CN110346685A - 大型电机定子绕组匝间状态检测的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大型电机定子绕组匝间状态检测的装置及方法，属于大型电机定子绕组无损状态检测领域的产品。利用瞬态旋转磁场脉冲在经过定子相邻两相对应绕组，会叠加耦合出表现电机旋转方向的场强脉冲，表现的是240°的正向旋转叠加磁场，两两相邻相比较，可清晰直观，以二维波波形的形式展现出三维三相绕组全长的电场波动数据，具体表现为电机的各绕组全程分布参数。如绕组第几相、第几线圈匝间绝缘下降，对应线圈时域位置的波形会有相应故障反射，每个周波波形完全反映对应耦合线圈匝的瞬态电磁特性，真实体现线圈的健康状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型电机定子绕组匝间状态检测装置及方法，属于大型电机定子绕组无损状态检测领域的产品。
背景技术
现有国内外对于大型电机定子绕组状态检测，普遍采用集总参数检测和分布参数检测，集总参数检测有直流电阻、绝缘电阻、局放、介质损耗等，分布参数检测有匝间绝缘冲击试验、交流阻抗分压法等。对于绕组匝间缺陷的检测比较粗糙，只能对定子绕组有个大概的判断，电机绕组出现比较严重的状况时才能有直观的表现，无法做到电机绕组全寿命周期的准确状态定位检测。针对每相绕组耦合出的基本相相耦合磁场没有相应理论及对应检测手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置及检测方法，可直观、简单、方便地对大电机定子绕组进行无损检测，现场可以马上对定子每个线圈匝进行判断分析。
为解决上述问题，本发明提供一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置，所述装置包括中央处理单元、瞬态时序电路、驱动及换能匹配电路、引线、脉冲信号耦合反馈采集电路、同步电流脉冲转电压脉冲功能电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；
中央处理单元控制瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲，所述瞬态时序电路与驱动及换能匹配电路连接，所述驱动及换能匹配电路将瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲，所述驱动及换能匹配电路将双正向瞬态磁场电流脉冲通过电流阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处，所述双正向瞬态磁场电流脉冲在电机每匝线圈产生旋转电势，旋转电势的磁耦合形成耦合磁场反射全周波；
脉冲信号耦合反馈采集电路采集电机定子耦合磁场反射全周波，同步电流脉冲转电压脉冲功能电路将采集到的电流信号转换为电压信号，前端视频运放电路将电压信号传送给数据采集系统，数据采集系统将电压信号转换成时域数字信息，中央处理单元将时域数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；
所述上位机：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；
所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。
作为一种优选的方案，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。
作为一种优选的方案，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。
作为一种优选的方案，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。
作为一种优选的方案，其方法是，瞬态旋转磁场脉冲在经过定子相邻两相对应绕组，会叠加耦合出表现电机旋转方向的场强脉冲，表现的是240°的正向旋转叠加磁场，两两相邻相比较，可清晰直观，以二维波波形的形式展现出三维三相绕组全长的电场波动数据，具体表现为电机的各绕组全程分布参数，对应线圈时域位置的波形会有相应故障反射，每个周波波形完全反映对应耦合线圈匝的瞬态电磁特性，真实体现线圈的健康状况。
具体包括以下步骤：
(1)瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲；
(2)驱动及换能匹配电路将步骤(1)中的瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲；
(3)通过电流阻抗匹配的引线，将步骤(2)中双正向瞬态磁场电流脉冲发送到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处；
(4)发送的电流脉冲在电机每匝线圈产生单个旋转磁势，每个相邻相也在每匝线圈产生单个旋转磁势；
(5)两相邻相相对应线圈匝由于旋转电势的磁耦合会形成反应对应匝的耦合磁场反射全周波；
(6)因为定子相对应线圈匝电磁特性120°顺向完全轴对称，比较三组两两相的240°测试波形，可判断电流脉冲激励对应每个线圈匝的真实电磁特性健康状况。
本发明有益效果：
采用此技术，能非常直观、简单、方便地对大电机定子绕组进行无损检测，现场可以马上对定子每个线圈匝进行判断分析，不但可作为定子电气试验的重要参数，也可作为定子出厂检验的健康完美的科学依据。定子检查人员亦可快速定位分析、判断定子绕组及绝缘的健康状况以及存在的薄弱点。
附图说明
方框图为瞬态时序电路方框图；
图1为本发明含细节线圈磁场的整体磁场示意图；
图2为实施例1耦合瞬态正向叠加磁场脉冲波形示意图；
图3为实施例1三相两两脉冲波形示意图；
图4为实施例1的VW、WU两两叠加磁场脉冲波形示意图；
图5为实施例1同步电流脉冲转电压脉冲示意图；
图6为实施例1匹配前端视频运放电路示意图；
图7为实施例1脉冲产生及波形接收框图；
具体实施方式
实施例1：
参照说明书附图，本发明提供一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置及方法,所述装置包括中央处理单元、瞬态时序电路、驱动及换能匹配电路、引线、脉冲信号耦合反馈采集电路、同步电流脉冲转电压脉冲功能电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；
中央处理单元控制瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲，所述瞬态时序电路与驱动及换能匹配电路连接，所述驱动及换能匹配电路将瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲，所述驱动及换能匹配电路将双正向瞬态磁场电流脉冲通过电流阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处，所述双正向瞬态磁场电流脉冲在电机每匝线圈产生旋转电势，旋转电势的磁耦合形成耦合磁场反射全周波；
脉冲信号耦合反馈采集电路采集电机定子耦合磁场反射全周波，同步电流脉冲转电压脉冲功能电路将采集到的电流信号转换为电压信号，前端视频运放电路将电压信号传送给数据采集系统，数据采集系统将电压信号转换成时域数字信息，中央处理单元将时域数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；
所述上位机：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；
所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。
作为一种优选的方案，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。
作为一种优选的方案，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。
作为一种优选的方案，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。
作为一种优选的方案，其方法是，瞬态旋转磁场脉冲在经过定子相邻两相对应绕组，会叠加耦合出表现电机旋转方向的场强脉冲，表现的是240°的正向旋转叠加磁场，两两相邻相比较，可清晰直观，以二维波波形的形式展现出三维三相绕组全长的电场波动数据，具体表现为电机的各绕组全程分布参数，对应线圈时域位置的波形会有相应故障反射，每个周波波形完全反映对应耦合线圈匝的瞬态电磁特性，真实体现线圈的健康状况。
具体包括以下步骤：
(1)瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲；
(2)驱动及换能匹配电路将步骤(1)中的瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲；
(3)通过电流阻抗匹配的引线，将步骤(2)中双正向瞬态磁场电流脉冲发送到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处；
(4)发送的电流脉冲在电机每匝线圈产生单个旋转磁势，每个相邻相也在每匝线圈产生单个旋转磁势；
(5)两相邻相相对应线圈匝由于旋转电势的磁耦合会形成反应对应匝的耦合磁场反射全周波；
(6)因为定子相对应线圈匝电磁特性120°顺向完全轴对称，比较三组两两相的240°测试波形，可判断电流脉冲激励对应每个线圈匝的真实电磁特性健康状况。
具体工作过程为：瞬态时序电路在C1处产生瞬态电压脉冲，瞬态电压脉冲在C2处进入驱动及换能匹配电路，驱动及换能匹配电路将瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲，驱动及换能匹配电路实现同步脉冲控制、改变脉冲电流强度，调整脉宽及匹配换能技术，双正向瞬态磁场电流脉冲在C3处生成P01及P02两个单独同步电流脉冲，发送到电流阻抗匹配的引线上，同一时刻启动同步电流脉冲转电压脉冲功能电路将采集的信号转换到C5处，经过匹配前端视频运放电路放大为数据采集系统可采集的信号，在C6处传给数据采集系统。同步电流脉冲转电压脉冲功能电路如图5所示，采用电阻、电容及电感将电流脉冲转化为电压脉冲，前端视频运放电路采用如图6所示电路结构，将信号放大后转化为数据采集系统可采集的信号传递到示波器显示。
如图1所示，三相等效对应关系为：A-U、B-V、C-W，当同步电流脉冲通过电流阻抗匹配的引线施加到电机线圈匝上时：
Pa0&Pb0&Pc0：装置生成发射的电流脉冲，施加在电机定子绕组相邻相的供电端每单相接线柱上，生成均为顺时针方向旋转脉冲Ia、Ib、Ic，电机旋转方向亦为顺时针。
Pa1-4：在定子绕组A相LA1-4线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。在LA5-8上相同。
Pa21-24：在定子绕组A相LA21-24线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。
Pb1-4：在定子绕组B相LB1-4线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。在LB5-8上相同。
Pb21-24：在定子绕组B相LB21-24线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。
Pc1-4：在定子绕组C相LC1-4线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。在LC5-8上相同。
Pc21-24：在定子绕组C相LC21-24线圈匝上，耦合生成的360°电流脉冲。
两两相耦合出的场强波形说明：
Pca1-6：Pca1是Pc1-4与Pa1-4耦合出的场强波形；Pca2是Pc5-8与Pa5-8耦合出的场强波形；Pca6是Pc21-24与Pa21-24耦合出的场强波形。
Pbc1-6：Pbc1是Pb1-4与Pc1-4耦合出的场强波形；Pbc2是Pb5-8与Pc5-8耦合出的场强波形；Pbc6是Pc21-24与Pc21-24耦合出的场强波形。
Pab1-6：Pab1是Pa1-4与Pb1-4耦合出的场强波形；Pab2是Pa5-8与Pb5-8耦合出的场强波形；Pab6是Pa21-24与Pb21-24耦合出的场强波形。
Pab、Pbc、Pca是示意波形说明，实际数量有5个、6个或更多。
如图2所示，以A相与B相为例对两两相耦合出的场强波形单独说明：A相1-4线圈与B相1-4线圈耦合出W10及W11的场强波形，当电磁传导到5-8线圈时，由于转子电感阻尼感抗作用，场强波形变形为W20及W21；当电磁传导到9-12线圈时，转子电感阻尼感抗依旧起作用，场强波形变形为W30及W31；当电磁传导到13-16线圈时，转子电感阻尼感抗衰减，场强波形变形为W40及W41；依次当电磁传导到20-24线圈时，转子电感阻尼感抗不起作用，场强波形变形为W50及W51。
以某200KW四极星形异步电机为例，波形如图3所示，
三组两两相波形完全重合，1-8对应A、B、C供电端到线圈尾端，8个耦合磁场的瞬态全周波耦合特征波形，对应电机中轴线，96匝大线圈全部正常。
以某200KW四极星形异步电机VW、WU两两相耦合磁场比较波形，如图4所示
说明：VW、WU两两相波形前6个基本重合，1-8对应U、V、W供电1端到线圈尾2端，8个耦合磁场的瞬态全周波耦合特征波形，对应电机中轴线，6组正弦波相位及幅度基本重合，第7组正弦波存在偏差，U相17-20线圈对应处槽楔存在松动，绝缘下降隐患的异常情况。其余全部正常。
以上所述仅为本发明的实施例，不同电机耦合磁场不限于8个，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置,其特征在于，所述装置包括中央处理单元、瞬态时序电路、驱动及换能匹配电路、引线、脉冲信号耦合反馈采集电路、同步电流脉冲转电压脉冲功能电路、数据采集系统、上位机管理系统、波形数据分析系统；
中央处理单元控制瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲，所述瞬态时序电路与驱动及换能匹配电路连接，所述驱动及换能匹配电路将瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲，所述驱动及换能匹配电路将双正向瞬态磁场电流脉冲通过电流阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处，所述双正向瞬态磁场电流脉冲在电机每匝线圈产生旋转电势，旋转电势的磁耦合形成耦合磁场反射全周波；
脉冲信号耦合反馈采集电路采集电机定子耦合磁场反射全周波，同步电流脉冲转电压脉冲功能电路将采集到的电流信号转换为电压信号，前端视频运放电路将电压信号传送给数据采集系统，数据采集系统将电压信号转换成时域数字信息，中央处理单元将时域数字信息传送到上位机中，上位机与波形数据分析系统相连；
所述上位机：将所有可控参数传递到中央处理单元，并实时收取所有数据；
所述波形数据分析系统：综合的后台存储、处理、打印、输出功能。
2.根据权利要求1所述的一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置,其特征在于，所述中央处理单元用于系统的通信、执行、交互协调。
3.根据权利要求2所述的一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置,其特征在于，所述装置还包括人机接口和存储单元，所述人机接口和存储单元分别与中央处理单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置,其特征在于，所述人机接口包括人机对话功能，包含输入信息、更换模式、通断状态；所述存储单元包括暂存功能、采集状态存储。
5.根据权利要求1所述的一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置,其方法是，瞬态旋转磁场脉冲在经过定子相邻两相对应绕组，会叠加耦合出表现电机旋转方向的场强脉冲，表现的是240°的正向旋转叠加磁场，两两相邻相比较，可清晰直观，以二维波波形的形式展现出三维三相绕组全长的电场波动数据，具体表现为电机的各绕组全程分布参数，对应线圈时域位置的波形会有相应故障反射，每个周波波形完全反映对应耦合线圈匝的瞬态电磁特性，真实体现线圈的健康状况。
6.采用权利要求1-5任一所述的一种大型电机定子绕组匝间状态检测的装置的检测方法,该检测方法具体包括以下步骤：
(1)瞬态时序电路产生瞬态电压脉冲；
(2)驱动及换能匹配电路将步骤(1)中的瞬态电压脉冲转化成相应的双正向瞬态磁场电流脉冲；
(3)通过电流阻抗匹配的引线，将步骤(2)中双正向瞬态磁场电流脉冲发送到定子绕组相邻相的供电端及定子铁芯参考端子处；
(4)发送的电流脉冲在电机每匝线圈产生单个旋转磁势，每个相邻相也在每匝线圈产生单个旋转磁势；
(5)两相邻相相对应线圈匝由于旋转电势的磁耦合会形成反应对应匝的耦合磁场反射全周波；
(6)因为定子相对应线圈匝电磁特性120°顺向完全轴对称，比较三组两两相的240°测试波形，可判断电流脉冲激励对应每个线圈匝的真实电磁特性健康状况。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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