CN205607643U - 一种变压器油泵转子全方位检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种变压器油泵转子全方位检测电路，属于变压器技术领域。它解决了现有技术中对油泵转子偏移检测不全面的问题。本检测电路包括检测线圈C1‑检测线圈C8、开关组一、开关组二和控制器，检测线圈C1和检测线圈C3串联形成回路一，检测线圈C5和检测线圈C7串联形成回路二，开关组一和开关组二能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C4串联形成回路三且检测线圈C6与检测线圈C8串联形成回路四，或者使检测线圈C2与检测线圈C6串联形成回路五且检测线圈C4与检测线圈C8串联形成回路六，回路一‑回路六分别与控制器的输入端连接。本检测电路能够实现对油泵转子偏移的全方位检测，并且实现数字化处理，简单方便。
Description
技术领域
本实用新型属于变压器技术领域，涉及一种变压器油泵转子全方位检测电路。
背景技术
变压器是电力输送及电气牵引系统的核心环节，而油泵是变压器冷却系统的动力部件，当其出现故障时会影响变压器的可靠运行。目前变压器配套使用Y型油泵，转子与油泵定子之间气隙小。在长期的运转中，轴承磨损会导致转子径向及轴向位移，具体体现为定转子间的径向气隙变化及定转子轴向相对位移。若未能及时检测油泵的轴承磨损，且在轴承发生故障前进行预报，则轴承故障会进一步演化为定、转子间的直接摩擦。定转子摩擦会带来变压器油色谱异常、油温升高等诸多问题，若处理不及时则有可能造成重大事故。目前，Y型油泵的这种失效故障尚无法实时检测，给变压器带来一定的运行风险。以机车变压器为例，当Y型油泵出现故障后，会给机车的运行带来安全隐患。变压器油泵工作环境特殊，且泵内空间有限，难以在线测量转子径向及轴向位移。另一方面，油泵轴承置于壳体内，难以从外部进行状态检测和故障判别。为了进一步提升油泵的可靠性，急需解决油泵状态的在线检测与故障报警。
中国专利封闭马达的轴承磨耗监视装置[申请号97116268.9]，针对普通屏蔽电机的轴承磨损提出了一种基于检测线圈的检测装置，其公开的技术方案如下：封闭马达的轴承磨耗监视装置，备有检测回路，分别在油泵定子铁心齿部长度方向两端，以180度间隔设置相向的一对检测线圈，通过整流元件将该相向的各一对检测线圈的差动输出接线回路并联连接，将输出显示器与该并联回路串联连接。如图1所示，该专利是通过测量线圈的信号变化来检测油泵转子位移，为了便于说明，在图1中设定了3维坐标系。其中，检测线圈C1、检测线圈C3、检测线圈C5、检测线圈C7用于检测油泵转子在Z轴方向位移，而检测线圈C2、检测线圈C4、检测线圈C6、检测线圈C8用于油泵转子在X轴方向位移，检测线圈C1-检测线圈C8均具有两个引出端。在其公开的技术方案中，将检测线圈C1-检测线圈C8按照图2所示线路进行连接，可以通过电压表的输出获得转子Z轴方向和X轴方向位移。
然而，该专利公开的技术方案只能实现转子Z轴方向和X轴方向位移的检测，当油泵转子发生y轴方向位移时，则无法检测。此外上述方案只能输出电压值的模拟信号，并不能直观的反应故障情况，并且输出的信号不能够使用信息化管理的需求。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种变压器油泵转子全方位检测电路，该变压器油泵转子全方位检测电路所要解决的技术问题是：如何实现油泵转子的全方位检测。
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种变压器油泵转子全方位检测电路，包括依次以90度间隔设在油泵定子左端的检测线圈C1-检测线圈C4和依次以90度间隔设在油泵定子右端的检测线圈C5-检测线圈C8，所述检测线圈C1和检测线圈C5位置相对应，所述检测线圈C1和检测线圈C3串联形成回路一，所述检测线圈C5和检测线圈C7串联形成回路二，其特征在于，所述检测电路还包括开关组一、开关组二和控制器，所述开关组一和开关组二能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C4串联形成回路三且检测线圈C6与检测线圈C8串联形成回路四，或者所述开关组一和开关组二能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C6串联形成回路五且检测线圈C4与检测线圈C8串联形成回路六，所述回路一-回路六分别与所述控制器的输入端连接，所述控制器分别根据回路一和回路二、回路三和回路四、回路五和回路六输入的电信号计算出油泵转子在各个方向上的偏移量。
本检测电路通过在油泵定子上设置八个检测线圈，检测线圈C1-检测线圈C4设置在油泵定子的左端并相互之间间隔90度，检测线圈C5-检测线圈C8设置在油泵定子右端的相应位置，这样能够便于建X-Y-Z立直角坐标系，并且检测线圈C1与检测线圈C3串联配对形成回路一，检测线圈C5与检测线圈C7串联配对形成回路二，此外通过开关组一和开关组二的配合时检测线圈C2、检测线圈C4、检测线圈C6和检测线圈C8能够在不同时刻实现如下配对方案：1、检测线圈C2与检测线圈C4串联形成回路三且检测线圈C6与检测线圈C8串联形成回路四；2、检测线圈C2与检测线圈C6串联形成回路五且检测线圈C4与检测线圈C8串联形成回路六，这样可以通过控制器对回路一和回路二、回路三和回路四、回路五和回路六进行差动分析处理：回路一和回路二两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的Z轴方向的径向位移；回路三和回路四两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的Y轴方向的径向位移；回路五和回路六两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的X轴方向的径向位移，从而能够检测出油泵轴在建立的X-Y-Z立直角坐标系中任意方向上的偏移，实现油泵转子位置的全方位检测。
在上述的一种变压器油泵转子全方位检测电路中，所述开关组一包括开关k1-开关k4，所述开关组二包括开关k5-开关k8，所述检测线圈C2的引出端一与控制器连接，所述检测线圈C2的引出端二分别通过开关k1与检测线圈C6的引出端一连接以及通过开关k3与检测线圈C4的引出端二连接，所述检测线圈C4的引出端一分别通过开关k5和开关k6与控制器连接，所述检测线圈C4的引出端二通过开关k2与检测线圈C8的引出端一连接，所述检测线圈C6的引出端一通过开关k4与检测线圈C8的引出端一连接，所述检测线圈C6的引出端二分别通过开关k7和开关k8与控制器连接，所述检测线圈C8的引出端二与控制器连接。由于油泵轴承故障并非偶发性故障，故障状态会重复性呈现，故无需连续进行监测，本电路的开关组一和开关组二可以通过以下配合实现上述连接：当需要将检测线圈C2和检测线圈C4配对、检测线圈C6和检测线圈C8配对时，使开关k3、开关k4、开关k5、开关k8闭合，其余开关断开；当需要将检测线圈C2和检测线圈C6配对、检测线圈C4和检测线圈C8配对时，使开关k1、开关k2、开关k6、开关k7闭合，其余开关断开，这样能够实现检测线圈C2、检测线圈C4、检测线圈C6和检测线圈C8分时地进行功能复用，各个检测线圈的利用率高，并且能够实现全方位的检测。
在上述的一种变压器油泵转子全方位检测电路中，所述检测电路还包括若干用于对各检测线圈输出信号进行放大和采样的前置处理电路，所述回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六分别通过一组前置处理电路与控制器连接。通过前置处理电路使各个回路输出的电压信号能够得到适当放大，并且通过采样使得最终输送给控制器的电压信号为有效电压信号，通过前置处理电路能够减少数据冗余，提高检测效率。
在上述的一种变压器油泵转子全方位检测电路中，所述前置处理电路包括依次串联的放大电路和A/D采样电路。通过设置放大电路对各回路输出的电压进行交流放大，并通过A/D采样电路进行采样，将各个回路输出的模拟信号转换为数字信号，便于后续控制器进行分析处理。
在上述的一种变压器油泵转子全方位检测电路中，所述控制器包括数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六、加法电路一、加法电路二和加法电路三，所述数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六分别与回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六一一对应连接，所述加法电路一的输入端分别连接数字滤波电路一和数字滤波电路二的输出端，所述加法电路二的输入端分别连接数字滤波电路三和数字滤波电路四的输出端，所述加法电路三的输入端分别连接数字滤波电路五和数字滤波电路六的输出端。数字滤波器能够滤除各个回路输出的无用信号和噪声信号，然后通过加法电路将相互配对的回路输出的电压信号进行合成以获得对应两个回路的有效值，从而根据合成后信号的变化值来测得对应方向上油泵转子发生的位移。
在上述的一种变压器油泵转子全方位检测电路中，所述数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三和数字滤波电路四为高通滤波电路，所述数字滤波电路五和数字滤波电路六为低通滤波电路。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：1、能够实现对油泵转子的全方位检测，检测更全面，更准确，避免检测死角；2、实现检测结果的数字化转换和处理，为物联网和互联网提供基础；3、检测线圈C2、检测线圈C4、检测线圈C6和检测线圈C8实现了分时复用，减少了检测线圈的数量，巧妙利用开关组的开闭配合，电路简单，成本低。
附图说明
图1是现有技术中封闭马达轴承磨耗监视装置的结构示意图。
图2是现有技术中封闭马达轴承磨耗监视装置的电路原理图。
图3是本实用新型实施例中变压器油泵转子全方位检测电路示意图。
图4是本实用新型实施例中变压器油泵转子全方位检测电路的控制器的原理图。
图5是本实用新型实施例中变压器油泵转子在X轴方向偏移状态示意图。
图6是本实用新型实施例中变压器油泵转子在Y轴方向偏移状态示意图。
图7是本实用新型实施例中变压器油泵转子在Z轴方向偏移状态示意图。
图中，1、油泵定子；2、油泵转子；3、开关组一；4、开关组二。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1、图3和图4所示，本变压器油泵转子全方位检测电路，包括依次以90度间隔设在油泵定子1左端的检测线圈C1-检测线圈C4和依次以90度间隔设在油泵定子1右端的检测线圈C5-检测线圈C8，检测线圈C1和检测线圈C5位置相对应，在本实施例中，根据检测线圈C1-检测线圈C8的位置关系建立X-Y-Z立直角坐标系。
检测线圈C1和检测线圈C3串联形成回路一，检测线圈C5和检测线圈C7串联形成回路二，检测电路还包括开关组一3、开关组二4和控制器，开关组一3和开关组二4能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C4串联形成回路三且检测线圈C6与检测线圈C8串联形成回路四，或者开关组一3和开关组二4能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C6串联形成回路五且检测线圈C4与检测线圈C8串联形成回路六，回路一-回路六分别与控制器的输入端连接，控制器分别根据回路一和回路二、回路三和回路四、回路五和回路六输入的电信号计算出油泵转子2在各个方向上的偏移量。具体来说：开关组一3包括开关k1-开关k4，开关组二4包括开关k5-开关k8，检测线圈C2的引出端一与控制器连接，检测线圈C2的引出端二分别通过开关k1与检测线圈C6的引出端一连接以及通过开关k3与检测线圈C4的引出端二连接，检测线圈C4的引出端一分别通过开关k5和开关k6与控制器连接，检测线圈C4的引出端二通过开关k2与检测线圈C8的引出端一连接，检测线圈C6的引出端一通过开关k4与检测线圈C8的引出端一连接，检测线圈C6的引出端二分别通过开关k7和开关k8与控制器连接，检测线圈C8的引出端二与控制器连接。
由于油泵轴承故障并非偶发性故障，故障状态会重复性呈现，故无需连续进行监测，本电路的开关组一3和开关组二4可以通过以下配合实现上述连接：当需要将检测线圈C2和检测线圈C4配对、检测线圈C6和检测线圈C8配对时，使开关k3、开关k4、开关k5、开关k8闭合，其余开关断开；当需要将检测线圈C2和检测线圈C6配对、检测线圈C4和检测线圈C8配对时，使开关k1、开关k2、开关k6、开关k7闭合，其余开关断开，这样能够实现检测线圈C2、检测线圈C4、检测线圈C6和检测线圈C8分时地进行功能复用，各个检测线圈的利用率高，并且能够实现全方位的检测。
如图4所示，控制器包括数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六、加法电路一、加法电路二和加法电路三，数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六分别与回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六一一对应连接，加法电路一的输入端分别连接数字滤波电路一和数字滤波电路二的输出端，加法电路二的输入端分别连接数字滤波电路三和数字滤波电路四的输出端，加法电路三的输入端分别连接数字滤波电路五和数字滤波电路六的输出端。本实施例中，数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三和数字滤波电路四为高通滤波电路，数字滤波电路五和数字滤波电路六为低通滤波电路。数字滤波器能够滤除各个回路输出的无用信号和噪声信号，然后通过加法电路将相互配对的回路输出的电压信号进行合成以获得对应两个回路的有效值，从而根据合成后信号的变化值来测得对应方向上油泵转子2发生的位移。具体的合成过程如下：控制器对回路一和回路二、回路三和回路四、回路五和回路六进行差动分析处理：回路一和回路二两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的Z轴方向的径向位移；回路三和回路四两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的Y轴方向的径向位移；回路五和回路六两个回路信号差动处理后能够反映出油泵轴的X轴方向的轴向位移，从而能够检测出油泵轴在建立的X-Y-Z立直角坐标系中任意方向上的偏移，实现油泵转子2位置的全方位检测。
具体分析信号处理过程如下：
①径向位移监测信号处理。径向位移监测线圈对的信号通过A/D采样进入计算单元后，采用数字高通滤波器进行处理，滤除50HZ低频信号，保留叠加的高频信号。由于高频信号的幅值与径向位移有关，故通过高频信号的有效值可间接表征径向位移。如图4和图7所示，以z轴位移△z为例，检测线圈C1和检测线圈C3配对形成的回路一输出的信号经数字滤波器一滤波后获得有效值U1-3代表油泵转子2的前端在z轴方向的位移，而检测线圈C5和检测线圈C7配对形成的回路二输出的信号经数字滤波器一滤波后获得有效值U5-7则表示转子后端在z轴方向的位移，为了综合两端的位移，在计算单元中按照式(1)进行信号合成：
Uz轴＝εz·U1-3+(1-εz)·U5-7 (1)
其中，Uz轴表征油泵转子2的z轴方向的位移；0≤εz≤1，设置εz是为了平衡前端和后端的权重，以适应不同的应用场合。例如，Y型油泵后端的轴承较易出现故障，则可以适当减小εz，加大后端信号的权重。
与之类似，如图4和图6所示，y轴方向的位移△y表示为：
Uy轴＝εy·U2-4+(1-εy)·U6-8 (2)
其中，Uy轴表征y轴方向的位移；0≤εy≤1，为前端和后端的权重系数。
②轴向位移监测信号处理
如图4和图5所示，油泵转子2发生轴向位移△x时，体现为差动线圈输出低频主信号的幅值变化。由于线圈同时也受到转子齿槽的影响，输出信号中同样叠加高频信号；但油泵转子2的轴向位移不影响高频信号的幅值(换句话说，高频信号对轴向位移不敏感)。对检测线圈C2和检测线圈C6配对形成回路五及检测线圈C4和检测线圈C8配对形成回路六输出信号进行数字低通滤波，滤除高频信号，只保留低频信号。然后再对输出的低频信号计算其有效值，并将两个线圈对输出的有效值信号进行合成
Ux轴＝εx·U2-6+(1-εx)·U4-8 (3)
其中，Ux轴表征轴向位移；0≤εx≤1，为两侧线圈对的权重系数。由于轴向位移只有一个自由度，故εx一般设置为0.5。
通过以上综合处理，Ux轴能有效表征油泵电机转子的轴向位移，Uz轴和Uy轴分别代表转子在z轴及y轴方向的径向偏移。
本实施例中，采用将两两检测线圈配对输出差动信号的方式，消除了油泵功率、电压波动等造成的干扰。油泵定子1和油泵转子2间的交流磁通会在各监测线圈中产生50HZ的感应电压，这是各监测线圈输出信号的主要部分。另外，当油泵转子2旋转时，转子齿槽也会影响每个监测线圈处的磁阻，进而在监测线圈中叠加高频信号。高频信号的频率取决于转子的结构及电机转速。以检测线圈C1和检测线圈C3配对为例，由于检测线圈C1和检测线圈C3面对面对称布置，故两者输出信号的相位差为180°。由于检测线圈C1与检测线圈C3线圈构成差动输出，能有效抵消油泵负载及供电电压波动等带来的干扰。
在本实施例中，为了减少检测线圈C1-检测线圈C8输出信号的数据冗余，以及提高检测效率，检测电路还包括若干用于对各检测线圈输出信号进行放大和采样的前置处理电路，回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六分别通过一组前置处理电路与控制器连接。通过前置处理电路使各个回路输出的电压信号能够得到适当放大，并且通过采样使得最终输送给控制器的电压信号为有效电压信号。更具体的说，前置处理电路包括依次串联的放大电路和A/D采样电路。通过设置放大电路对各回路输出的电压进行交流放大，并通过A/D采样电路进行采样，将各个回路输出的模拟信号转换为数字信号，便于后续控制器进行分析处理。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，仅仅是对本实用新型精神作举例说明，并非对实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术原理对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种变压器油泵转子全方位检测电路，包括依次以90度间隔设在油泵定子(1)左端的检测线圈C1-检测线圈C4和依次以90度间隔设在油泵定子(1)右端的检测线圈C5-检测线圈C8，所述检测线圈C1和检测线圈C5位置相对应，所述检测线圈C1和检测线圈C3串联形成回路一，所述检测线圈C5和检测线圈C7串联形成回路二，其特征在于，所述检测电路还包括开关组一(3)、开关组二(4)和控制器，所述开关组一(3)和开关组二(4)能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C4串联形成回路三且检测线圈C6与检测线圈C8串联形成回路四，或者所述开关组一(3)和开关组二(4)能够相互配合使检测线圈C2与检测线圈C6串联形成回路五且检测线圈C4与检测线圈C8串联形成回路六，所述回路一-回路六分别与所述控制器的输入端连接，所述控制器分别根据回路一和回路二、回路三和回路四、回路五和回路六输入的电信号计算出油泵转子(2)在各个方向上的偏移量。
2.根据权利要求1所述的一种变压器油泵转子全方位检测电路，其特征在于，所述开关组一(3)包括开关k1-开关k4，所述开关组二(4)包括开关k5-开关k8，所述检测线圈C2的引出端一与控制器连接，所述检测线圈C2的引出端二分别通过开关k1与检测线圈C6的引出端一连接以及通过开关k3与检测线圈C4的引出端二连接，所述检测线圈C4的引出端一分别通过开关k5和开关k6与控制器连接，所述检测线圈C4的引出端二通过开关k2与检测线圈C8的引出端一连接，所述检测线圈C6的引出端一通过开关k4与检测线圈C8的引出端一连接，所述检测线圈C6的引出端二分别通过开关k7和开关k8与控制器连接，所述检测线圈C8的引出端二与控制器连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种变压器油泵转子全方位检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括若干用于对各检测线圈输出信号进行放大和采样的前置处理电路，所述回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六分别通过一组前置处理电路与控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种变压器油泵转子全方位检测电路，其特征在于，所述前置处理电路包括依次串联的放大电路和A/D采样电路。
5.根据权利要求1或2所述的一种变压器油泵转子全方位检测电路，其特征在于，所述控制器包括数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六、加法电路一、加法电路二和加法电路三，所述数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三、数字滤波电路四、数字滤波电路五、数字滤波电路六分别与回路一、回路二、回路三、回路四、回路五和回路六一一对应连接，所述加法电路一的输入端分别连接数字滤波电路一和数字滤波电路二的输出端，所述加法电路二的输入端分别连接数字滤波电路三和数字滤波电路四的输出端，所述加法电路三的输入端分别连接数字滤波电路五和数字滤波电路六的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种变压器油泵转子全方位检测电路，其特征在于，所述数字滤波电路一、数字滤波电路二、数字滤波电路三和数字滤波电路四为高通滤波电路，所述数字滤波电路五和数字滤波电路六为低通滤波电路。
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|---|---|---|---|
| CN201620399498.8U Active CN205607643U (zh) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 一种变压器油泵转子全方位检测电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN205607643U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7314434B1 (ja) * | 2023-03-16 | 2023-07-25 | 日機装株式会社 | モータ軸受摩耗状態推定装置、軸受摩耗状態推定方法、軸受摩耗状態推定プログラム、およびキャンドモータポンプ |
| US12063002B1 (en) | 2023-03-16 | 2024-08-13 | Nikkiso Co., Ltd. | Motor bearing wear state estimation device, bearing wear state estimation method, bearing wear state estimation program, and canned motor pump |
-
2016
- 2016-05-04 CN CN201620399498.8U patent/CN205607643U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7314434B1 (ja) * | 2023-03-16 | 2023-07-25 | 日機装株式会社 | モータ軸受摩耗状態推定装置、軸受摩耗状態推定方法、軸受摩耗状態推定プログラム、およびキャンドモータポンプ |
| US12063002B1 (en) | 2023-03-16 | 2024-08-13 | Nikkiso Co., Ltd. | Motor bearing wear state estimation device, bearing wear state estimation method, bearing wear state estimation program, and canned motor pump |
| WO2024190030A1 (ja) * | 2023-03-16 | 2024-09-19 | 日機装株式会社 | モータ軸受摩耗状態推定装置、軸受摩耗状態推定方法、軸受摩耗状態推定プログラム、およびキャンドモータポンプ |
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