專利名稱：檢測(cè)電機(jī)中電刷打火和電火花腐蝕的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到電機(jī)中電火花活動(dòng)，特別是電刷火花和例如這種情況下出現(xiàn)在集流環(huán)上的電火花腐蝕，和/或軸承部件間火花擊穿如軸腐蝕火花等的檢測(cè)方法與裝置。
背景技術(shù)：
電機(jī)中的電火花活動(dòng)，例如在發(fā)電機(jī)中激勵(lì)電流通過(guò)的集流環(huán)上以電刷打火形式出現(xiàn)的電火花活動(dòng)，或以軸承部件間火花擊穿形式出現(xiàn)的電火花活動(dòng)，其通常極為危險(xiǎn)，因?yàn)榇嬖陔娀鸹ǜg的危險(xiǎn)。這種電火花活動(dòng)導(dǎo)致了集流環(huán)的磨損加快，這樣就可能過(guò)早地?fù)p壞觸頭，因此可能過(guò)早地?fù)p壞激勵(lì)電場(chǎng)乃至整個(gè)電機(jī)。軸承的電火花腐蝕造成軸承的損壞并引起與無(wú)噪運(yùn)轉(zhuǎn)和磨損等相關(guān)的諸多問(wèn)題。因此，重點(diǎn)需要及時(shí)地監(jiān)測(cè)與鑒別電機(jī)中的電火花活動(dòng)，以便一旦出現(xiàn)這種有害活動(dòng)時(shí)能夠作出快速反應(yīng)，或者甚至在有害電火花活動(dòng)出現(xiàn)之前就可能借助長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)能夠?qū)嵤┣‘?dāng)?shù)牟襟E。
舉例來(lái)說(shuō)，US3,653,019，US4,058,804，US4,163,227和US4,451,786說(shuō)明了監(jiān)測(cè)電刷打火的方法和測(cè)試設(shè)備。在這些設(shè)備中，監(jiān)測(cè)信號(hào)直接在電刷處引出。這些文件的主要目的是將由電刷打火所引起的(有用)信號(hào)與(干擾)信號(hào)加以區(qū)別。為了觀測(cè)這些信號(hào)，必須按照這些文件在電刷上設(shè)置特定的引出點(diǎn)。在這方面，應(yīng)當(dāng)特別參照例如US4,058,804，其圖2A詳細(xì)地表示出在這方面相關(guān)的典型信號(hào)以及有用信號(hào)和干擾信號(hào)的組合。干擾信號(hào)在這種情況下為從靜態(tài)勵(lì)磁裝置產(chǎn)生的干擾信號(hào)以及與有用信號(hào)相同頻率范圍內(nèi)所出現(xiàn)的干擾信號(hào)。這樣，所謂的“選通”方法基本上是用來(lái)抑制干擾信號(hào)，也就是說(shuō)，在這種方法中，使用能夠逐一鑒別周期性出現(xiàn)的干擾信號(hào)尖峰以便防止干擾信號(hào)到達(dá)檢測(cè)級(jí)(消隱)或只是在出現(xiàn)干擾信號(hào)后的某一特定時(shí)間之后打開實(shí)際觀測(cè)窗(以防止檢測(cè)與干擾信號(hào)相關(guān)聯(lián)的瞬時(shí)擾動(dòng))。
此外，應(yīng)當(dāng)引用US4,577,151，其中通過(guò)為這一用途而必須專門設(shè)置的天線裝置來(lái)檢測(cè)電刷打火。在這種情況下，天線安排在集流環(huán)附近。將由天線所接收的射頻信號(hào)傳送到射頻放大器，進(jìn)行解調(diào)，然后傳送到檢測(cè)器，在檢測(cè)器中進(jìn)行分析找出表征電刷打火的分量。這個(gè)文件還涉及到一個(gè)比較老的系統(tǒng)，其中使用照相機(jī)來(lái)記錄電火花閃光。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電火花活動(dòng)檢測(cè)裝置，其缺點(diǎn)是，輸出技術(shù)意味著必須安裝電刷所特有的耦合裝置(例如高可靠性電容)以及相應(yīng)的輸出線路。使用天線還要求設(shè)置專門的部件，其還必須以適當(dāng)?shù)姆绞桨惭b。與用來(lái)抑制干擾信號(hào)的“選通”相連帶的一個(gè)問(wèn)題是在干擾消隱期間不能進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)時(shí)間可能占可用總時(shí)間的很大一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以提供檢測(cè)電機(jī)中電火花活動(dòng)的方法和裝置為目的，該裝置高度靈敏同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可以以低成本生產(chǎn)。
通過(guò)測(cè)量和分析軸電壓和/或軸電流以檢測(cè)電火花活動(dòng)來(lái)達(dá)到本發(fā)明這一目的。
例如，如在文件EP-A1-0 271 678以及其后的文件DE-A1-197 42622中所述，軸電壓和軸電流可能出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸上，發(fā)電機(jī)通常是燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的一部分，由于各種原因，其頻譜從直流直至與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相關(guān)的頻率或者至發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的頻率。
由于發(fā)電機(jī)軸周邊區(qū)域中的磁不平衡，發(fā)電機(jī)軸上的靜電電荷，通過(guò)電容耦合將軸電壓輸入到發(fā)電機(jī)軸的外部電場(chǎng)，或轉(zhuǎn)動(dòng)軸中的剩磁以及(因生產(chǎn)而產(chǎn)生的)轉(zhuǎn)動(dòng)軸中的剩余磁化都能夠產(chǎn)生軸電壓和軸電流。
從根本上說(shuō)，軸電壓和軸電流代表著對(duì)發(fā)電機(jī)各部件所造成的一種危險(xiǎn)，如果不把它們減低到可容許的水平，其就能夠造成發(fā)電機(jī)的損壞。為此，在過(guò)去已經(jīng)對(duì)發(fā)電機(jī)軸采取了專門的預(yù)防措施，例如在發(fā)電機(jī)的外驅(qū)動(dòng)端設(shè)置絕緣間隙以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)端的電刷將發(fā)電機(jī)軸接至地電位。為了減低這些電刷上的負(fù)荷，已經(jīng)建議借助滑動(dòng)觸頭并通過(guò)電容將發(fā)電機(jī)軸AC耦合到外驅(qū)動(dòng)端的地電位。
不過(guò)，軸電壓和軸電流還可以用來(lái)監(jiān)測(cè)使用軸接地時(shí)的功能可靠性和穩(wěn)定性。最初曾引用的文件EP-A1-0 271 678在這方面詳細(xì)說(shuō)明了一種監(jiān)測(cè)評(píng)估電路，該電路通過(guò)接入與耗散電容并聯(lián)的電阻在發(fā)電機(jī)的外驅(qū)動(dòng)端建立了一個(gè)直流通路并評(píng)估了流過(guò)這一通路電流中電機(jī)所特有的頻率分量。RC組合在軸與地電位間形成一個(gè)可靠鏈路，這不僅減低了靜電電荷而且把低頻和較高頻電壓降低至對(duì)軸承來(lái)說(shuō)是安全的水平，同時(shí)把軸承中的任何電流都限制在安全數(shù)值。并聯(lián)電阻的插入甚至形成了驅(qū)動(dòng)端電阻性接地的冗余。
另一建議(DE-A1-197 42 622)涉及到流過(guò)發(fā)電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)端接地段的軸電流的測(cè)量以及該軸電流頻率的確定，據(jù)此就可以推斷出軸電流的成因。
然而，本發(fā)明的本質(zhì)在于其顯示出軸電流和/或軸電壓不僅包含根據(jù)EP-A1-0 271 268涉及軸接地適用性和功能可靠性的上述信息，而且包含根據(jù)還必須引證的EP-A2-0 391181關(guān)于轉(zhuǎn)子線圈短路的信息，同時(shí)這些信號(hào)還包含關(guān)于電機(jī)中電火花流動(dòng)的信息。因此可能省去專門為測(cè)量這種電火花活動(dòng)而必須設(shè)置的常規(guī)裝置并使用可能業(yè)已存在的接地裝置來(lái)測(cè)量軸電壓和/或軸電流以監(jiān)測(cè)適用性和轉(zhuǎn)子線圈短路，以及利用以這種方式所得到的數(shù)據(jù)來(lái)得出關(guān)于電機(jī)中電火花活動(dòng)的結(jié)論。這樣軸電流和/或軸電壓的測(cè)量就是為確定這種電火花活動(dòng)的一種適合于長(zhǎng)期觀測(cè)的靈敏方法。
從根本上說(shuō)，這種方法所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是能夠測(cè)量軸上的所有電火花活動(dòng)(軸電火花)例如通過(guò)軸承架的放電，因而不只是能夠測(cè)量?jī)H一種特定類型的電火花活動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明方法的第一種優(yōu)選實(shí)施方案，電火花活動(dòng)為電刷打火，也就是說(shuō)集流環(huán)上的電火花和/或軸承部件間的火花擊穿，特別是軸腐蝕電火花。在這種情況下，不只是能夠測(cè)定特定形式電火花活動(dòng)的存在而且能確定這一活動(dòng)的時(shí)序和強(qiáng)度。這樣，對(duì)軸電壓和/或軸電流的分析來(lái)說(shuō)尤其可取的是測(cè)量并記錄信號(hào)隨時(shí)間的變化以及分析其隨時(shí)間的變化。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，通過(guò)在軸上第一點(diǎn)設(shè)置低阻抗接地和在軸上第二點(diǎn)設(shè)置高阻抗RC組件來(lái)測(cè)量軸電壓和/或軸電流，通過(guò)該RC組件將軸電壓和/或軸電流引出并在分析設(shè)備中對(duì)其進(jìn)行分析。
此外，為了能夠確定電火花活動(dòng)沿軸的位置，除了通過(guò)RC組件測(cè)量軸電壓和/或軸電流以外，最好還能夠通過(guò)低阻抗接地引出軸電壓和/或軸電流并在分析設(shè)備中對(duì)其進(jìn)行分析。
由于因電火花活動(dòng)所引起的大多數(shù)信號(hào)其頻率范圍至少在500kHz以上，通常甚至在700kHz以上或甚至在1MHz以上的信號(hào)，故可以使將要提供給分析設(shè)備的上述信號(hào)，或可能是兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)在分析前通過(guò)一個(gè)信號(hào)濾波器(高通濾波器)而把與電火花活動(dòng)無(wú)關(guān)的其他信號(hào)去掉。這個(gè)濾波器最好是可變、脈沖波前陡峭的帶通濾波器，尤其最好是其通帶寬度約在500kHz，而且其中頻可調(diào)諧到500kHz-50MHz。
在這種情況下，最好對(duì)合成信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行其所含頻率調(diào)制和/或幅度調(diào)制的研究。這樣最好是在用與電源周期或與軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步(相分辨測(cè)量)的載波頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)或下行混合之后再對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。這樣就能夠?qū)?lì)磁電刷鏈路上的轉(zhuǎn)動(dòng)同步振痕或測(cè)量參考點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。
根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施方案，軸電壓和/或軸電流的測(cè)量與相位終端的局部放電測(cè)量相對(duì)等。這就使得關(guān)于電火花活動(dòng)情況的標(biāo)準(zhǔn)分析，特別是關(guān)于電火花活動(dòng)的定位得以簡(jiǎn)化。因而可以很容易得出相位終端的活動(dòng)與電火花活動(dòng)之間的因果關(guān)系，并且能夠把因定子流組中局部放電而引起的脈沖與軸上的電火花活動(dòng)予以區(qū)別，或者是補(bǔ)充局部放電的測(cè)量結(jié)果。
根據(jù)另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，在信號(hào)通過(guò)如上所述的高通濾波器之后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化。然后，要么可能在匹配的選通之后對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析處理以便抑制干擾信號(hào)表征電火花活動(dòng)的尖峰，要么在所有情況下對(duì)信號(hào)各段進(jìn)行博里葉變換并對(duì)頻譜中相應(yīng)的性能特點(diǎn)進(jìn)行分析。通常，該干擾信號(hào)為因?qū)Πl(fā)電機(jī)激勵(lì)電壓整流而產(chǎn)生的硅可控整流器脈沖，它同樣可以在射頻范圍內(nèi)產(chǎn)生，特別是它也能夠引起同樣的干擾擾動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明方法的其他優(yōu)選實(shí)施方案在所附的權(quán)利要求中予以說(shuō)明。本發(fā)明還涉及到實(shí)施如上述已說(shuō)明之方法的裝置。裝置的特色特別在于軸電壓是通過(guò)滑動(dòng)觸頭引出，最好是通過(guò)現(xiàn)有的接地裝置引出。信號(hào)的射頻分量借助耦合阻抗來(lái)輸出并進(jìn)一步進(jìn)行處理。
在另一實(shí)施方案中，在軸上第一點(diǎn)為軸設(shè)置一個(gè)低阻抗接地而在軸上第二點(diǎn)為其設(shè)置一個(gè)高阻抗RC組件。軸電壓和/或軸電流通過(guò)RC組件引出并在分析設(shè)備中對(duì)其表征軸上火花活動(dòng)的分量進(jìn)行分析。為了能夠?qū)﹄娀鸹ɑ顒?dòng)進(jìn)行更準(zhǔn)確的定位，低阻抗接地對(duì)軸上接觸裝置具有低電阻而對(duì)地具有高電阻也是有利的，而保險(xiǎn)絲則與高電阻相并聯(lián)。除了通過(guò)RC組件測(cè)量軸電壓和/或軸電流以外，還要通過(guò)低阻抗接地將軸電壓和/或軸電流引出并在分析設(shè)備中對(duì)其進(jìn)行分析。
因?yàn)橛捎陔娀鸹ɑ顒?dòng)的作用，信號(hào)通常為射頻信號(hào)，故分析設(shè)備最好還能夠有一個(gè)高通濾波器，使得要供給分析設(shè)備的一個(gè)信號(hào)，或可能兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)在分析之前通過(guò)此濾波器。這樣，高通濾波器的特性就應(yīng)當(dāng)是可調(diào)的且應(yīng)具有陡峭的前沿，特別最好是其通帶的可調(diào)下限在20kHz-1MHz或直至5MHz，而上限則在40MHz左右(例如帶寬約300kHz可調(diào)的帶通濾波器)。
代替RC組件上的實(shí)際測(cè)量，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)RC組件具有一個(gè)用于軸上接觸裝置的保險(xiǎn)絲并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的電容以及與其并聯(lián)的電阻來(lái)接地是有利的，需要時(shí)在地和電容或電阻之間設(shè)置一個(gè)測(cè)量電阻(分流電阻)，軸電壓通過(guò)此一個(gè)或多個(gè)電容引出，而軸電流則通過(guò)該測(cè)量電阻引出。
在這種情況下，最好是檢測(cè)所測(cè)量的軸電壓和/或所測(cè)軸電流隨時(shí)間的變化并將其供給至分析設(shè)備，該分析設(shè)備具有信號(hào)(電壓，電流)的數(shù)字化裝置，數(shù)字化信號(hào)的傅里葉變換裝置，以及變換后數(shù)據(jù)的頻譜顯示裝置，同時(shí)對(duì)電火花活動(dòng)的存在，性質(zhì)和強(qiáng)度自動(dòng)地加以測(cè)定，并以簡(jiǎn)化的形式，特別是最好還能以專門標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的數(shù)字形式予以顯示。這些標(biāo)準(zhǔn)在這種情況下就是時(shí)域中的特性信號(hào)，或各個(gè)電火花活動(dòng)的特征頻譜特性。
根據(jù)本發(fā)明裝置的其他優(yōu)選實(shí)施方案在所附權(quán)利要求中予以說(shuō)明。


利用典型實(shí)施方案并結(jié)合附圖將對(duì)本發(fā)明予以更詳細(xì)的說(shuō)明。此單一附圖示出了測(cè)量軸電壓Us(t)和/或軸變流Is(t)隨時(shí)間(t)變化之測(cè)量裝置的概要圖解說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
附圖表示出一套燃?xì)廨啓C(jī)裝置的概要圖解說(shuō)明，其中兩臺(tái)汽輪機(jī)1安裝在發(fā)電機(jī)4的兩端，兩臺(tái)汽輪機(jī)1也像發(fā)電機(jī)4一樣安裝在一個(gè)公共軸2上。在這種情況下，這兩臺(tái)汽輪機(jī)應(yīng)當(dāng)看成是例如只有一臺(tái)汽輪機(jī)，而且還可能是只安裝此一臺(tái)汽輪機(jī)。為了能夠使發(fā)電機(jī)4與汽輪機(jī)1例如在加速期間脫開，通常配置有允許汽輪機(jī)1與發(fā)電機(jī)4在機(jī)械上斷開的聯(lián)軸器。
軸2固定在至少兩個(gè)軸承3上。軸承3中的油膜使軸2與同地相連接的軸承3相絕緣。不過(guò)，這一絕緣在軸2上出現(xiàn)電壓尖峰時(shí)常常會(huì)破壞，而且會(huì)引發(fā)電腐蝕問(wèn)題。集流環(huán)20同樣也在軸2上，通過(guò)集流環(huán)20輸入勵(lì)磁線圈的供電。
如在引言中已經(jīng)提到的那樣，像上述情況一樣由于種種原因在發(fā)電機(jī)4的軸上產(chǎn)生出軸電壓和軸電流，其頻譜從直流直至與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相關(guān)的頻率，或到發(fā)電機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的頻率。
特別是，由于軸2周邊區(qū)域中的磁不平衡，軸2上的靜電電荷，將軸電壓通過(guò)電容耦合到軸2上的外部電場(chǎng)，或轉(zhuǎn)動(dòng)軸2中的剩磁，以及軸2(因生產(chǎn)而產(chǎn)生)的剩余磁化等都引起軸電壓和/或軸電流。
軸電壓，其通常且在下文中用Us表示，軸電流，其通常且在下文中用Is表示，從根本上說(shuō)，它們代表了對(duì)發(fā)電機(jī)各種部件所構(gòu)成的一種危險(xiǎn)，而且如果不將其減低到容許的水平就能夠?qū)е掳l(fā)電機(jī)的損壞。但是，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明要利用軸電壓和/或軸電流來(lái)仔細(xì)分析和檢測(cè)電機(jī)中的電火花活動(dòng)。
為此，將一個(gè)低阻抗地5，例如所謂的DE組件(驅(qū)動(dòng)端組件)接到發(fā)電機(jī)4一端的軸2，這就基本上保證了軸2至地8的可靠接地。在發(fā)電機(jī)4的另外一端，將與分析設(shè)備7連接的所謂RC組件6(R表示電阻，C表示電容)的一端與軸2相連接，在另一端與地9相連接。
DE組件5通過(guò)一個(gè)接觸裝置與軸2相連接。接觸裝置10最好為一銅網(wǎng)，其與軸2形成滑動(dòng)電接觸。DE組件5首先通過(guò)在接觸裝置10與地8之間接入一低電阻12而對(duì)地8具有一個(gè)低阻抗。電阻12的電阻值R通常在1-50歐姆。這樣DE組件5就首先保證了軸2的低阻抗接地。為了防止軸2中可能不希望的強(qiáng)電流能通過(guò)低阻抗直接流逝入地8，將與電阻12串聯(lián)的一個(gè)保險(xiǎn)絲14設(shè)置成與第二個(gè)電阻，高電阻13相并聯(lián)。這就保證了軸2上不希望的電流浪涌不致造成與地8的低阻抗連接，因?yàn)檫@一電流受到了電阻13的限制。保險(xiǎn)線14通常是例如惰性型的2A/250V保險(xiǎn)絲，其可很易從外面更換，而電阻13的電阻值R則在100-1000歐姆的范圍。在這種浪涌出現(xiàn)時(shí)，保險(xiǎn)絲14適時(shí)熔斷，故高阻抗13現(xiàn)在是檢驗(yàn)軸2與地8之間總電阻的主要因素。此外，呈電容器形式的電容19與電阻13并聯(lián)設(shè)置。
RC組件6設(shè)置在發(fā)電機(jī)4的另一端。它同樣有與軸2接觸的接觸裝置11，其最好也是呈與軸2電接觸的銅網(wǎng)形式。首先，RC組件6有與軸連接的保險(xiǎn)絲15，其通常為惰性型2A的保險(xiǎn)絲(此保險(xiǎn)絲也用于防止這種情況下強(qiáng)電流的影響)，與其串聯(lián)的有電阻16以及電容17，電容17同樣也呈電容器形式，其與電阻16并聯(lián)設(shè)置。在總的通用形式中，與電容17并聯(lián)設(shè)置的電阻16，其電阻值R在100-10,000歐姆。電容17的典型電容值C在1-30μF。
現(xiàn)在從電容17或電阻16的兩端引出軸電壓URCs(t)隨時(shí)間的變化，并通過(guò)同軸電源送至分析設(shè)備7。在地9與由電阻16和電容17所組成的并聯(lián)裝置之間還連接一個(gè)測(cè)量電阻18(分流電阻)，這樣可以計(jì)算出軸電流IRCs(t)并且也可以根據(jù)測(cè)量電阻兩端出現(xiàn)的電壓降進(jìn)行說(shuō)明。這個(gè)信息還通過(guò)同軸電纜傳送到分析設(shè)備7。
軸電壓UDEs(t)和軸電流IDEs(t)也可以通過(guò)DE組件5引出。軸電壓在這種情況下從電阻12兩端引出，而在地8的上行也再設(shè)置一個(gè)測(cè)量電阻18來(lái)引出軸電流，在此情況下就可以計(jì)算出軸電流IDEs(t)并且還可以利用測(cè)量電阻兩端出現(xiàn)的電壓降予以說(shuō)明。這一信息也通過(guò)同軸電源傳送到分析設(shè)備7。
對(duì)兩個(gè)組件5和6軸電壓和軸電流的測(cè)量能夠通過(guò)比較其數(shù)值給出電火花活動(dòng)的粗略定位。
所測(cè)得的軸電壓隨時(shí)間的變化Us(t)和測(cè)得的軸電流隨時(shí)間的變化Is(t)現(xiàn)在就包含有關(guān)于電機(jī)中通常所不希望的各種電火花活動(dòng)的信息。因此，如依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所知道的那樣，使用這些測(cè)量變量來(lái)測(cè)量與通過(guò)直接耦合至電刷或利用天線所得知的信號(hào)相似的那些信號(hào)。
評(píng)估軸電流和/或軸電壓能夠?qū)鳝h(huán)20上的電刷打火(以及與電刷打火相關(guān)聯(lián)的電火花腐蝕)作出早期診斷，這一診斷顯然是以如US4,163,227中所說(shuō)明和圖解的那些信號(hào)形式。但是，除此之外，還可以診斷軸2上的其他電火花活動(dòng)，如軸承3上的電火花腐蝕。這兩種情況與軸電壓中的特性尖峰和軸電流中的浪涌有關(guān)。由于代表電火花活動(dòng)的這些信號(hào)是射頻信號(hào)，也就是該信號(hào)頻率范圍通常在500kHz以上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在評(píng)估設(shè)備22中進(jìn)行實(shí)際分析之前使電壓和/或軸電流通過(guò)一個(gè)信號(hào)濾波器21是有利的，信號(hào)濾波器呈帶通濾波器形式。能夠含蓋有用信號(hào)作為干擾信號(hào)的換向信號(hào)(硅可控整流器脈沖)通常頻率相當(dāng)?shù)?。此外，其他干擾信號(hào)也能以這種方式加以抑制。特別是，濾波作用還使得能夠在硅可控整環(huán)脈沖截止的時(shí)間段中觀察電火花活動(dòng)。這個(gè)帶通濾波器21是一個(gè)通帶可選的接收器，解調(diào)器和放大器，其具有陡峭的前沿且可調(diào)節(jié)。可調(diào)意指其能夠覆蓋的頻率范圍在20kHz-40MHz，中頻可變，而帶寬為例如300kHz。在此處所提到的范圍內(nèi)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少20kHz的下限是可能的。在這種情況下，通?？苫旧习汛颂幧婕暗挠杏眯盘?hào)上那些僅在500kHz以上的干擾信號(hào)排出在外。
然后在設(shè)備22中對(duì)通過(guò)帶通濾波器21的信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化，常規(guī)采樣頻率至少在200kHz。接著，如圖中參考符號(hào)24所指示的那樣，可以直接研究信號(hào)在時(shí)域中的特性尖峰。另外，能夠表示與電源頻率Vmains有關(guān)的信號(hào)以便鑒別出周期性連同軸的轉(zhuǎn)動(dòng)(相位分辨率)。
此外，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于時(shí)間信號(hào)Us(t)或Is(t)的傅里葉變換的分析也是一種合適的分析方法。為了提高測(cè)量精度和/或簡(jiǎn)化輸入數(shù)據(jù)的濾波，相應(yīng)的時(shí)間信號(hào)在此情況下也可以與載波信號(hào)相混合并可進(jìn)行傅里葉變換(FFT)。這樣，例如電源頻率也適合用作載波信號(hào)，若需要用于這一目的，其必須直接從電源引出或從某個(gè)其他合適的點(diǎn)引出。如頻域中所代表的數(shù)據(jù)由圖中的參考符號(hào)23表示。
輸入信號(hào)Us(t)(通常其范圍在3V以下)或Is(t)起初在采樣頻率(采樣速率)通常為200kHz的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中進(jìn)行數(shù)字化，然后這個(gè)數(shù)字化的時(shí)間信號(hào)Us(t)或Is(t)分別分段進(jìn)行傅里葉變換。
在這方面，還應(yīng)當(dāng)指出本方法尤其適合于長(zhǎng)期觀測(cè)電氣設(shè)備的工作情況。例如，可以利用電火花活動(dòng)情況中的漸進(jìn)緩慢變化來(lái)減少可能需要的維修工作，并能夠具體地規(guī)劃和實(shí)施適當(dāng)?shù)木S修工作。
附圖標(biāo)記列表1 汽輪機(jī) 18測(cè)量電阻(分流電阻)2 軸 19電容3 軸承 20集流環(huán)4 發(fā)電機(jī) 21信號(hào)濾波器，帶通濾波器5 低阻抗地(驅(qū)動(dòng)端組件， 22評(píng)估設(shè)備DE組件)6 RC組件(高阻抗) 23頻譜7 分析設(shè)備 24信號(hào)隨時(shí)間的變化8 5的地 URCs(t) RC組件上的軸電壓9 6的地 IRCs(t) RC組件上的軸電流105的接觸裝置UDEs(t) DE組件上的軸電壓116的接觸裝置IDEs(t) DE組件上的軸電流12低電阻 Vmains電源頻率13高電阻14保險(xiǎn)絲15保險(xiǎn)絲16電阻17電容
權(quán)利要求
1.電機(jī)中電火花活動(dòng)的檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))進(jìn)行測(cè)量和分析以檢測(cè)電火花活動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1中所要求的方法，其特征在于所述電火花活動(dòng)為電刷打火，特別是在這種情況下出現(xiàn)在集流環(huán)上的電火花和/或軸承部件之間的電火花擊穿，特別是軸腐蝕電火花。
3.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于測(cè)量軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))隨時(shí)間(t)的變化用于分析。
4.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于至少在一個(gè)滑動(dòng)觸頭(10，11)上測(cè)量軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))。
5.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于通過(guò)接地裝置(5，6)測(cè)量軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))。
6.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于在軸(2)的一點(diǎn)設(shè)置一個(gè)高阻抗RC組件(6)，通過(guò)該RC組件(6)引出軸電壓(URCs(t))和/或軸電流(IRCs(t))并在分析設(shè)備(7)中對(duì)其進(jìn)行分析。
7.按權(quán)利要求6中所要求的方法，其特征在于，除了通過(guò)RC組件(6)測(cè)量軸電壓(URCs(t))和/或軸電流(IRCs(t))以外，還要通過(guò)另一個(gè)低阻抗地(5)引出軸電壓(UDEs(t))和/或軸電流(IDEs(t))并在分析設(shè)備(7)中對(duì)其進(jìn)行分析。
8.按權(quán)利要求6或7之一所要求的方法，其特征在于提供給分析設(shè)備(7)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(UDEs(t)，IDEs(t)，URCs(t)，IRCs(t))在分析之前通過(guò)一個(gè)信號(hào)濾波器(21)。
9.按權(quán)利要求8中所要求的方法，其特征在于信號(hào)濾波器(21)為可變，有陡峭前沿的帶通濾波器。
10.按權(quán)利要求9中所要求的方法，其特征在于帶通濾波器(21)其后接一個(gè)幅度解調(diào)器。
11.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于對(duì)相應(yīng)的信號(hào)(Us(t)，Is(t))進(jìn)行研究以確定其是否包含頻率調(diào)制和/或幅度調(diào)制用于分析軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))。
12.按權(quán)利要求11中所要求的方法，其特征在于對(duì)信號(hào)(Us(t)，Is(t))進(jìn)行與電源電壓相位同步的解調(diào)制。
13.按前述權(quán)利要求之一所要求的方法，其特征在于軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))的測(cè)量結(jié)果與在相位終端局部放電的測(cè)量結(jié)果相協(xié)同。
14.按權(quán)利要求8中所要求的方法，其特征在于，在信號(hào)(Us(t)，Is(t))通過(guò)信號(hào)濾波器之后對(duì)其進(jìn)行采樣和數(shù)字化，并且隨后要么可能在針對(duì)抑制干擾信號(hào)的適配選通之后，關(guān)于表征電火花活動(dòng)的尖峰對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析；要么對(duì)信號(hào)各段都進(jìn)行傅里葉變換并在頻譜中分析出相應(yīng)的性能特點(diǎn)。
15.按權(quán)利要求14中所要求的方法，其特征在于，干擾信號(hào)為特別是因發(fā)電機(jī)(4)勵(lì)磁整流而產(chǎn)生的硅可控整流器脈沖。
16.實(shí)施按權(quán)利要求1-12之一所要求方法的裝置。
17.按權(quán)利要求16中所要求的裝置，其特征在于接地組件(6)設(shè)置在軸(2)上的一點(diǎn)，通過(guò)組件(6)引出軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))并在分析設(shè)備(7)中分析出表征電火花活動(dòng)的分量。
18.按權(quán)利要求17中所要求的裝置，其特征在于，在軸(2)上還設(shè)置有低阻抗地(5)，而且這個(gè)地(5)對(duì)軸(2)上的接觸裝置(10)具有低電阻(12)，對(duì)地(8)具有高電阻(13)，而保險(xiǎn)絲(14)與高電阻(13)并聯(lián)設(shè)置，除了通過(guò)接地組件(6)測(cè)量軸電壓(URCs(t))和/或軸電流(IRCs(t))以外，還通過(guò)低阻抗地(5)引出軸電壓(UDEs(t))和/或軸電流(IDEs(t))并在分析設(shè)備(7)中對(duì)其進(jìn)行分析。
19.按權(quán)利要求17或18之一所要求的裝置，其特征在于，分析設(shè)備(7)有一個(gè)信號(hào)濾波器(21)，提供給分析設(shè)備(7)的一個(gè)信號(hào)或多個(gè)信號(hào)(UDEs(t)，IDEs(t)，URCs(t)，IRCs(t))在進(jìn)行分析前要通過(guò)此濾波器(21)。
20.按權(quán)利要求19所要求的裝置，其特征在于，該信號(hào)濾波器(21)為可變前沿陡峭的帶通濾波器，特別是最好其通帶具有可調(diào)的下限從20kHz到1MHz或高至5MHz，而上限在40MHz左右。
21.按權(quán)利要求16-20之一所要求的裝置，其特征在于，接地組件(6)被構(gòu)成為RC組件，該RC組件(6)具有用于軸(2)上接觸裝置(11)的保險(xiǎn)絲(15)并有一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的電容(17)，與這些電容(17)并聯(lián)的還有一個(gè)到地(9)的電阻(16)，在可能的情況下，在地(9)與電容(17)或電阻(16)之間設(shè)置一個(gè)測(cè)量電阻(18)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電容(17)引出軸電壓(Us(t))和/或在測(cè)量電阻(18)兩端引出軸電流(Is(t))。
22.按權(quán)利要求16-21之一所要求的裝置，其特征在于，檢測(cè)出所測(cè)軸電壓(Us(t))和/或所測(cè)軸電流(Is(t))隨時(shí)間的變化并提供給分析設(shè)備(7)，分析設(shè)備(7)有信號(hào)(Us(t)，Is(t))的數(shù)字化裝置，有對(duì)該數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換的裝置，以及變換后數(shù)據(jù)的頻譜顯示裝置，而電火花活動(dòng)的存在，性質(zhì)和強(qiáng)度則可以自動(dòng)地確定，并且以簡(jiǎn)化的形式，特別最好是還可依據(jù)專門標(biāo)準(zhǔn)用數(shù)值形式顯示出來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明涉及到電機(jī)中電火花活動(dòng)的檢測(cè)方法與裝置。測(cè)量軸電壓(Us(t))和/或軸電流(Is(t))并分析其特性分量以便對(duì)火花活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的方法，其利用大部分被認(rèn)為是有害的各個(gè)軸電流，它對(duì)電火花活動(dòng)諸如電火花，電火花腐蝕以及軸承部件間火花放電的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確而適宜。使用現(xiàn)有的接地裝置能夠以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的方式實(shí)施本方法。
文檔編號(hào)H02K19/36GK1695065SQ03825002
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者M·霍貝爾斯伯格, I·柯?；舴?申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司