CN203981852U - 一种发电机碳刷监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种发电机碳刷监测装置，包括碳刷本体，所述碳刷本体包括基体和设置在基体上的若干个检测头，检测头顶部设置有凹孔，每个检测头上设置有一个第一电流检测传感器，每个检测头的内部设置有一个导电金属内芯，金属内芯的顶部设置有锥形圆盘，相邻两个第一电流传感器设置有比较机构，比较机构包括一个运算放大器，运算放大器的正向输入端和反向输入端分别连接至两个相邻的第一电流传感器的输出端，正向输入端通过第一电阻接地，反向输入端通过第二电阻连接至运算放大器的输出端；基体内设置有集电板和若干个通气孔，集电板连接有第二电流检测传感器。本实用新型能够改进现有技术的不足，提高发电机碳刷电流的采集准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电机监控装置，尤其是一种发电机碳刷监测装置。
背景技术
发电机碳刷作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。发电机碳刷是发电机的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈，由于其主要成分是碳，称为碳刷，它是易磨损的需定期维护更换。
近年国民经济持续的快速发展，扩大了本已严峻的供电需求缺口，新建机组、各行业的自备电源系统和自备发动机系统的置备和安装应用，如“雨后春笋”随处可见。而发电机励磁系统的碳刷运行与维护技术是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。所以，各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致励磁系统碳刷事故。
长期以来因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，给企业造成较大经济损失。当导入导出电流的碳刷运行中发生故障时，如何判别故障类型与性质，以便尽快消除故障，保证设备稳定运行，是大家需要认真思考的。
碳刷即电刷。运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造成事故降负荷，甚至停机。
导致碳刷故障的因素有：
电磁因素：无功或励磁电流调整时，碳刷的火花有明显变化。在励磁机换向时，碳刷与换向片接触不良，接触电阻过大；整流子或滑环的氧化膜薄厚不均匀，引起碳刷电流分布不平衡；或者负载突然变化，以及突发的短路导致换向片间的电压分布异常；机组过载和不平衡；碳刷选型不合理，碳刷间距不等；碳刷质量问题等等。
机械因素：换向器中心不正，转子不平衡；机组振动大；换向片间绝缘凸出或换向片凸出；碳刷接触面研磨不光滑，或换向器表面粗糙而造成接触不良；换向器表面不清洁；各个换向极下气隙不等；碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜；碳刷在刷握里太松而发生跳动，或太紧了碳刷在刷握里卡住了等。机组运转速度降低或震动改善，火花将减少。
化学因素：机组运行在有腐蚀性的气体中，或机组运行空间缺乏氧气，换向器与碳刷接触的表面上一层自然形成铜氧化物薄膜遭到破坏，本已形成的、近似线性电阻的换向不复存在，在接触面重新形成氧化膜的过程中换向器火花加剧。换向器(或滑环)被酸性气体或油脂腐蚀。碳刷及换向器被污染等。
发电机碳刷不正常运行会导致碳刷电流异常，偏差增大；而碳刷电流过大会导致碳刷温度升高，磨损加重；碳刷电流过小也可预示碳刷接触电阻增大等异常情况。
中国发明专利CN102169136B公开了一种发电机电刷电流在线监测方法及监测系统，通过自动采集碳刷上的电流值进行发电机的异常监控。这种结构在采集碳刷电流时，受发电机自身运行的影响较大，采集的电流不准确。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种发电机碳刷监测装置，能够解决现有技术的不足，提高发电机碳刷电流的采集准确度。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
一种发电机碳刷监测装置，包括碳刷本体，所述碳刷本体包括基体和设置在基体上的若干个检测头，检测头顶部设置有凹孔，每个检测头上设置有一个第一电流检测传感器，每个检测头的内部设置有一个导电金属内芯，金属内芯的顶部设置有锥形圆盘，锥形圆盘与检测头的面积之比为2∶3～7∶8，相邻两个第一电流检测传感器设置有比较机构，比较机构包括一个运算放大器，运算放大器的正向输入端和反向输入端分别通过第三电阻和第四电阻连接至两个相邻的第一电流检测传感器的输出端，正向输入端通过第一电阻接地，反向输入端通过第二电阻连接至运算放大器的输出端；基体内设置有集电板和若干个通气孔，通气孔分别设置于集电板的上下两端，集电板连接有第二电流检测传感器。
作为优选，所述相邻检测头之间设置有金属屏蔽层。
作为优选，所述凹孔内设置有金属丝网层，凹孔的两侧设置有通孔，金属丝网层通过通孔与金属屏蔽层相连。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本实用新型通过改变传统碳刷的形状，将电流采集点分别设置于顶部的检测头和底部的集电板，通过检测头采集分支电流，比较机构用来监测整个碳刷中电流分布的均匀度，通过集电板采集碳刷总电流，在分支电流正常的情况下监测整个碳刷的电流情况。检测头上的凹孔可以减少碳刷的发热量，其内部的金属丝网层可以有效缓解碳刷摩擦过程中的放电现象，金属丝网层与金属屏蔽层相连，可以对电弧进行充分的引出和消灭。金属屏蔽层还可以减小相邻检测头之间的相互干扰。导电金属内芯用于传输电流，可以减小电流传输过程中的电阻消耗，抑制发热。锥形圆盘可以扩大电流接受面积，减少漏电流量。通气孔用对碳刷进行通风，降低碳刷工作时高温对其本身寿命和电流采集的影响。
附图说明
图1是本实用新型一个具体实施方式中碳刷顶部的示意图。
图2是本实用新型一个具体实施方式中碳刷底部的示意图。
图3是本实用新型一个具体实施方式中比较机构的示意图。
图中：1、金属丝；2、基体；3、检测头；4、凹孔；5、第一电流检测传感器；6、导电金属内芯；7、锥形圆盘；8、运算放大器；9、集电板；10、通气孔；11、金属屏蔽层；12、金属丝网层；13、通孔；14、第二电流检测传感器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻。
具体实施方式
本实用新型中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-3，本实用新型一个具体实施方式包括碳刷本体，所述碳刷本体包括基体2和设置在基体2上的若干个检测头3，检测头3顶部设置有凹孔4，每个检测头3上设置有一个第一电流检测传感器5，每个检测头3的内部设置有一个导电金属内芯6，导电金属内芯6的顶部设置有锥形圆盘7，相邻两个第一电流检测传感器5设置有比较机构，比较机构包括一个运算放大器8，运算放大器8的正向输入端和反向输入端分别通过第三电阻R3和第四电阻R4连接至两个相邻的第一电流检测传感器5的输出端，正向输入端通过第一电阻R1接地，反向输入端通过第二电阻R2连接至运算放大器8的输出端；基体2内设置有集电板9和若干个通气孔10，通气孔10分别设置于集电板9的上下两端，集电板9连接有第二电流检测传感器14。所述相邻检测头3之间设置有金属屏蔽层11。所述凹孔4内设置有金属丝网层12，凹孔4的两侧设置有通孔13，金属丝网层12通过通孔13与金属屏蔽层11相连。本实施例通过改变传统碳刷的形状，将电流采集点分别设置于顶部的检测头3和底部的集电板9，通过检测头3采集分支电流，比较机构用来监测整个碳刷中电流分布的均匀度，通过集电板9采集碳刷总电流，在分支电流正常的情况下监测整个碳刷的电流情况。检测头3上的凹孔4可以减少碳刷的发热量，其内部的金属丝网层12可以有效缓解碳刷摩擦过程中的放电现象，金属丝网层12与金属屏蔽层11相连，可以对电弧进行充分的引出和消灭。金属屏蔽层11还可以减小相邻检测头3之间的相互干扰。导电金属内芯6用于传输电流，可以减小电流传输过程中的电阻消耗，抑制发热。锥形圆盘7与检测头3的面积之比为4∶5，可以扩大电流接受面积，减少漏电流量，同时又能保证足够的碳刷包裹面积，保证碳刷的寿命。通气孔10用于对碳刷进行通风，降低碳刷工作时高温对其本身寿命和电流采集的影响。
此外，集电板9为弯折形，每个弯折的拐点的外侧设置有一个通气孔10，通气孔10与弯折拐点之间设置有金属丝1。弯折的集电板9可以增加电流收集面积，提高收集率，通气孔10设置的位置可以有效对发热量较多的位置进行快速散热，金属丝1可以提高热量传导效率。
其中，第一电流检测传感器5为霍尔电流传感器，第二电流检测传感器14为电阻式电流传感器。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种发电机碳刷监测装置，包括碳刷本体，其特征在于：所述碳刷本体包括基体(2)和设置在基体(2)上的若干个检测头(3)，检测头(3)顶部设置有凹孔(4)，每个检测头(3)上设置有一个第一电流检测传感器(5)，每个检测头(3)的内部设置有一个导电金属内芯(6)，导电金属内芯(6)的顶部设置有锥形圆盘(7)，锥形圆盘(7)与检测头(3)的面积之比为2∶3～7∶8，相邻两个第一电流检测传感器(5)设置有比较机构，比较机构包括一个运算放大器(8)，运算放大器(8)的正向输入端和反向输入端分别通过第三电阻(R3)和第四电阻(R4)连接至两个相邻的第一电流检测传感器(5)的输出端，正向输入端通过第一电阻(R1)接地，反向输入端通过第二电阻(R2)连接至运算放大器(8)的输出端；基体(2)内设置有集电板(9)和若干个通气孔(10)，通气孔(10)分别设置于集电板(9)的上下两端，集电板(9)连接有第二电流检测传感器(14)。
2.根据权利要求1所述的发电机碳刷监测装置，其特征在于：所述相邻检测头(3)之间设置有金属屏蔽层(11)。
3.根据权利要求2所述的发电机碳刷监测装置，其特征在于：所述凹孔(4)内设置有金属丝网层(12)，凹孔(4)的两侧设置有通孔(13)，金属丝网层(12)通过通孔(13)与金属屏蔽层(11)相连。
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