CN217900908U - 碳刷状态监测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种碳刷状态监测装置和系统。该装置包括监测单元、微处理器、电池和通信单元；监测单元与所述微处理器连接，微处理器通过所述通信单元连接监控端；电池与所述监测单元、微处理器和所述通信单元连接，用于为监测单元、微处理器和通信单元供电；监测单元用于每一心跳周期采集一次数据，监测单元包括碳刷长度监测模块、电池电压监测模块、碳刷温度监测模块，其中，碳刷长度监测模块、电池电压监测模块和碳刷温度监测模块的输出端与所述微处理器连接。如此，通过对电池电压的监测，可以确保碳刷状态监测装置的正常运行，对碳刷的磨损、温度进行准确的监测，以确定碳刷的当前性能，从而为发电机的稳定工作提供保障。

Description

碳刷状态监测装置和系统

技术领域

本公开涉及安全监测技术领域，具体地，涉及一种碳刷状态监测装置和系统。

背景技术

碳刷是发电机的关键部件之一，不仅数量多且长期处于磨损和高温工作环境中。发电机的励磁电流是通过碳刷、滑环输送到励磁绕组的，由于发电机在运转中会产生震动导致电刷和滑环瞬间产生电火花。轻微的火花对发电机的正常运行无影响，但是当火花强度超过一定限度时就会给发电机带来损伤，严重时会引起滑环烧蚀、碳刷超温燃烧、发电机停机等重大事故。

碳刷属于损耗件，一般情况下碳刷的正常磨损量为每50小时磨损0.5mm，在碳刷磨损到正常尺寸的1/3到1/4时就必须更换，如果碳刷与滑环接触不良，会造成二者间打火放电，加速损耗。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种碳刷状态监测装置和系统，以确保碳刷处于正常工作状态，为发电机的稳定工作提供保障。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种碳刷状态监测装置，所述装置包括：监测单元、微处理器、电池和通信单元；

所述监测单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述通信单元连接监控端；

所述电池与所述监测单元、所述微处理器和所述通信单元连接，用于为所述监测单元、所述微处理器和所述通信单元供电；

所述监测单元用于每一心跳周期采集一次数据，所述监测单元包括碳刷长度监测模块、电池电压监测模块、碳刷温度监测模块，其中，所述碳刷长度监测模块、所述电池电压监测模块和所述碳刷温度监测模块的输出端与所述微处理器连接。

可选地，所述监测单元还包括碳刷电流监测模块，所述碳刷电流监测模块的输出端与所述微处理器连接。

可选地，所述通信单元为无线通信装置。

可选地，所述无线通信装置的通信频率为2.4GHz。

本公开第二方面提供一种碳刷状态监测系统，所述系统包括监控端和至少一个如本公开第一方面提供的碳刷状态监测装置；

所述监控端包括控制主机和至少一个集中器；

所述集中器与所述控制主机连接，用于接收所述通信单元发送的监测数据，对所述监测数据进行汇总，并将汇总结果发送至控制主机；

所述控制主机用于显示并存储所述汇总结果。

可选地，所述控制主机还包括第报警单元，用于在所述汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，生成碳刷异常的警告信息。

可选地，所述报警单元还用于向已与所述控制主机完成认证的终端发送所述警告信息。

可选地，所述控制主机还用于在确定所述汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，确定新的心跳周期；

所述控制主机还包括无线模块，用于将所述新的心跳周期发送至所述碳刷状态监测装置，以改变原有的心跳周期。

可选地，所述控制主机还包括提示单元，用于在所述汇总结果中的电池电压低于电压阈值时，生成更换电池的提示信息。

可选地，所述提示单元还用于生成休眠指令，并将所述休眠指令发送至所述碳刷状态监测装置，以控制所述碳刷状态监测装置在预设时长后进入休眠状态。

可选地，所述系统还包括协议转换器，与所述控制主机连接，用于将控制主机中存储的汇总结果上传至管理中心。

通过上述技术方案，通过对电池电压的监测，可以确保碳刷状态监测装置的正常运行，对碳刷的磨损、温度进行准确的监测，以获取碳刷的运行工况，确定碳刷的当前性能。如此，可以及时进行碳刷相应的维检以及更换操作，从而为发电机的稳定工作提供保障。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一示例性实施例示出的碳刷状态监测装置的框图；

图2是本公开一示例性实施例示出的碳刷长度监测模块的示意图；

图3是本公开一示例性实施例示出的碳刷状态监测系统的框图。

附图标记说明

10 碳刷状态监测装置 101 监测单元

1011 碳刷长度监测模块 1012 电池电压监测模块

1013 碳刷温度监测模块 102 微处理器

103 电池 104 通信单元

11 碳刷状态监测系统 12 监控端

13 控制主机 14 集中器

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。

图1是本公开一示例性实施例示出的碳刷状态监测装置的框图。如图1所示，该碳刷状态监测装置10包括：监测单元101、微处理器102、电池103和通信单元104；

监测单元101与微处理器102连接，微处理器102通过通信单元104连接监控端12；

电池103与监测单元101、微处理器102和通信单元104连接，用于为监测单元101、微处理器102和通信单元104供电；

监测单元101用于每一心跳周期采集一次数据，监测单元101包括碳刷长度监测模块1011、电池电压监测模块1012、碳刷温度监测模块1013，其中，碳刷长度监测模块1011、电池电压监测模块1012和碳刷温度监测模块1013的输出端与微处理器102连接。

示例性地，微处理器102可将多种物理量(例如，温度)转换为数字信号。为了避免频繁检修，电池103可以为高能电池。为了节约电能，可以使得碳刷状态监测装置10在脉冲方式下工作，每监测(采集)一次称为一次心跳，一个监测循环称为一次心跳周期。由于温度、碳刷磨损度都是缓变量，因此可以预先设置心跳周期，例如，可以将心跳周期设置为10分钟。电池103可以按照每10分钟一次心跳周期工作2s每次功耗100mA进行计算，则可确定一年耗电为：2s*6÷3600s*0.1A*24*365＝2.92AH，加上损耗可以采用3.7v，3.5AH大容量储能亚锂电池。随着电池103能量的不断消耗以及电池103的老化，电池103的电压会不断降低，为了确保电池103能够正常提供能量，可以设置电池电压监测模块1012，避免因电池103电量不足导致碳刷状态监测装置10停止工作。

示例性地，碳刷长度监测模块1011采可用精密线性滑动电位器，该电位器具有功耗低，精度高，结构简单，可靠性的特点。如图2所示，碳刷弹簧带动连杆牵引电位器变化反应当前碳刷磨损程度，当碳刷磨损时，弹簧会随着碳刷移动，从而带动电位器滑臂移动，随着磨损的进行，电位器的阻值不断减小，从而可以通过监测加载在其上面的电压反应磨损的程度。

示例性地，碳刷温度监测模块1013可采用数字式温度传感器。数字式温度传感器的稳定性好，可靠性高，阻值范围宽、精度高；可以在高温和高湿等恶劣环境中使用；体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装；热感应快、灵敏度高，可以测量-50℃±150℃之间的温度。

通过上述技术方案，通过对电池电压的监测，可以确保碳刷状态监测装置的正常运行，对碳刷的磨损、温度进行准确的监测，以获取碳刷的运行工况，确定碳刷的当前性能。如此，可以及时进行碳刷相应的维检以及更换操作，从而为发电机的稳定工作提供保障。

可选地，监测单元101还可包括碳刷电流监测模块，碳刷电流监测模块的输出端与微处理器102连接。

示例性地，碳刷电流监测模块可采用闭环霍尔电流传感器。闭环霍尔电流传感器属于非接触式传感器，与刷架绝缘，因此无安全隐患；碳刷磨损度监测、温度测量可采用直接测量，但由于传感器与刷架属于等电势安装，可避免漏电、放电等电气安全问题，不会将碳刷上的高电压引出。电气部分可做三防处理，以防止由于碳粉、水等侵入引起短路故障。

可选地，通信单元104可以为无线通信装置。

示例性地，无线通信装置中可包括射频电路。如此，可以避免现场冗杂的接线，便于安装，减少系统故障的发生。

可选地，无线通信装置的通信频率可以为2.4GHz。

在通过无线通信装置进行数据传输的过程中，无线电波易受干扰。电刷火花放电产生的噪声频谱宽幅度大，很容易将有用信号淹没，导致通讯中断。因此，可加大有用信号的发射功率，以确保正常通讯。由此带来的问题就是电池容量供给问题，对于采用电池供电的无线通讯不可随意的提高发射功率，即使增大电池容量后也不能像外部供电那样可以连续实时地发射传输数据，加之工作环境温湿度影响、电池的温度特性等因素的影响，可能会导致通信故障。

电刷产生的火花放电频谱范围为50MHz至1.5GHz，为避开此频率波段的影响，可选用2.4GHz的通讯频率。无线通信装置可以包括NRF24L01升级版的无线模块，NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz至2.5GHz频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流为9mA；接收时，工作电流为12.3mA，工作在100mw时电流为160mA，有多种工作模式可选，在数据传输方面实现相对WiFi距离更远，使节能设计更加方便。

图3是本公开一示例性实施例示出的碳刷状态监测系统11的框图。如图3所示，碳刷状态监测系统11包括监控端12和至少一个如上文所述的碳刷状态监测装置10；

监控端12包括控制主机13和至少一个集中器14；

集中器14与控制主机13连接，用于接收通信单元104发送的监测数据，对监测数据进行汇总，并将汇总结果发送至控制主机13；

控制主机13用于显示并存储汇总结果。

示例性地，每一个集中器14可以对获取到的多个碳刷状态监测装置10发送的监测数据进行汇总，例如，第一集中器可以汇总第一碳刷状态监测装置和第二碳刷状态监测装置的通信单元发送的监测数据，其中，监测数据可以为碳刷长度、碳刷温度、碳刷电流和电池电压。集中器14可将汇总结果发送至控制主机13，以便于工作人员在控制主机13上查看碳刷以及电池的当前状态，并且还可以将上述汇总结果存储在控制主机13的存储器当中，以便于工作人员查找历史汇总结果，进一步地，在历史汇总结果显示的界面上，还可以根据时间和碳刷编号，生成列表或者图形，以便于工作人员进行查看。

工作人员还可通过控制主机13上的系统，添加或者删除机组(发电机机组)、碳刷及其组别，进行管理员与用户设置，进行阈值设置。

如此，工作人员可在监控端12对碳刷进行监测，无需人工巡检，便于及时采取措施排除发电机碳刷故障。碳刷状态监测系统11可以独立运行，可以根据需求介入已有信息或监控系统。如果新增需要监测的机组，只需将新增机组的集中器14接入数据管理系统即可，无需增加其他设备。

可选地，控制主机13还可包括第报警单元，用于在汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，生成碳刷异常的警告信息。

示例性地，碳刷长度阈值可以被预先设置，例如可以被设置为碳刷总长度的1/3。若当前碳刷长度为碳刷总长度的1/4，则可确定超过碳刷长度阈值，需要更换碳刷，则可生成第一警告信息。例如，可以生成“更换碳刷”信息，并在控制主机13的屏幕上显示该信息。可替换的，控制主机13上还可以设置扬声器，可以通过扬声器对上述信息进行语音播报，以提示工作人员及时更换碳刷。

示例性地，碳刷温度阈值可以被预先设置，例如可以被设置为t。若当前碳刷温度为t1，且t1＞t，则可确定碳刷温度过高，发电机运行异常，可生成第二警告信息。例如，可以生成“碳刷温度异常”信息，并在控制主机13的屏幕上显示该信息。可替换的，控制主机13上还可以设置扬声器，可以通过扬声器对上述信息进行语音播报，以提示工作人员，及时控制发电机停止工作，对其进行检修，避免安全事故的发生。

示例性地，碳刷电流阈值可以被预先设置，例如可以被设置为I。若当前碳刷电流为I1，且I1＞I，则可确定碳刷电流分布不均匀，为避免发电机运行异常，可生成第三警告信息。例如，可以生成“碳刷电流异常”信息，并在控制主机13的屏幕上显示该信息。可替换的，控制主机13上还可以设置扬声器，可以通过扬声器对上述信息进行语音播报，以对提示工作人员，及时控制发电机停止工作，对其进行检修，以避免安全事故的发生。

其中，报警单元还可以定时生成检修提示信息，通过提示工作人员对发电机进行定时检修，确保发电机的运行安全。

可选地，报警单元还可用于向已与控制主机13完成认证的终端发送警告信息。

示例性地，报警单元可将警告信息和汇总结果传送至云平台通过互联网及时推送到工作人员手机上，在控制主机13前无人值守时，可以第一时间通知工作人员对发电机进行检修。

可选地，控制主机13还可以用于在确定汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，确定新的心跳周期；

控制主机13还包括无线模块，用于将新的心跳周期发送至碳刷状态监测装置10，以改变原有的心跳周期。

可选地，为了捕捉异常，可在确定碳刷长度信息、碳刷温度信息或碳刷电流信息中的任意一者超过对应的阈值时，增大数据采集频率，即缩短心跳周期。超出阈值的量越大，心跳周期越短，其中，超出量和心跳周期之间的关系可以被预先标定。

可选地，控制主机13还可包括提示单元，用于在汇总结果中的电池电压低于电压阈值时，生成更换电池的提示信息。

示例性地，电压阈值可以被预先设置，例如，可以被设置为v。若当前的电池电压为v1，且v＞v1，则可确定电池103电量不足，可生成提示信息。例如，可以生成“更换电池”信息，并在控制主机13的屏幕上显示该信息。可替换的，控制主机13上还可以设置扬声器，可以通过扬声器对上述信息进行语音播报，以提示工作人员及时更换电池。

可选地，提示单元还可用于生成休眠指令，并将休眠指令发送至碳刷状态监测装置10，以控制碳刷状态监测装置10在预设时长后进入休眠状态。

可选地，碳刷状态监测系统11还包括协议转换器，与所述控制主机13连接，用于将控制主机13中存储的汇总结果上传至管理中心。

示例性地，协议转换器可以为IEC61850网关，可以将控制主机13中存储的汇总结果发送至管理中心，其中，管理中心可以为厂站侧IEC61850状态监测服务器，或者集控中心IEC61850后台主机。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (11)

1.一种碳刷状态监测装置，其特征在于，所述装置包括：监测单元、微处理器、电池和通信单元；

所述监测单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述通信单元连接监控端；

所述电池与所述监测单元、所述微处理器和所述通信单元连接，用于为所述监测单元、所述微处理器和所述通信单元供电；

所述监测单元用于每一心跳周期采集一次数据，所述监测单元包括碳刷长度监测模块、电池电压监测模块、碳刷温度监测模块，其中，所述碳刷长度监测模块、所述电池电压监测模块和所述碳刷温度监测模块的输出端与所述微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的碳刷状态监测装置，其特征在于，所述监测单元还包括碳刷电流监测模块，所述碳刷电流监测模块的输出端与所述微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的碳刷状态监测装置，其特征在于，所述通信单元为无线通信装置。

4.根据权利要求3所述的碳刷状态监测装置，其特征在于，所述无线通信装置的通信频率为2.4GHz。

5.一种碳刷状态监测系统，其特征在于，所述系统包括监控端和至少一个如1-4中任一项所述的碳刷状态监测装置；

所述监控端包括控制主机和至少一个集中器；

所述集中器与所述控制主机连接，用于接收所述通信单元发送的监测数据，对所述监测数据进行汇总，并将汇总结果发送至控制主机；

所述控制主机用于显示并存储所述汇总结果。

6.根据权利要求5所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述控制主机还包括第报警单元，用于在所述汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，生成碳刷异常的警告信息。

7.根据权利要求6所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述报警单元还用于向已与所述控制主机完成认证的终端发送所述警告信息。

8.根据权利要求5所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述控制主机还用于在确定所述汇总结果中的碳刷长度、碳刷温度或碳刷电流中的任意一者超过对应的阈值时，确定新的心跳周期；

所述控制主机还包括无线模块，用于将所述新的心跳周期发送至所述碳刷状态监测装置，以改变原有的心跳周期。

9.根据权利要求5所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述控制主机还包括提示单元，用于在所述汇总结果中的电池电压低于电压阈值时，生成更换电池的提示信息。

10.根据权利要求9所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述提示单元还用于生成休眠指令，并将所述休眠指令发送至所述碳刷状态监测装置，以控制所述碳刷状态监测装置在预设时长后进入休眠状态。

11.根据权利要求5所述的碳刷状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括协议转换器，与所述控制主机连接，用于将控制主机中存储的汇总结果上传至管理中心。

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