CN112197852A - 一种测量发电机定子绕组振动的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量发电机定子绕组振动的装置及方法。该装置包括：光纤传感器和固定支架；固定支架的磁吸座固定在待测发电机上；第一金属棒的第一端通过第一活动装置固定在磁吸座上，且第一金属棒通过第一活动装置可在磁吸座上转动；第二金属棒通过第二活动装置固定在第一金属棒上，第二活动装置在第一金属棒上的固定位置可调节；光纤传感器通过第三活动装置固定在第二金属棒上，且第三活动装置在第二金属棒上的固定位置可调节；光纤传感器通过数据采集卡连接至计算机，计算机用于根据光纤传感器的输出数据得到待测发电机定子绕组振动参数。本发明可以在提高发电机定子绕组振动测量的精度的同时，减小装置的体积。

Description

一种测量发电机定子绕组振动的装置及方法

技术领域

本发明涉及发电机测量领域，特别是涉及一种测量发电机定子绕组振动的装置及方法。

背景技术

对于当前电力系统中常用的电机，其在运行过程中，由于通风不良，机械摩擦，接触电阻过大及铜损、铁损等使电动机产生振动的多种原因，会使绕组绝缘和轴承寿命缩短，影响滑动轴承的正常润滑，振动力促使绝缘缝隙扩大，使外界粉尘和水分入侵其中，造成绝缘电阻降低和泄露电流增大，甚至形成绝缘击穿等事故。电机中绕组的绝缘损坏是电机故障失效的主要因素。而绕组振动是导致绕组绝缘损坏的最主要因素。由于工作环境复杂，绕组可能会过度振动，它带来的破坏会使得绕组发生断线、绕组之间短路等故障现象。

因此，在电机运行过程中有必要对电机定子绕组的振动量进行测量，电机的振动检测可以有效检查电机的当前工作状态，评估电机的工作性能，当定子绕组振动量达到可能危及生产安全时，进行预警，防止发生生产安全事故。

但是现实生活中在测量定子绕组时会面临一些问题，据调查，目前广泛采用的振动传感器是将被测体的振动参数转换成适当的电参数的加速度型传感器，而广泛使用的低成本消费级加速度传感器要比价格更高，体积较小，功耗更高的工业级加速度传感器大的多，测量精度却低了很多。而加速度传感器测量精度越高，越容易损坏。

好的传感器能达到的最好效果就是相对于被测物而言，自己的体积可以忽略不计，而对于普通振动传感器而言，就算在使用了相比于相对式接收原理更有效的惯性式接受原理之后，其体积对于绕组的体积也是几倍甚至几十倍，直接测量不仅达不到应有的效果，反而会影响电机的正常工作。因此需要一种体积更小成本更低的实用型装置来对发电机定子绕组的振动进行测量，有效提高测量的精度和减少不必要的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量发电机定子绕组振动的装置及方法，以在提高发电机定子绕组振动测量的精度的同时，减小装置的体积。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种测量发电机定子绕组振动的装置，包括：光纤传感器和固定支架；

所述固定支架包括：磁吸座、第一活动装置、第一金属棒、第二活动装置、第二金属棒和第三活动装置；当对待测发电机定子绕组振动进行测量时，所述磁吸座固定在待测发电机上；所述第一金属棒的第一端通过所述第一活动装置固定在所述磁吸座上，且所述第一金属棒通过所述第一活动装置可在所述磁吸座上转动；所述第二金属棒通过所述第二活动装置固定在所述第一金属棒上，所述第二活动装置在所述第一金属棒上的固定位置可调节；所述光纤传感器通过所述第三活动装置固定在所述第二金属棒上，且所述第三活动装置在所述第二金属棒上的固定位置可调节；

所述光纤传感器与外部的数据采集卡输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至计算机，所述计算机用于根据所述数据采集卡采集的所述光纤传感器的输出数据得到所述待测发电机定子绕组振动参数。

可选的，所述第一活动装置为球形铰，所述球形铰通过螺纹孔与所述磁吸座固定，所述第一金属棒的第一端通过螺纹孔与所述球形铰固定。

可选的，所述第二活动装置包括：第一U型紧固件、第一旋转把手和第一旋转杆；

所述第一U形紧固件包括两个对称的第一紧固臂，两个第一紧固臂的第一端均开设有第一通孔，所述第一通孔用于贯穿所述第一旋转杆；所述第一旋转杆的第一端开设有金属棒安装口，所述金属棒安装口用于固定所述第二金属棒；所述第一旋转杆的第二端与所述第一旋转把手可拆卸固定；

两个第一紧固臂的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第二通孔，所述第二通孔的开设方向与所述第一通孔的开设方向垂直，所述第二通孔用于贯穿所述第一金属棒；通过旋转所述第一旋转把手，来调节所述第二金属棒的位置。

可选的，所述第三活动装置包括：第二U型紧固件、第二旋转把手和第二旋转杆；

所述第二U形紧固件包括两个对称的第二紧固臂，两个第二紧固臂的第一端均开设有第三通孔，所述第三通孔用于贯穿所述第二旋转杆；所述第二旋转杆的第一端用于固定所述光纤传感器；所述第二旋转杆的第二端与所述第二旋转把手可拆卸固定；

两个第二紧固臂的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第四通孔，所述第四通孔的开设方向与所述第三通孔的开设方向垂直，所述第四通孔用于贯穿所述第二金属棒；通过旋转所述第二旋转把手，来调节所述光纤传感器的位置。

可选的，还包括：转接板，所述第三活动装置通过所述转接板固定所述光纤传感器。

可选的，还包括：光纤放大器，所述光纤传感器通过所述光纤放大器与所述数据采集卡连接，所述光纤传感器测得的数据经所述光纤放大器放大后，输出至所述数据采集卡。

可选的，所述磁吸座的磁力可调节。

本发明还提供一种测量发电机定子绕组振动的方法，所述测量发电机定子绕组振动的方法用于上述的测量发电机定子绕组振动的装置，所述测量发电机定子绕组振动的方法包括：

将测量发电机定子绕组振动的装置固定于待测发电机上，并打开磁吸座的开关；

通过调节第一活动装置来调节所述第一金属棒和第二金属棒的角度，使得光纤传感器对准待测发电机的定子绕组；

通过调节第二活动装置在第一金属棒上的位置，以及调节第三活动装置在第二金属棒上的位置，来调节所述光纤传感器与所述待测发电机的定子绕组之间的距离；

将所述光纤传感器、数据采集卡和计算机依次连接；

读取所述数据采集卡采集到的信号，通过所述计算机分析得到所述待测发电机定子绕组的振动参数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过磁吸座可以固定于发电机的任何位置，然后调节第一金属棒和第二金属棒使光纤传感器处于测量的最佳位置，在提高测量精度的同时，降低了整个装置的体积，减少了不必要的影响。本发明测量发电机定子绕组振动的装置可靠、易于实现，能够用小体积、低成本的实用性装置解决对定子绕组振动的测量问题，为发电机故障监测与研究提供了新的可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明测量发电机定子绕组振动的装置的结构示意图；

图2为本发明光纤传感器的原理示意图；

图3为第二活动装置的结构示意图；

图4为第三活动装置的结构示意图；

图5为转接板的结构示意图。

图中标号为：1-磁吸座；2-第一活动装置；3-第一金属棒；4-第二活动装置；5-第二金属棒；6-第三活动装置；7-转接板；8-光纤传感器；9-光纤放大器；10-传输导线；11-数据采集卡；12-计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明测量发电机定子绕组振动的装置的结构示意图，如图1所示，本发明测量发电机定子绕组振动的装置包括：光纤传感器8和固定支架，所述光纤传感器8为光纤位移传感器。所述固定支架包括：磁吸座1、第一活动装置2、第一金属棒3、第二活动装置4、第二金属棒5和第三活动装置6。

当对待测发电机定子绕组振动进行测量时，所述磁吸座1用于固定在待测发电机上，如图1中所示，磁吸座1包括磁吸开关1-1和磁吸1-2，磁吸座1可以固定于发电机的任何位置，通过正面的磁吸开关1-1旋转来调节磁力，整个磁吸座1方便拆装。

所述第一金属棒3的第一端通过所述第一活动装置2固定在所述磁吸座1上，且所述第一金属棒3通过所述第一活动装置2可在所述磁吸座1上转动。本发明第一活动装置2可采用球形铰，球形铰通过螺纹孔与磁吸座1旋紧固定，第一金属棒3与球形铰也通过螺纹孔旋紧固定，第一金属棒3与球形铰均方便拆装。球形铰可以在空间内旋转，第一金属棒3与球形铰固定后，可以在空间内旋转任意角度，可以适应复杂的测量环境。

所述第二金属棒5通过所述第二活动装置4固定在所述第一金属棒3上，所述第二活动装置4在所述第一金属棒3上的固定位置可调节。如图2所示，第二活动装置4包括第一U型紧固件4-1、第一旋转把手4-2和第一旋转杆4-3，第一U形紧固件4-1包括两个对称的第一紧固臂(4-11和4-12)，两个第一紧固臂的第一端均开设有第一通孔，所述第一通孔用于贯穿所述第一旋转杆4-3。所述第一旋转杆4-3的第一端开设有金属棒安装口4-31，所述金属棒安装口4-31用于固定所述第二金属棒5，所述第一旋转杆4-3的第二端与所述第一旋转把手4-2可拆卸固定。

两个第一紧固臂(4-11和4-12)的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第二通孔4-13，所述第二通孔4-13的开设方向与所述第一通孔的开设方向垂直，所述第二通孔4-13用于贯穿所述第一金属棒3，第一金属棒3固定于第二通孔4-13后与第一旋转杆4-3垂直。通过旋转所述第一旋转把手4-2调节加紧力度，可以调节第一金属棒3在第二通孔4-13中的位置。同时，由于第一旋紧把手4-2与第一旋转杆4-3可拆卸固定，可以通过调整第一旋紧把手4-2的旋转角度来调节金属棒安装口4-31的通孔方向，进而调整所述第二金属棒5的角度。

所述光纤传感器8通过所述第三活动装置6固定在所述第二金属棒5上，且所述第三活动装置6在所述第二金属棒5上的固定位置可调节。如图3所示，第三活动装置6包括：第二U型紧固件6-1、第二旋转把手6-2和第二旋转杆6-3。所述第二U形紧固件6-1包括两个对称的第二紧固臂(6-11和6-12)，两个第二紧固臂的第一端均开设有第三通孔，所述第三通孔用于贯穿所述第二旋转杆6-3，所述第二旋转杆6-3的第一端固定所述光纤传感器8，所述第二旋转杆6-3的第二端与所述第二旋转把手6-2可拆卸固定。本发明第二旋转杆6-3的第一端通过转接板7固定所述光纤传感器8，如图4所示，图中8-7为光纤探头，8-8位旋紧螺母，将转接板7固定在第二金属棒5上，通过旋紧螺母8-8固定光纤传感器8的光纤探头8-7，实现对光纤传感器8的固定。

两个第二紧固臂(6-11和6-12)的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第四通孔6-13，所述第四通孔6-13的开设方向与所述第三通孔的开设方向垂直，所述第四通孔6-13用于贯穿所述第二金属棒5，第二金属棒5通过第四通孔6-13固定后，与第二旋转杆6-3垂直。通过旋转所述第二旋转把手6-2，可以调节两个第二紧固臂(6-11和6-12)的加紧力度，进而调节第三活动装置6在第二金属棒5上的位置，光纤传感器8随着第三活动装置6在第二金属棒5上上、下滑动，实现调节光纤传感器8位置。通过上述第一活动装置2、第二活动装置4和第三活动装置6的灵活调节，使得光纤传感器8的光纤探头8-7能够以最佳的距离位置对准定子绕组，对其进行准确测量。

所述光纤传感器8通过光纤放大器9与外部的数据采集卡11输入端连接，所述数据采集卡11的输出端连接至计算机12，所述计算机12用于根据所述数据采集卡11采集的所述光纤传感器8的输出数据得到所述待测发电机定子绕组振动参数。如图5所示，光纤传感器8的工作原理为：当光纤探头8-7端部紧贴定子绕组8-5表面时，发射光纤8-3中的光不能反射到接收光纤中去，接收光纤8-4中无光信号；当定子绕组8-5远离光纤探头8-7时，发射光纤8-3照亮定子绕组8-5表面的面积越大，相应的发射光锥与接受光锥重合的面积8-9越大，输出的信号峰值越大。因此，输出信号与重合面积也就是光纤探头和定子绕组被测表面的距离成线性的关系。

光源8-1发出的光信号经由发射光纤8-3照射到待测定子绕组8-5平面上，反射后得到的反射光信号经由接收光纤8-4传递给光电转换器8-2；光电转换器8-2将接收到的光信号转换为电信号并通过传输导线10传递给光纤放大器9；经光纤放大器9放大后的电压信号输出给数据采集卡11，数据采集卡11将模拟信号转化成数字信号传递给计算机12，经过计算机软件的信号处理，得到最终的“位移-时间”曲线图。

基于上述装置，本发明还提供一种测量发电机定子绕组振动的方法，包括以下步骤：

Step1：将磁吸开关拨到OFF档位，将测量发电机定子绕组振动的装置固定于待测发电机上，拨到ON档位，打开磁吸座的开关，实现整个装置的固定。

Step2：通过调节第一活动装置来调节所述第一金属棒和第二金属棒的角度，使得光纤传感器对准待测发电机的定子绕组。

Step3：通过调节第二活动装置在第一金属棒上的位置，以及调节第三活动装置在第二金属棒上的位置，来调节所述光纤传感器与所述待测发电机的定子绕组之间的距离，使得光纤传感器的光纤探头离定子绕组8-5有最佳的测量距离。

Step4：将所述光纤传感器、数据采集卡和计算机依次连接。

Step5：读取所述数据采集卡采集到的信号，通过所述计算机分析得到所述待测发电机定子绕组的振动参数。

本发明方案可靠、易于实现，能够用小体积、低成本的实用性装置解决对定子绕组振动的测量问题，为后续的实验研究奠定基础，值得推广。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，包括：光纤传感器和固定支架；

所述固定支架包括：磁吸座、第一活动装置、第一金属棒、第二活动装置、第二金属棒和第三活动装置；当对待测发电机定子绕组振动进行测量时，所述磁吸座固定在待测发电机上；所述第一金属棒的第一端通过所述第一活动装置固定在所述磁吸座上，且所述第一金属棒通过所述第一活动装置可在所述磁吸座上转动；所述第二金属棒通过所述第二活动装置固定在所述第一金属棒上，所述第二活动装置在所述第一金属棒上的固定位置可调节；所述光纤传感器通过所述第三活动装置固定在所述第二金属棒上，且所述第三活动装置在所述第二金属棒上的固定位置可调节；

所述光纤传感器与外部的数据采集卡输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至计算机，所述计算机用于根据所述数据采集卡采集的所述光纤传感器的输出数据得到所述待测发电机定子绕组振动参数。

2.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，所述第一活动装置为球形铰，所述球形铰通过螺纹孔与所述磁吸座固定，所述第一金属棒的第一端通过螺纹孔于所述球形铰固定。

3.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，所述第二活动装置包括：第一U型紧固件、第一旋转把手和第一旋转杆；

所述第一U形紧固件包括两个对称的第一紧固臂，两个第一紧固臂的第一端均开设有第一通孔，所述第一通孔用于贯穿所述第一旋转杆；所述第一旋转杆的第一端开设有金属棒安装口，所述金属棒安装口用于固定所述第二金属棒；所述第一旋转杆的第二端与所述第一旋转把手可拆卸固定；

两个第一紧固臂的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第二通孔，所述第二通孔的开设方向与所述第一通孔的开设方向垂直，所述第二通孔用于贯穿所述第一金属棒；通过旋转所述第一旋转把手，来调节所述第二金属棒的位置。

4.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，所述第三活动装置包括：第二U型紧固件、第二旋转把手和第二旋转杆；

所述第二U形紧固件包括两个对称的第二紧固臂，两个第二紧固臂的第一端均开设有第三通孔，所述第三通孔用于贯穿所述第二旋转杆；所述第二旋转杆的第一端用于固定所述光纤传感器；所述第二旋转杆的第二端与所述第二旋转把手可拆卸固定；

两个第二紧固臂的第二端为一体结构，所述一体结构开设有第四通孔，所述第四通孔的开设方向与所述第三通孔的开设方向垂直，所述第四通孔用于贯穿所述第二金属棒；通过旋转所述第二旋转把手，来调节所述光纤传感器的位置。

5.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，还包括：转接板，所述第三活动装置通过所述转接板固定所述光纤传感器。

6.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，还包括：光纤放大器，所述光纤传感器通过所述光纤放大器与所述数据采集卡连接，所述光纤传感器测得的数据经所述光纤放大器放大后，输出至所述数据采集卡。

7.根据权利要求1所述的测量发电机定子绕组振动的装置，其特征在于，所述磁吸座的磁力可调节。

8.一种测量发电机定子绕组振动的方法，其特征在于，所述测量发电机定子绕组振动的方法用于权利要求1-7任一项所述的测量发电机定子绕组振动的装置，所述测量发电机定子绕组振动的方法包括：

将测量发电机定子绕组振动的装置固定于待测发电机上，并打开磁吸座的开关；

通过调节第一活动装置来调节所述第一金属棒和第二金属棒的角度，使得光纤传感器对准待测发电机的定子绕组；

通过调节第二活动装置在第一金属棒上的位置，以及调节第三活动装置在第二金属棒上的位置，来调节所述光纤传感器与所述待测发电机的定子绕组之间的距离；

将所述光纤传感器、数据采集卡和计算机依次连接；

读取所述数据采集卡采集到的信号，通过所述计算机分析得到所述待测发电机定子绕组的振动参数。

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