìn)行長(zhǎng)期老化；線棒表面涂覆低電阻漆，以降低線棒表面和鋁箔的接觸電阻，保證長(zhǎng)期老化過(guò)程中線棒表面與鋁箔之間無(wú)放電以及準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)老化過(guò)程中試樣的絕緣參數(shù)；2)通過(guò)均勻分布在加熱板里的加熱管對(duì)試樣進(jìn)行加熱，電源控制柜提供加熱電源，可以根據(jù)老化要求，增加或減少加熱管的數(shù)量，系統(tǒng)的最高老化溫度300℃；3)加熱板構(gòu)成的加熱腔體包覆一層保溫材料用來(lái)保持腔體內(nèi)的熱老化溫度；4)采用熱電偶用來(lái)測(cè)量加熱腔體內(nèi)的溫度，溫控儀用來(lái)用來(lái)控制加熱腔內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，斷開電源控制柜內(nèi)的加熱繼電器，停止加熱；當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)，溫控儀控制加熱繼電器閉合，開始加熱，這樣可以保持加熱腔內(nèi)的溫度不變；5)機(jī)械應(yīng)力通過(guò)激振器產(chǎn)生，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出方式和功率放大器的增益，可以控制激振力的大小和振動(dòng)加速度的大小，采用位移測(cè)量?jī)x監(jiān)視振動(dòng)位移的大小，示波器用來(lái)監(jiān)視振動(dòng)加速度的大小；激振力的變化范圍為0～500N，振幅800μm～5000μm，可以根據(jù)不同的老化試樣選擇不同的激振力和振幅大?。?)通過(guò)改變信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)方式，可以改變輸出激振力的方式；7)通過(guò)對(duì)線棒試樣加熱和冷卻來(lái)模擬冷熱循環(huán)產(chǎn)生的熱機(jī)應(yīng)力，即通過(guò)定時(shí)閉合和切斷加熱電源來(lái)控制加熱和冷卻速度，每個(gè)周期完成一次加熱和冷卻循環(huán)，可以根據(jù)需要設(shè)定冷熱循環(huán)的周期，也可以在某個(gè)溫度區(qū)間冷熱循環(huán)；8)在進(jìn)行多因子老化時(shí)，電、熱和機(jī)械應(yīng)力同時(shí)施加在試樣線棒上，同時(shí)定時(shí)加熱和冷卻模擬熱機(jī)械應(yīng)力，這樣實(shí)現(xiàn)四因子同時(shí)老化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)大型電機(jī)定子線棒多因子老化裝置及老化方法，可用于研究定子線棒絕緣的老化規(guī)律、壽命試驗(yàn)及質(zhì)量分析。本發(fā)明的裝置可對(duì)老化的電機(jī)線棒同時(shí)施加電、熱、機(jī)械和熱機(jī)老化應(yīng)力，以達(dá)到既加速試樣老化，又不破壞試樣老化機(jī)理，真實(shí)模擬電機(jī)線棒試樣的老化過(guò)程。電老化因子由升壓變壓器提供，熱老化因子由加熱板提供，溫控儀控制熱老化溫度；機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力由激振器提供，可調(diào)節(jié)輸出激振力和振幅以滿足不同的老化要求，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出波形可改變激振力的方式。通過(guò)加熱和冷卻循環(huán)模擬電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力，可定時(shí)冷熱循環(huán)，也可在某個(gè)溫度區(qū)間冷熱循環(huán)。本裝置四種加速老化應(yīng)力可任意組合，可滿足不同線棒試樣的老化要求。
文檔編號(hào)H02K15/00GK1402413SQ0213942
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者謝恒堃, 樂(lè)波, 宋建成, 盧偉勝 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)