CN107907334A - 轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台 - Google Patents

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Abstract

一种轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，底座上放置直流无刷电机与永磁发电机，直流无刷电机和永磁发电机用联轴器连接，电刷与联轴器均和永磁发电机中间的轴相接触，电机调速装置在直流无刷电机右侧，电机调速装置包括电机控制器和单片机，电机控制器固定在底座上，单片机与电机控制器的PWM信号接收模块相连；永磁发电机的输出端与电能消耗装置连接，信号采集系统由用于采集永磁发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收传感器采集到的信号的数据采集卡组成；外接电源经电刷、轴、轴承和永磁发电机构成回路。本发明研究由轴电流原因引起的发电机轴承故障，进而导致轴承性能衰退直至失效的轴承性能退化过程。

Description

轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台
技术领域
本发明涉及发电机轴承，尤其是永磁发电机轴承，涉及一种轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台。
背景技术
轴承是发电机中的一个关键部件，轴承失效会导致整个发电机失效，因此有必要对轴承发生故障的原因、机理，性能衰退过程等进行研究。当前，对轴承失效的研究主要从润滑不当、载荷过大引起的疲劳磨损等方面进行的。随着电力电子技术在发电机控制中的广泛应用以及发电机本身的绝缘破损、老化，接地不良等原因，容易产生轴电流，引发轴承故障，进而导致轴承失效。
发明内容
为研究由轴电流引起的发电机轴承故障，本发明提供一个轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，研究由轴电流原因引起的发电机轴承故障，进而导致轴承性能衰退直至失效的轴承性能退化过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，包括底座、直流无刷电机、永磁发电机、联轴器、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述底座上放置直流无刷电机与永磁发电机，所述直流无刷电机和永磁发电机用联轴器连接，所述电刷与联轴器均和永磁发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，电机调速装置包括电机控制器和单片机，所述电机控制器固定在底座上，单片机与电机控制器的PWM信号接收模块相连；所述永磁发电机的输出端与所述电能消耗装置连接，所述信号采集系统由用于采集永磁发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收传感器采集到的信号的数据采集卡组成；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁发电机构成回路。
本发明中，电流从所述外接电源流出经过所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁发电机构成回路；由于其他部分的绝缘与断路，故所述回路唯一，所述回路中电流经过所述轴承后对所述轴承造成故障进而引发其性能退化，以此模拟发电机轴承由轴电流原因引起的轴承失效。
进一步，所述直流无刷电机由所述电机调速装置控制，所述电机调速装置由所述单片机控制，所述单片机在烧写进的程序控制下输出占空比动态变化的PWM波，所述PWM波决定所述直流无刷电机的转速。
再进一步，所述传感器包括振动传感器和电流探头，所述振动传感器安装固定在绝缘垫片上，所述绝缘垫片固定在所述永磁发电机上，所述电流探头夹在所述永磁发电机的一相输出上。
更进一步，所述电能消耗装置包括整流器和水泥电阻，所述永磁发电机的输出端与所述整理器、水泥电阻形成消耗回路。所述整流器将所述永磁发电机产生的交流电转化为直流电，所述直流电流过水泥电阻后，电能以热能的形式消耗。
本发明的有益效果主要表现在：(1)装置易于控制，用已经烧写入单片机的程序控制PWM信号的占空比，进而控制直流无刷电机的转速，让其变转速运行，也可以通过改编程序控制直流无刷电机让其在稳定转速下运行，实现不同工况下轴电流对发电机轴承性能退化影响的研究分析；(2)通过改变外接电源的输入电压大小，或改变输入电流类型，实现利用不同电流大小、类型对发电机轴承性能退化影响的研究分析；(3)装置同时采集发电机的振动和电流信号，可实现对发电机轴承的实时监控，采集到的信号数据能在上位机上实时显示，可有效避免利用单一信号分析对发电机轴承健康状况的误判。
附图说明
图1为轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台主视图；
图2为轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台俯视图；
图3为轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台剖视图；
图4为轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台轴二侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照附图1～图4，一种轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，包括底座、直流无刷电机、永磁发电机、联轴器、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述底座上放置直流无刷电机与永磁发电机，所述直流无刷电机和永磁发电机用联轴器连接，所述电刷与联轴器均和永磁发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，电机调速装置包括电机控制器和单片机，所述电机控制器固定在底座上，单片机与电机控制器的PWM信号接收模块相连，所述永磁发电机的输出端与所述电能消耗装置连接，所述信号采集系统由用于采集永磁发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收传感器采集到的信号的数据采集卡组成；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁发电机构成回路。
平台通过直流电源进行供电，直流电源与电机控制器9相连，直流无刷电机6的电源线与霍尔相分别与电机控制器9的相应接口连接，形成动力输入部分；直流无刷电机6的输出轴旋转后带动联轴器4转动，联轴器4再将动力传递给永磁发电机2的输入轴，形成传动部分；永磁发电机2的输入轴被联轴器4带动旋转后开始发电，发出电流经过整流器，水泥电阻后，电能被消耗，形成系统的输出部分。
本实施例中，永磁发电机2所发出的交流电在通过带有整流电路的整流器后变为直流电，直流电通过水泥电阻将产生的电能以热能的形式消耗。
本实施例中，轴电流通过外接电源产生，产生的电流通过人字架3的夹紧部分13后通过导线传给碳刷15，在经过永磁式发电机2的输入轴后到达轴承16，轴电流通过轴承16会导致轴承16发生故障进而引起轴承16的性能发生退化，最后电流再通过永磁发电机2的外壳和保护电阻后流回外接电源，形成完整的回路。
本实施例中，安装碳刷15的人字架3通过夹紧部分13的孔与刷杆8的绝缘端相连，通过螺栓紧固，刷杆8的另外一端与固定支架7相连接，固定支架7紧固在底座10上，确保固定支架7支撑的碳刷15紧贴在永磁发电机2的旋转轴上。
本实施例中，直流无刷电机6的转速与电机控制器9的PWM信号占空比呈线性关系，动力输入部分通过控制单片机来输出设定占空比的PWM信号，进而控制直流无刷电机6的转速。
本实施例中，振动传感器1固定绝缘垫片17上，绝缘垫片17固定在永磁式发电机2上，采集永磁发电机2的振动信号，另外用电流探头采集永磁发电机2输出的电流信号，振动传感器1和电流探头与数据采集卡相连，所述采集卡将采集到的信号传给上位机后，由上位机进行信号保存、分析处理等一系列后续操作。
本实施例的工作原理和工作过程如下：
打开直流电源后，直流无刷电机6开始转动，同时，单片机开始工作，为电机控制器9按设定的情况输入不同占空比的PWM信号，控制直流无刷电机6的转速，通过联轴器4将动力传递给永磁发电机2，模拟永磁发电机2在不同转速下工作运行的情况。同时外接电源让电流通过人字架3，碳刷15，永磁发电机2的输入轴，轴承16，永磁发电机2的外壳，保护电阻后回到电源，形成完整的电流回路，使轴承16在电流的影响下工作。轴承16的健康状态从永磁发电机2的振动信号和输出的电流信号上反映出来，振动传感器1采集永磁发电机2的振动信号，电流探头采集永磁发电机2输出的电流信号，振动传感器1和电流探头与数据采集卡相连，所述采集卡将采集到的信号传给上位机后，由上位机进行信号保存、分析处理等一系列后续操作。
本发明提供的轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，具有以下优点：
(1)装置易于控制，用已经烧写入单片机的程序控制PWM信号的占空比，进而控制直流无刷电机的转速，让其变转速运行，也可通过改编程序控制直流无刷电机让其在稳定转速下运行，实现不同工况下轴电流对发电机轴承性能退化影响的研究分析；
(2)通过改变外接电源的输入电压大小，或改变输入电流类型，实现利用不同电流大小、类型对发电机轴承性能退化影响的研究分析；
(3)装置同时采集发电机的振动和电流信号，可实现对发电机轴承的实时监控，采集到的信号数据能在上位机上实时显示，可有效避免利用单一信号分析对发电机轴承健康状况的误判；
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关领域的普遍技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求确定。

Claims (4)

1.一种轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：包括底座、直流无刷电机、永磁发电机、联轴器、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述底座上放置直流无刷电机与永磁发电机，所述直流无刷电机和永磁发电机用联轴器连接，所述电刷与联轴器均和永磁发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，电机调速装置包括电机控制器和单片机，所述电机控制器固定在底座上，单片机与电机控制器的PWM信号接收模块相连；所述永磁发电机的输出端与所述电能消耗装置连接，所述信号采集系统由用于采集永磁发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收传感器采集到的信号的数据采集卡组成；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁发电机构成回路。
2.如权利要求1所述的轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述直流无刷电机由所述电机调速装置控制，所述电机调速装置由所述单片机控制，所述单片机在烧写进的程序控制下输出占空比动态变化的PWM波，所述PWM波决定所述直流无刷电机的转速。
3.如权利要求1或2所述的轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述传感器包括振动传感器和电流探头，所述振动传感器安装固定在绝缘垫片上，所述绝缘垫片固定在所述永磁发电机上，所述电流探头夹在所述永磁发电机的一相输出上。
4.如权利要求1或2所述的轴电流对发电机轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述电能消耗装置包括整流器和水泥电阻，所述永磁发电机的输出端与所述整理器、水泥电阻形成消耗回路。
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