CN106970326A - 微特电机的定子铁心故障判断测控系统及判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种微特电机的定子铁心故障判断测控系统及判断方法，属于电机控制领域。本发明的目的是解决发电机定子铁芯绝缘损伤影响定子铁芯本身及破坏故障点附近定子线棒绝缘性，导致线棒内部放电加剧，进而引起定子绕组相间短路与接地故障的问题。本发明的测控系统包括：主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块。本发明的微特电机定子铁心故障判断方法利用主控板模块给激励源模块的铁芯充电，使其内部产生变化的磁场，信号采集模块将磁场变化转变为电信号，该电信号经信号传输模块输入到主控板中进行处理，获取表征涡流磁场的电压信号，根据涡流电压信号的信号特征参量，锁定故障区域和确定损伤程度。

Description

微特电机的定子铁心故障判断测控系统及判断方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种微特电机的定子铁心故障判断测控系统及判断方法。

背景技术

发电机的定子铁芯是发电机整体结构中的重要组成部分，它起着提供磁回路、支撑发电机整体、固定定子绕组线圈的重要作用。发电机定子铁芯绝缘是否良好是影响发电机正常运行的重要因素之一。当定子铁芯的硅钢片之间的绝缘出现损伤问题时，将使硅钢片绝缘损伤处产生涡流，该涡流会由故障处沿硅钢片表面流动，并与定位筋或穿心螺杆构成闭合回路，由此引起定子铁芯内部发热。如果该故障不能得到及时有效的解决，涡流处引起的热量会进一步加重绝缘损伤情况，导致更为严重的发热，由此构成恶性循环。定子铁芯绝缘损伤不但影响定子铁芯本身，严重时还会破坏故障点附近定子线棒绝缘性，致使线棒内部放电加剧，进而引起定子绕组相间短路与接地故障的发生。

发明内容

本发明的目的是为解决发电机定子铁芯绝缘损伤影响定子铁芯本身及破坏故障点附近定子线棒绝缘性，致使线棒内部放电加剧，进而引起定子绕组短路接地故障的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：所述微特电机的定子铁心故障判断测控系统包括：主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块；

所述主控板模块：包括主控板和用于给主控板供电的电源；

所述激励源模块：包括依次连接的第一可控放大电路、供电电缆线和铁芯；所述第一可控放大电路还与主控板连接，第一可控放大电路的参数受主控板控制；

所述信号采集模块：包括相连接的探测器和采样电路；所述探测器为活动端，用于采集铁芯各位置的磁通量变化信号，采样电路用于将磁通量采样信号传递给信号传输模块；

所述信号传输模块：包括依次连接的第一跟随电路、第二可控放大电路、第二跟随电路、带通滤波器和A/D转换器；所述第一跟随电路用于接收来自采用电路的信号，再经过第二可控放大电路放大、第二跟随电路保持、带通滤波器滤波后，由A/D转换器完成模数转换，最后传递给主控板模块；其中，第二可控放大电路与带通滤波器均与主控板连接，第二可控放大电路与带通滤波器的参数受主控板控制；

所述数据处理模块：包括计算机，用于接收和处理主控板采集到的数据。

所述监测模块：包括示波器，用于实时监测涡流磁场的电压信号的变化。

进一步地，所述探测器由缠绕漆包线的环状锌锰氧化体构成。

进一步地，所述主控板采用STM32控制芯片。

进一步地，所述主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块设置在密闭金属铜板构成的保护壳内。

所述的微特电机的定子铁心故障判断测控系统的故障判断方法包括以下步骤：

步骤a、主控板控制第一可控放大电路，给供电电缆线充电，在铁芯中形成磁通量大小能够调节的磁场；

步骤b、探测器在铁芯心表面的各个位置移动，接收变化的磁通量，产生感应电动势，将磁通量的变化转化为电信号，输入到采样电路；

步骤c、采样电路输出的电信号经过放大，滤波，A/D转换操作，输入到主控板中进行处理，获取表征涡流磁场的电压信号；

步骤d、将步骤c中获取的大量涡流电压信号的信号特征参量输入到计算机的LABVIEW软件中，根据产生异常信号的位置，锁定故障区域，确定损伤程度，在计算机中生成铁芯的健康报告和损伤部位的图像。

进一步地，在故障区域锁定范围过大的情况下，完成步骤a～d后，执行步骤e、缩小故障区域锁定范围；具体为：主控板将继续对可控放大电路发出放大指令，对信号进行放大，信号传输给电缆线，电缆线的信号变大，铁芯的磁通量会变得更大，进而重新获取故障区域并锁定。

进一步地，所述的步骤e执行两次或多次。

有益效果：

本发明通过给供电电缆线充电，在铁芯中形成可调节大小的磁通量，探测器在铁芯心表面的各个位置移动，接收变化的磁通量，产生感应电动势，将磁通量的变化转化为电信号，通过捕捉电信号的异常，能够及时检测出发电机定子铁芯绝缘损伤，避免因绝缘损伤影响定子铁芯本身及破坏故障点附近定子线棒绝缘性，致使线棒内部放电加剧，进而引起的定子绕组相间短路与接地故障。

附图说明

图1本发明的微特电机的定子铁心故障判断测控系统的结构图。

具体实施方式

具体实施方式1：结合图1说明本实施方式，如图1所示，本实施方式的微特电机的定子铁心故障判断测控系统包括：主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块；

所述主控板模块：包括主控板和用于给主控板供电的电源；

所述激励源模块：包括依次连接的第一可控放大电路、供电电缆线和铁芯；所述第一可控放大电路还与主控板连接，第一可控放大电路的参数受主控板控制；

所述信号采集模块：包括相连接的探测器和采样电路；所述探测器为活动端，用于采集铁芯各位置的磁通量变化信号，采样电路用于将磁通量采样信号传递给信号传输模块；

所述信号传输模块：包括依次连接的第一跟随电路、第二可控放大电路、第二跟随电路、带通滤波器和A/D转换器；所述第一跟随电路用于接收来自采用电路的信号，再经过第二可控放大电路放大、第二跟随电路保持、带通滤波器滤波后，由A/D转换器完成模数转换，最后传递给主控板模块；其中，第二可控放大电路与带通滤波器均与主控板连接，第二可控放大电路与带通滤波器的参数受主控板控制；

所述数据处理模块：包括计算机，用于接收和处理主控板采集到的数据。

所述监测模块：包括示波器，用于实时监测涡流磁场的电压信号的变化。

具体实施方式2：本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定所述探测器由缠绕漆包线的环状锌锰氧化体构成，各线圈之间互相绝缘，使得最终感应电动势等于每一线圈中感应电动势的叠加，因此产生的电压信号更强，更便于检测。

具体实施方式3：本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定所述控制板采用STM32控制芯片。

具体实施方式4：本实施方式与具体实施方式1的区别在于，所述主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块设置在密闭金属铜板构成的保护壳内，保护壳隔绝了工作环境会有大量的电流信号和磁场干扰，提高了测量的准确性。

工作原理：

主控板控制可控放大电路，给供电电缆线充电，在铁芯中形成磁通量大小可调节的磁场，探测器在铁芯心表面的各个位置移动，接收变化的磁通量，产生感应电动势，将磁通量的变化转化为电信号，微弱的电压信号经过放大，滤波，A/D转换操作，输入到主控板中进行处理，获取表征涡流磁场的电压信号，并将大量涡流电压信号的信号特征参量输入到计算机的LABVIEW软件中，确定故障区域和估计损伤程度，在计算机中生成铁芯的健康报告和损伤部位的图像。

具体实施方式5：本实施方式的微特电机的定子铁心故障判断方法，包括以下步骤：

步骤a、主控板控制第一可控放大电路，给供电电缆线充电，在铁芯中形成磁通量大小能够调节的磁场；

步骤b、探测器在铁芯心表面的各个位置移动，接收变化的磁通量，产生感应电动势，将磁通量的变化转化为电信号，输入到采样电路；

步骤c、采样电路输出的电信号经过放大，滤波，A/D转换操作，输入到主控板中进行处理，获取表征涡流磁场的电压信号；

步骤d、将步骤c中获取的大量涡流电压信号的信号特征参量输入到计算机的LABVIEW软件中，锁定故障区域，确定损伤程度，在计算机中生成铁芯的健康报告和损伤部位的图像。

具体实施方式6：本实施方式与具体实施方式5的区别之处在于，在故障区域锁定范围过大的情况下，完成步骤a～d后，执行步骤e、缩小故障区域锁定范围；具体为：主控板将继续对可控放大电路发出放大指令，对信号进行放大，信号传输给电缆线，电缆线的信号变大，铁芯的磁通会变得更大，进而重新获取故障区域并锁定。

具体实施方式7：本实施方式与具体实施方式5的区别之处在于，所述的步骤e执行两次或多次，多次执行步骤e后，将锁定故障区域的工作变成锁定故障点的工作，对故障有更精确的判断。

理论基础：

磁场强度H_fe表示定子铁芯虚拟磁回路中的磁场强度。励磁源模块是在较低的磁感应强度下进行的，此时铁芯中磁导率H_fe为空气中磁导率H_air的2000多倍，即H_air＜＜H_fe，由此可以忽略掉铁芯部分磁场强度的积分值，激励源的电流如(1)所示：

∫HdL＝∫H_airdL＝∑I (1)

此时由式(2)可知，对于故障电流的测量值可近似为只与探测器本身的参数及穿过其中的磁场强度有关，而与铁芯部分无关，则探测器微元长度上的磁链为：

dΨ＝μNAH_airdL cosα (2)

式中：μ为空气中磁导率；A为探测器上漆包线的横截面积；N为磁位计上微元长度的漆包线绕组匝数；cosα则为该段横截面积法向量与磁场强度方向夹角的余弦值。将式(2)等号两端积分，可得整个Chattock磁位计上的磁链总和为：

Ψ＝∫dΨ＝μNA∫H_air cosαdL＝μNAI (3)

式中I为探测器对应检测到的电流值的瞬时值。此时对磁位计上磁链总和进行求导，则有:

式中u_coil为探测器中感应到的电压值。由于该电压为工频交流电压，式(4)中的瞬时值可以用有效值来代替，即：

U_coil＝-μNAωI (5)

式中ω为角频率。

探测器所感应到的磁场来自两部分，一部分是故障点涡流所产生的磁场；一部分是探测器中感应到的励磁电缆产生的磁场。由此可知，为了得到故障电流值，需要将探测器获取的电压信号进行分解。

Claims (7)

1.微特电机的定子铁心故障判断测控系统，其特征在于，包括：主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块；

所述主控板模块：包括主控板和用于给主控板供电的电源；

所述激励源模块：包括依次连接的第一可控放大电路、供电电缆线和铁芯；所述第一可控放大电路还与主控板连接，第一可控放大电路的参数受主控板控制；

所述信号采集模块：包括相连接的探测器和采样电路；所述探测器为活动端，用于采集铁芯各位置的磁通量变化信号，采样电路用于将磁通量采样信号传递给信号传输模块；

所述信号传输模块：包括依次连接的第一跟随电路、第二可控放大电路、第二跟随电路、带通滤波器和A/D转换器；所述第一跟随电路用于接收来自采用电路的信号，再经过第二可控放大电路放大、第二跟随电路保持、带通滤波器滤波后，由A/D转换器完成模数转换，最后传递给主控板模块；其中，第二可控放大电路与带通滤波器均与主控板连接，第二可控放大电路与带通滤波器的参数受主控板控制；

所述数据处理模块：包括计算机，用于接收和处理主控板采集到的数据。

所述监测模块：包括示波器，用于实时监测涡流磁场的电压信号的变化。

2.根据权利要求1所述的微特电机的定子铁心故障判断测控系统，其特征在于，所述探测器由缠绕漆包线的环状锌锰氧化体构成。

3.根据权利要求1所述的微特电机的定子铁心故障判断测控系统，其特征在于，所述主控板采用STM32控制芯片。

4.根据权利要求1所述的微特电机的定子铁心故障判断测控系统，其特征在于，所述主控板模块、激励源模块、信号采集模块、信号传输模块、数据处理模块和监测模块设置在密闭金属铜板构成的保护壳内。

5.基于权利要求1所述的微特电机的定子铁心故障判断测控系统的故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、主控板控制第一可控放大电路，给供电电缆线充电，在铁芯中形成磁通量大小能够调节的磁场；

步骤b、探测器在铁芯心表面的各个位置移动，接收变化的磁通量，产生感应电动势，将磁通量的变化转化为电信号，输入到采样电路；

步骤c、采样电路输出的电信号经过放大，滤波，A/D转换操作，输入到主控板中进行处理，获取表征涡流磁场的电压信号；

步骤d、将步骤c中获取的大量涡流电压信号的信号特征参量输入到计算机的LABVIEW软件中，根据产生异常信号的位置，锁定故障区域，确定损伤程度，在计算机中生成铁芯的健康报告和损伤部位的图像。

6.根据权利要求5所述的微特电机的定子铁心故障判断方法，其特征在于，在故障区域锁定范围过大的情况下，完成步骤a～d后，执行步骤e、缩小故障区域锁定范围；具体为：主控板将继续对可控放大电路发出放大指令，对信号进行放大，信号传输给电缆线，电缆线的信号变大，铁芯的磁通量会变得更大，进而重新获取故障区域并锁定。

7.根据权利要求6所述的微特电机的定子铁心故障判断方法，其特征在于，所述的步骤e执行两次或多次。