CN111965541A - 检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置及方法，时序电路产生并发双脉冲，所述时序电路与驱动功率模块连接，驱动功率模块与前端接口电路连接，前端接口电路将并发双脉冲转化成相应的磁场脉冲，所述磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势，依次在定子绕组每相相邻槽产生单个旋转磁势，两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集耦合磁场反射全周波。可进行比较，能判断电机槽楔、气隙、转子每组分布式磁回路的健康状况，无需拆机、非常直观、简单、无损、准确。
Description
技术领域
本发明提供一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置及方法，属于旋转电机检测技术领域。
背景技术
旋转电机是现代电气社会的动力主要设备之一，良好的运行状态是整个社会的有利保障和发展的基础，旋转电机的主设备状态是否存在隐患，直接关系到社会稳定及安全运行的好坏。国内外对于大型旋转电机槽楔、气隙异常检查除人工目视、人工敲击槽楔，通过人耳或仪器听取声音来判定外，无其它有效方法；鼠笼转子断条普遍采用在线采集电流低中频分量分析，检修时盘车测量接线柱电压是否抖动等，属于故障检测，均无法定相、定位，对于整体磁回路缺陷的检测比较粗糙，只能对整体磁回路有个大概的判断，出现比较严重的故障时才能有直观的确切表现，无法做到电机磁回路全寿命周期的准确分布式状态检测。针对每组磁回路对称耦合磁场没有相应理论及对应检测手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷的检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置及方法，其能判断旋转电机槽楔、气隙、转子每组整体磁回路的健康状况，无需拆机、非常直观、简单、无损、准确。
为实现上述目的，本发明所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置,时序电路产生并发双脉冲，所述时序电路与驱动功率模块连接，驱动功率模块与前端接口电路连接，前端接口电路将并发双脉冲转化成相应的磁场脉冲，所述磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势，依次在定子绕组每相相邻槽产生单个旋转磁势，两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合形成反应对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集耦合磁场反射全周波进行比较。
优选的,所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲，所述对称反向同步脉冲通过单脉冲在同轴心的超高频磁芯构成闭合磁回路，通过瞬态磁耦合效应在两个线圈中产生对称反向同步脉冲。
提供一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，并发运动磁场脉冲在经过定子相邻两相对称绕组反向耦合接收后，形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集定子相邻两相的耦合磁场反射全周波比较波形，以二维波波形的形式展现出三个圆周方向120°时域投影面，每个磁回路周波波形反映对应对称磁回路的瞬态电磁特性，体现每组对称磁回路的分布式健康状况。
具体的，包括以下步骤：
(1)PC端控制时序电路产生并发双脉冲,所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲；
(2)驱动功率模块将对称反向同步脉冲放大输出到前端接口电路转变成对称反向瞬态旋转磁场脉冲；
(3)磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，磁场脉冲在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势；
(4)定子绕组相邻相在每相相邻槽产生单个旋转磁势；
(5)两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合，形成反应对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波；
(6)波形采集单元采集分布式耦合磁场反射全周波，比较电机三组两两相的120°波形。
优选的，步骤(6)具体的包括，静止工况下，采集两两相槽楔、气隙差值的分布式耦合磁场反射全周波，若差值波形重合度良好,则槽楔、气隙正常；若在主波上有反向偏转负波，则槽楔、气隙存在隐患及异常。
优选的，步骤(6)具体的包括，标定转子位置，第一次采集波形记录后，盘转转子转动，同样工况参数二次采集记录，比较两次波形，可通过波形变化位置判断出鼠笼转子是否断条；若波形一致，重合度良好，则转子鼠笼完好；若波形只在特定位置有明显差异，则转子鼠笼存在断条。
优选的，采用对称反向瞬态旋转磁场脉冲进行三相定子槽楔、气隙检测时，转子两两相必须同旋转方向即都是顺时针或都是逆时针进行比较。
本发明针对电磁磁回路全寿命周期检测没有针对性的非拆机高精度无损检测手段，在分析电机的旋转电磁传播场轴对称特性基础上，通过反向脉冲同步控制、提高脉冲电流差分放大倍数，调整脉冲上升沿使之匹配磁回路谐振参数技术，对定子槽楔、气隙临近耦合的分布式几组磁回路可进行针对性波形体现，让定子槽楔、气隙均匀分布耦合参数利用时域波形更清晰地展现。
有益效果：
本发明在大型电机槽楔、气隙、鼠笼转子无损状态检测时，可不拆机、离线、无损地测量出大中型电机槽楔、气隙、转子的健康状况。可在时域位置上，准确判断电机槽楔松动、气隙异常、转子断条萌芽期、发展期、故障期的细微变化，可作为每次检修非常重要的电气试验参数。测试条件适合在静机、可角度盘车状态下，判断电机槽楔、气隙、转子每组分布式磁回路的健康状况，无需拆机、非常直观、简单、无损、准确。
附图说明
图1是两相测试差分比较时电场作用示意框图；
图2是双相单个磁回路气隙与转子磁耦合示意图；
图3是单脉冲转正反同步脉冲磁回路示意图；
图4是单脉冲转正反同步脉冲逻辑示意图；
图5是本发明的实施例2某225KW四极星形异步电机UV、VW、WU两两相耦合分布式磁回路磁场比较波形波形图；
图6是本发明的实施例3某225KW四极星形异步电机UV、VW两两相耦合分布式磁回路磁场比较波形波形图；
图7是本发明的实施例4某250KW四极星形异步电机VW两相0°、120°耦合分布式磁回路磁场比较波形波形图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置,时序电路产生并发双脉冲，所述时序电路与驱动功率模块连接，驱动功率模块与前端接口电路连接，前端接口电路将并发双脉冲转化成相应的磁场脉冲，所述磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势，依次在定子绕组每相相邻槽产生单个旋转磁势，两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合，形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集耦合磁场反射全周波进行比较。
所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲，所述对称反向同步脉冲通过单脉冲在同轴心的超高频磁芯构成闭合磁回路，通过瞬态磁耦合效应在两个线圈中产生对称反向同步脉冲。
具体的，如图3、图4所示，在St1与St2施加单脉冲，通过同轴心的Tab超高频磁芯构成闭合磁回路，在线圈St中产生P0脉冲，通过瞬态磁耦合效应，会在Satr线圈产生Satr1为正极的正弦脉冲，同时会在Sbt线圈产生Sbt1为负极的反向同步正弦脉冲。Satr与Sbt脉冲同步误差小于1ns。
提供一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，并发运动磁场脉冲在经过定子相邻两相对称绕组反向耦合接收后，形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集定子相邻两相的耦合磁场反射全周波比较波形，以二维波波形的形式展现出三个圆周方向120°时域投影面，每个磁回路周波波形反映对应对称磁回路的瞬态电磁特性，体现每组对称分布式磁回路的健康状况。
具体的，包括以下步骤：
(1)PC端控制时序电路产生并发双脉冲,所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲；
(2)驱动功率模块将对称反向同步脉冲放大输出到前端接口电路转变成对称反向瞬态旋转磁场脉冲；
(3)磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，磁场脉冲在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势；
(4)定子绕组相邻相在每相相邻槽产生单个旋转磁势；
(5)两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合，形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波；
(6)波形采集单元采集耦合磁场反射全周波，比较电机三组两两相圆周方向的120°波形。
步骤(6)具体的包括，静止工况下，采集两两相槽楔、气隙差值的分布式耦合磁场反射全周波，若差值波形重合度良好,则槽楔、气隙正常；若在主波上有反向偏转负波，则槽楔、气隙存在隐患及异常。
步骤(6)具体的包括，标定转子位置，第一次采集波形记录后，盘转转子转动，同样工况参数二次采集记录，比较两次波形，可通过波形变化位置判断出鼠笼转子是否断条；若波形一致，重合度良好，则转子鼠笼完好；若波形只在特定位置有明显差异，则转子鼠笼存在断条。
采用对称反向瞬态旋转磁场脉冲进行三相定子槽楔、气隙检测时，转子两两相必须同旋转方向即都是顺时针或都是逆时针进行比较。
具体的，如图1、图2所示，图1中左框图St时序电路产生脉冲源，并发产生Satr、Sbt双脉冲，通过驱动功率模块Satr、Sbt放大输出到a、b通道，前端接口电路Latr及Lbt将电压功率脉冲源转化成相应的磁场脉动脉冲，通过阻抗匹配的接口Ra、Catr、Ia、Rb、Cbt、Ib、COM，经定子绕组相邻相的供电端子U1、V1、stator core，发送出磁场脉冲在对应线圈、气隙、鼠笼转子会耦合产生单组磁回旋旋转磁势，依次相邻相亦在每相相邻槽产生单个旋转磁势，如图2，U1经La11、La12、等效Car1、Car2磁耦合，V1经Lb11、Lb12、等效Cbr1、Cbr2磁耦合，与转子Rotor的Rc1等效电感形成磁闭合回路，Mur与Mvr两相相对称的磁回路由于旋转电势的磁耦合会形成反映对应槽楔差值的耦合磁场反射全周波，经接口、匹配电路、Satr采集接收信号源，通过R1采集到Sr采集器，通过运放及高速数据采集电路采集输出分布式反射全周波。因为各个磁回路电磁特性夹角120°完全轴对称，比较三组两两相的120°测试波形，可清晰、简单、直观地判断对称磁回路对应槽楔、气隙、转子的真实分布式电磁特性健康状况。
采用此技术，可以无需拆机、非常直观、简单、方便地对大电机槽楔、气隙、转子进行无损全寿命周期检测，现场可以马上对电机每组分布式磁回路进行判断分析，不但可作为电机运动磁场电气试验的重要数据，也可作为电机出厂、验收检验的健康完美的科学依据。电机管理及维护人员亦可快速定位分析、判断电机分布式磁回路的健康状况以及存在的薄弱点。
实施例2：
如图5所示，采用星形、四极、32匝线圈、双层嵌线工艺的电机测试，三组两两相波形相位基本重合，0-9对应U、V、W供电端到线圈尾端，9个耦合分布式磁回路磁场的瞬态全周波差分波形，对应电机轴向对称，9组正弦波相位及幅度变化趋势基本重合，说明槽楔及气隙波形正常。
实施例3:
如图6所示，采用星形、四极、32匝线圈、双层嵌线工艺的电机，UV、VW两两相波形第2个波形在1位置存在槽楔突出，造成气隙异常，对称2位置存在衰减2次反射波。9个耦合磁回路磁场的瞬态全周波差分特征波形，除2、5组外，其余正弦波相位及幅度基本重合，U相5-8线圈对应处槽楔存在突出、影响气隙、存在隐患的异常情况。其余全部正常。
实施例4：
如图7所示，采用星形、四极、32匝线圈、双层嵌线工艺的电机，VW两相波形0-1位置磁回路波形0°及120°存在较大偏差，对称7-8位置存在2次反射波。9个耦合磁回路磁场的瞬态全周波差分特征波形，除0、8组外，其余正弦波相位及幅度基本重合，抽转子验证转子鼠笼断条，其余全部正常。
Claims (7)
1.一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置,其特征在于,
时序电路产生并发双脉冲，所述时序电路与驱动功率模块连接，驱动功率模块与前端接口电路连接，前端接口电路将并发双脉冲转化成相应的磁场脉冲，所述磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势，依次在定子绕组每相相邻槽产生单个旋转磁势，两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集分布式耦合磁场反射全周波进行比较。
2.根据权利要求1所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的装置,其特征在于,所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲，所述对称反向同步脉冲通过单脉冲在同轴心的超高频磁芯构成闭合磁回路，通过瞬态磁耦合效应在两个线圈中产生对称反向同步脉冲。
3.一种如1-2所述的检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，其特征在于，并发运动磁场脉冲在经过定子相邻两相对称绕组反向耦合接收后，形成反映对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波，波形采集单元采集定子相邻两相的耦合磁场反射全周波比较波形，以二维波波形的形式展现出三个120°圆周时域投影面，每个磁回路周波波形反映对应对称磁回路的瞬态电磁特性，体现每组对称磁回路的健康状况。
4.根据权利要求3所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)PC端控制时序电路产生并发双脉冲,所述并发双脉冲为对称反向同步脉冲；
(2)驱动功率模块将对称反向同步脉冲放大输出到前端接口电路转变成对称反向瞬态旋转磁场脉冲；
(3)磁场脉冲通过阻抗匹配的引线连接到定子绕组相邻相的供电端，磁场脉冲在对应线圈、气隙、鼠笼转子耦合产生单组磁回旋旋转磁势；
(4)定子绕组相邻相在每相相邻槽产生单个旋转磁势；
(5)两相相对称的磁回路通过旋转电势的磁耦合，形成反应对应槽楔差值的分布式耦合磁场反射全周波；
(6)波形采集单元采集耦合磁场反射全周波，比较电机三组两两相的120°波形。
5.根据权利要求4所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，其特征在于，步骤(6)具体的包括，静止工况下，采集两两相槽楔、气隙差值的分布式耦合磁场反射全周波，若差值波形重合度良好,则槽楔、气隙正常；若在主波上有反向偏转负波，则槽楔、气隙存在隐患及异常。
6.根据权利要求4所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，其特征在于，步骤(6)具体的包括，标定转子位置，第一次采集波形记录后，盘转转子转动，同样工况参数二次采集记录，比较两次波形，可通过波形变化位置判断出鼠笼转子是否断条；若波形一致，重合度良好，则转子鼠笼完好；若波形只在特定位置有明显差异，则转子鼠笼存在断条。
7.根据权利要求3、4、5所述的一种检测电机磁回路槽楔、气隙、转子断条状态的方法，其特征在于，采用对称反向瞬态旋转磁场脉冲进行三相定子槽楔、气隙检测时，转子两两相必须同旋转方向即都是顺时针或都是逆时针进行比较。
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