CN102405582B - 包括转子、定子和在转子与定子之间的空气间隙的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在若干MVA的功率范围内的电机(10)，所述电机(10)尤其为异步电机或同步电机，所述电机(10)包括绕轴线(10)旋转且具有转子叠片堆(12)的转子(19)，所述转子叠片堆(12)由定子的定子叠片堆(14)同心地环绕且利用环形空气间隙(21)与所述定子分开。为了保证所述电机无故障地工作，设置用于监测所述空气间隙(21)的装置(23)，所述监测装置(23)在轴向方向上穿过所述空气间隙(21)，并且用于探测所述转子几何形状的变化和/或在所述空气间隙(21)中出现碎屑。

Description

包括转子、定子和在转子与定子之间的空气间隙的电机

技术领域

本发明涉及电机领域。本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电机。

背景技术

从20MVA到500MVA的功率范围中的双馈异步电机能够用于可变速度的能源生产。这些机器的特点在于转子上的分布式三相绕组。转子绕组包括嵌入转子叠片内的槽中的单个棒。所述单个棒连接在绕组端部中以形成绕组。棒接头的布置是绕所述周缘均匀地分布。由于转子的旋转，所述绕组端部受到离心力，所述绕组端部必须利用绕组端部保持系统机械地紧固以克服所述离心力。原则上，现在已知三种类型的绕组端部保持系统：

1.利用钢顶梁固定，涡轮发电机通常是这种情况。

2.固定，其中，钢缆、索或塑料膜缠绕整个绕组端部。

3.利用螺栓、螺钉或U形托架固定。

这种异步电机10在图1中以高度简化的形式以截面方式再现。它包括转子19，转子19能够绕轴线18旋转并且被定子同心地包围，定子具有包括相应定子绕组的定子叠片堆14和定子绕组端部17。转子19包括中央本体11，中央本体11在每个端部与轴11’合并。中央本体11由转子叠片堆12环绕，转子绕组13在转子叠片堆12中延伸。滑环15用于向转子绕组13供给电流，布置在轴11’中的一个上。圆柱形空气间隙21在轴向方向上延伸穿过所述机器，设置在转子叠片堆12和定子叠片堆14之间。

所述空气间隙能够根据温度、速度和其他可变参数在不同的工作阶段具有不同的几何形状。这些变化不显著地影响所述机器的功能。然而，还能够使转子的几何形状以无法忍受的形式持久地改变或者使碎屑进入所述空气间隙。为了防止随之发生的功能故障和尽可能快地检查所述机器，必需及时探测空气间隙中的这种变化。

发明内容

因此，本发明的目的在于进一步发展在前言中所述种类的电机，从而及时探测所述空气间隙的几何形状的临界变化。

这个目的通过权利要求1的特征的整体实现。根据本发明的解决方案的特征在于设置用于监测所述空气间隙的装置，所述装置在轴向方向上延伸穿过所述空气间隙，并且利用所述装置能够探测所述转子几何形状的变化和/或在所述空气间隙中出现碎屑。

本发明的一个实施例的特征在于，所述监测装置包括在轴向方向上延伸穿过所述空气间隙的监测轨道。

优选地，所述监测轨道平行于所述轴线延伸。

根据这个实施例的改进，所述监测轨道由至少一根紧拉钢线形成。

特别地，在这种情况下，设置用于监测钢线中机械应变的装置。

根据这个实施例的另一改进，所述监测轨道由至少一个光束形成。特别地，在这种情况下，设置用于监测所述光束的完整性的装置。

为了获得更好的分辨率，当跨过所述空气间隙的厚度分布的多个平行光束形成监测轨道时，在这里是有利的。

所述至少一根钢线能够利用悬吊装置固定到所述转子上。

然而，所述至少一根钢线还能够利用悬吊装置固定到所述定子上。

所述至少一个光束能够以相应的方式连接到所述转子且固定成与之旋转。

然而，所述至少一个光束还能够设计成静止的。

附图说明

以下结合附图，参照示例性实施例更详细地解释本发明。在附图中：

图1以高度简化的表示法显示根据现有技术的异步电机的一个截面，所述异步电机具有定子和转子绕组以及在转子与定子之间的空气间隙；

图2显示具有根据本发明第一示例性实施例且固定在转子侧上的监测轨道的根据图1的异步电机；

图3以与图2比较布置的方式显示具有根据本发明第二示例性实施例且固定在转子侧上的监测轨道的异步电机；

图4显示具有根据本发明第三示例性实施例且固定在定子侧上的监测轨道的根据图1的异步电机；

图5以与图4比较布置的方式显示具有根据本发明第四示例性实施例且固定在定子侧上的监测轨道的异步电机；

图6以与图4比较布置的方式显示包括具有高空间分辨率的光学监测轨道的异步电机，所述光学监测轨道固定在定子侧上且由多个光束形成。

具体实施方式

本发明的基本构思在于借助于紧拉钢线形式的监测轨道或光学装置(激光)形式的监测轨道，在早期探测在所述空气间隙中出现碎屑或者转子几何形状变化。相关监测装置产生的信号能够用于保护目的或仅用于监测目的。同时，安装在转子上且固定成与之旋转的系统用于监测所述定子，固定在定子上的系统用于监测所述转子，人们能够区分这两个系统。然而，不仅在异步电机中使用这种系统是有利的，而且在常规同步电机中使用这种系统也是有利的。

图2和图3显示根据本发明的监测系统的第一示例性实施例，用于根据1(图2)的异步电机和用于同步电机(图3)，其中在这里，与图1相比，机器轴线显示为竖向定向。在这两种情况下，监测轨道23平行于所述轴线地穿通位于转子叠片堆12和定子叠片堆14之间的空气间隙21。如已经提及的，监测轨道23能够由承受机械应变的钢线形成，或者由在合适的光学发射器和接受器之间行进的光束形成，并且所述光束在空气间隙中的碎屑或几何形状的变化影响光束时被减弱或完全中断。

图2的示例性实施例从钢线形式的监测轨道23开始。由适当材料(贝纶、凯夫拉尔、铝等)制成的钢线借助于悬吊装置22安装在转子12上，从而，钢线平行于机器轴线18地在空气间隙21中延伸。在这样做时，所述安装能够是固定到转子磁轭或直接附接到磁极端板。钢线中的机械应力被监测。为此，在悬吊装置22上或在钢线本身(用点线显示)上布置应变传感器26，应变传感器26测量钢线中机械应变且向处理单元27输出合适信号。

图3显示具有定子叠片堆12’和悬吊装置22’的同步电机的类似布置。为简化起见，在这里省略了监视装置26、27。

在这里还能使用光学系统代替钢线，所述光学系统例如为激光和合适的感受器。所述光学系统象光栅一样工作。如果定子的零件变松(例如，通风板间隔件)或者如果定子的几何形状发生显著变化，与同转子一起旋转的钢线产生接触，或者与转子一起旋转的光栅被中断。

在图4和图5显示对应于图2和图3中的示例性实施例的其他示例性实施例。在这种情况下，所述钢线或光栅(监测轨道23)固定到定子上。在这样做时，为此所分别需要的悬吊装置24和24’能够直接安装在弹簧夹指上、在空气罩盖上或者定子壳体上(未显示)。其工作原理对应于在图2和图3中固定到转子的监测系统的工作原理。如果转子上的零件变松或者如果转子的几何形状发生显著变化，与钢线产生接触，或者光栅被中断。

对于同步电机20(图5)，所描述的监测系统能够探测转子几何形状的变化，例如电极的径向位置的变化，转子磁轭的不均匀膨胀以及励磁和阻尼绕组的电极接头的变形。

对于双馈异步电机(图4)，还能够监测转子叠片堆的圆度，特别是绕组端部的保持装置。

在所描述的所有情况下，根据图6，能够用多个平行前行的光束23a、23b和23c与合适的光学发射器/接收器25替换射束形状的光栅。在这种情况下，能够逐步地探测空气间隙几何形状的变化和/或物体的不希望的出现。这能够在第一步中例如用于仅发出警报，并且如果情形恶化，用于在紧急的时候停止所述机器。如果根据图6固定在定子上的系统的信号与关键相量(keyphasor)的信号同步，数据的评价允许测量每个单个电极的径向位置。还能够监测转子在不同工作条件下(空载、满载……)的膨胀。

附图标记列表

10      电机(异步电机)

11      中央本体

11’    轴

12、12’转子叠片堆

13      转子绕组

14      定子叠片堆

15      滑环

16      转子绕组端部

17      定子绕组端部

18       轴线

19       转子

20       电机(同步电机)

21       空气间隙

22，22’ 悬吊装置(转子侧)

23       监测轨道(钢线、光束)

23a，b，c光束

24，24’ 悬吊装置(定子侧)

25       光学发射器/接收器

26       应变传感器

27       处理单元

Claims (6)

1.一种在若干MVA的功率范围内操作的电机，所述电机包括：

转子，其配置成绕转子轴线旋转且具有转子叠片堆；

定子，其具有同心地环绕所述转子叠片堆的定子叠片堆，其中，环形空气间隙将所述转子叠片堆与所述定子分开；和

空气间隙监测装置，其在轴向方向上穿过所述空气间隙并且配置成用于探测所述转子的几何形状的变化和在所述空气间隙中出现碎屑中的至少一项；并且所述空气间隙监测装置包括在轴向方向上延伸穿过所述空气间隙的监测轨道，所述监测轨道由至少一根紧拉钢线形成，所述监测轨道平行于所述轴线地延伸。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

设置用于监测所述钢线中机械应变的装置。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，

所述至少一根钢线利用悬吊装置固定到所述定子。

4.一种在若干MVA的功率范围内操作的电机，所述电机包括：

转子，其配置成绕转子轴线旋转且具有转子叠片堆；

定子，其具有同心地环绕所述转子叠片堆的定子叠片堆，其中，环形空气间隙将所述转子叠片堆与所述定子分开；和

空气间隙监测装置，其在轴向方向上穿过所述空气间隙并且配置成用于探测所述定子的几何形状的变化和在所述空气间隙中出现碎屑中的至少一项；并且所述空气间隙监测装置包括在轴向方向上延伸穿过所述空气间隙的监测轨道，所述监测轨道由至少一根紧拉钢线形成，所述监测轨道平行于所述轴线地延伸。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，

设置用于监测所述钢线中机械应变的装置。

6.根据权利要求4或5所述的电机，其特征在于，

所述至少一根钢线利用悬吊装置固定到所述转子。