CN105933182A - 水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台 - Google Patents

水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用来检测水轮发电机采用集电环传输数据时误码率的模拟试验台。试验台包括变频器、拖动电机、联轴器、转轴、轴承、集电环支架、供电集电环、试验集电环、通讯器、电源转换器、碳刷支架、上位机；试验台运行时，调节变频器使试验集电环外圆周线速度达到水轮发电机集电环外圆周线速度，上位机和通讯器之间由碳刷和试验集电环构成通讯通道，上位机发送数据,经传输线进入碳刷，再传入试验集电环，最后到达通讯器，通讯器校验数据，把校验结果传给上位机，上位机对返回数据校验以判断是否正常，连续试验并统计错误通讯次数，计算错误的百分比即通讯误码率，由此判断水轮发电机集电环材质及结构对数据通信的影响，优化水轮发电机的设计。

Description

水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台
技术领域
本发明涉及一种水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台。
背景技术
我国幅员辽阔,水力资源丰富,各条江河上都分布着许多水电站,在水轮发电机组中,转子上的参数如磁极温度、冷却风量等数据是表征机组运行状况的重要数据，将这些数据传输给上位机可以采用集电环与碳刷联接的方式，由于这些数据对机组健康状况的影响较大，所以这些数据的可靠性就极为重要，目前国内国际上都没有针对这种通讯方式的误码率进行专门的研究工作。
发明内容
本发明的目的是公开一种用来检测水轮发电机采用集电环进行数据通讯时误码率的模拟试验台，试验台能够模拟水轮发电机运行状态，对不同材质的集电环和不同牌号的碳刷进行组合试验，检测出每种组合的通讯误码率，判断水轮发电机集电环材质及结构对数据通信的影响，优化水轮发电机的设计。本发明的技术方案为：一种水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台，其特征是：集电环支架(9)套装固定在转轴(4)上，转轴(4)支承在机架两侧的轴承(5)上，拖动电机(2)输出轴安装联轴器(3),联轴器(3)与转轴(4)固定连接，电源转换器(12)和通讯器(11)均安装在集电环支架(9)上随集电环支架(9)一起转动，集电环支架(9)两侧分别安装二个供电集电环(8)、二个试验集电环(10)，供电集电环(8)、二个试验集电环(10)均由拉紧螺杆(6)、锁紧螺母(7)固定在集电环支架(9)上，二组碳刷支架(13)沿着转轴(4)径向方向安装在集电环支架(9)两侧并以转轴(4)中心线作对称分布，每个碳刷支架(13)上由刷架拉紧螺杆(15)固定四个刷握支架(16)，每个刷握支架(16)上均安装二个碳刷(14)，碳刷(14)相对转轴(4)中心线成90°分布，四个刷握支架(16)中的二个与二个供电集电环(8)位置相对应，另外二个刷握支架(16)与二个试验集电环(10)位置相对,供电电源由碳刷(14)连接到供电集电环(8)，供电集电环(8)通过连线连接到电源转换器(12)，转换成直流电源供给通讯器(11)，通讯器(11)上的RS485接口连线到试验集电环(10)，试验集电环(10)连接到与之对应的碳刷(14)，碳刷(14)连线到上位机U1，由此构成通讯通道。
本发明的工作原理：
调节变频器(1)的输出，使试验集电环(10)的圆周线速度与水轮发电机真机集电环的圆周线速度一致，电源转换器(12)从供电集电环(8)取得交流220伏电源，转换成直流电源后供给通讯器(11)；上位机U1和通讯器(11)之间经过碳刷(14)和试验集电环(10)构成数据通讯通道，上位机U1记录收发数据的总次数以及出现错误的次数，由此计算通讯错误的百分比，即通讯误码率，进而判断水轮发电机集电环材质及结构对数据通信的影响，优化水轮发电机的设计。
本发明中的试验台可以用来检测不同尺寸、不同转速的水轮发电机采用数据传输集电环进行通讯时的误码率，可以针对不同材质的集电环和不同种类的碳刷进行综合试验，对水轮发电机设计进行优化。
技术效果
本发明中的试验台使用了变频器控制电动机，试验台可以实现0-1500转/分钟的任意转速，试验集电环的设计直径为500毫米，经计算，集电环圆周最大线速度为39.3米/秒，而目前水轮发电机的集电环的圆周线速度都小于这个值，所以本发明中的试验台模拟不同尺寸、不同转速的水轮发电机集电环的圆周线速度。
本发明中采用了集电环与碳刷组合构成通讯通道，在水轮发电机组上，由于机械振动等原因会导致碳刷与集电环的接触点发生变化，进而影响数据通讯效果甚至造成错误。本发明中的试验台中，每个试验集电环同时与4个碳刷接触，进行试验时，可以选择使用1个或几个碳刷，达到模拟真机运行的状态。
本发明中采用的电路连接方式将固定的电源通过碳刷与集电环转换成旋转体上的电源，并将旋转体上的数据信号通过集电环与碳刷转换成固定的信号，为旋转体上的数据采集提供了电力及信号通道。
本发明中的数据传输采用最基本的字节形式传输，数据的验证方式也是对字节进行直接的操作，这样做的好处是能够直接分析信号传输过程中每个字节受到的干扰以及产生的错误，从最基本的信号传输机理上分析信号传输的误码率。
本发明中的试验台上的试验集电环可以更换，集电环的材质对集电环于碳刷间的接触电阻影响很大，因此选用不同的材质进行误码率试验，可以找到误码率最低的集电环材质；试验用的碳刷也可以随时更换，更换不同牌号的碳刷，进行试验，并观测碳刷的磨损量，可以找到耐磨性好、误码率低的碳刷，进而为水轮发电机设计人员提供最优化的设计方案。
附图说明
图1是发明中试验台的机械结构图
图2是碳刷支架的安装结构主视图
图3是碳刷支架安装结构左视图
图4是集电环与碳刷支架的安装位置图
图5是上位机与嵌入式通讯器之间的信息传输通道
具体实施方式
如图1所示，一种水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台，集电环支架9套装固定在转轴4上，转轴四支承在机架两侧的轴承5上，拖动电机2输出轴安装联轴器3,联轴器3与转轴4固定连接，电源转换器12和通讯器11均安装在集电环支架9上随集电环支架9一起转动，集电环支架9两侧分别安装二个供电集电环8、二个试验集电环10，供电集电环8、试验集电环10均由拉紧螺杆6、锁紧螺母7固定在集电环支架9上。
如图2及图3所示，每个碳刷支架13上由刷架拉紧螺杆15固定四个刷握支架16，每个刷握支架16上均安装二个碳刷14，碳刷14相对转轴4中心线成90°分布，四个刷握支架16中的二个与二个供电集电环8位置相对应，另外二个刷握支架16与二个试验集电环10位置相对。
如图4所示，碳刷支架13共有左右两个，二组碳刷支架13沿着转轴4径向方向安装在集电环支架9两侧并以转轴4中心线作对称分布，安装在集电环10圆周外侧，刷握支架16上按90°方向布置两个碳刷14。左右两侧位于同一个集电环10上的碳刷14通过导线直接连接在一起，在电路上这4个碳刷14是同电位点，每个集电环10与4只碳刷14接触。
供电电源由碳刷14连接到供电集电环8，供电集电环8通过连线连接到电源转换器12，转换成直流电源供给通讯器11，通讯器11上的RS485接口连线到试验集电环10，试验集电环10连接到与之对应的碳刷14，碳刷14连线到上位机U1，由此构成通讯通道。
上位机U1将一个字符串数据S1重叠一次，形成数据S2，上位机U1通过RS485接口发送数据S2,S2经过传输线进入碳刷U2，再传入试验集电环U3，通过连线进入到通讯器U4，通讯器U4将接收到的数据S2从中间拆分，分解成两个相同位数的字符串数据S3、S4，然后通讯器U4将字符串数据S3、S4进行比较，如果S3和S4相同则将数据S3按位取反并重叠一次写入字符串数据S5，如果S3和S4不同则将数字0转换为字符串并重叠一次写入字符串数据S5，通讯器U4通过RS485接口向外发送数据S5，再经过集电环U3、碳刷U2传输到上位机U1,上位机U1接收到数据S5后将S5从中间分解，得到两个相同的数据S6、S7，如果S6和S7相同且不为0，则记录一次正常通信，如果S6和S7不同或者S6为0，则记录一次错误通信，然后进行下一次数据传输，如此周而复始连续收发数据。长时间收发数据，记录正常通信次数与错误通信的总次数，从而计算出通讯的误码率。
选用不同的材质进行误码率试验，可以找到误码率最低的集电环材质；更换不同牌号的碳刷，进行试验，并观测碳刷的磨损量，找到耐磨性好、误码率低的碳刷，进而为水轮发电机设计人员提供最优化的设计方案。

Claims (2)

1.一种水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台，其特征是：集电环支架(9)套装固定在转轴(4)上，转轴(4)支承在机架两侧的轴承(5)上，拖动电机(2)输出轴安装联轴器(3),联轴器(3)与转轴(4)固定连接，电源转换器(12)和通讯器(11)均安装在集电环支架(9)上随集电环支架(9)一起转动，集电环支架(9)两侧分别安装二个供电集电环(8)、二个试验集电环(10)，供电集电环(8)、二个试验集电环(10)均由拉紧螺杆(6)、锁紧螺母(7)固定在集电环支架(9)上，二组碳刷支架(13)沿着转轴(4)径向方向安装在集电环支架(9)两侧并以转轴(4)中心线作对称分布，每个碳刷支架(13)上由刷架拉紧螺杆(15)固定四个刷握支架(16)，每个刷握支架(16)上均安装二个碳刷(14)，碳刷(14)相对转轴(4)中心线成90°分布，四个刷握支架(16)中的二个与二个供电集电环(8)位置相对应，另外二个刷握支架(16)与二个试验集电环(10)位置相对,供电电源由碳刷(14)连接到供电集电环(8)，供电集电环(8)通过连线连接到电源转换器(12)，转换成直流电源供给通讯器(11)，通讯器(11)上的RS485接口连线到试验集电环(10)，试验集电环(10)连接到与之对应的碳刷(14)，碳刷(14)连线到上位机U1，由此构成通讯通道。
2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子参数监测系统信息传输模拟试验台，其特征是：上位机U1将一个字符串数据S1重叠一次，形成数据S2，上位机U1通过RS485接口发送数据S2,S2经过传输线进入碳刷U2，再传入试验集电环U3，通过连线进入到通讯器U4，通讯器U4将接收到的数据S2从中间拆分，分解成两个相同位数的字符串数据S3、S4，然后通讯器U4将字符串数据S3、S4进行比较，如果S3和S4相同则将数据S3按位取反并重叠一次写入字符串数据S5，如果S3和S4不同则将数字0转换为字符串并重叠一次写入字符串数据S5，通讯器U4通过RS485接口向外发送数据S5，再经过集电环U3、碳刷U2传输到上位机U1,上位机U1接收到数据S5后将S5从中间分解，得到两个相同的数据S6、S7，如果S6和S7相同且不为0，则记录一次正常通信，如果S6和S7不同或者S6为0，则记录一次错误通信，然后进行下一次数据传输，如此周而复始连续收发数据。长时间收发数据，记录正常通信次数与错误通信的总次数，从而计算出通讯的误码率。
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