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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft allgemein Rotationsmaschinen und insbesondere
Verfahren und Systeme zum Erkennen von Rotorfeld-Erdschlüssen in Rotationsmaschinen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Rotationsmaschinen,
wie z. B. Generatoren zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische
Energie, enthalten typischerweise eine rotierende Komponente, den
Rotor, und eine feststehende Komponente, den Stator. Die Wechselwirkung
von magnetischen Feldern in dem Rotor und dem Stator wird zur Erzeugung
von elektrischer Energie genutzt.
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Die
hohe Wechselstrom-(AC)-Ausgangsleistung wird herkömmlicherweise
in dem als ein Anker arbeitendem Stator erzeugt. Der Rotor enthält mehrere
Feldwicklungen, die in herkömmlichen
Generatoren eine Anordnung von leitenden Drähten oder Stäben in dem
Rotor sind. Die Feldwicklungen in dem Rotor sind im Wesentlichen
eine ringförmige
Anordnung von leitenden Spulenstäben
oder Kabeln (zusammengefasst hierin als Spulenstäbe bezeichnet), die in Schlitzen
um den Außenumfang
des Rotors angeordnet sind. Die Spulenstäbe erstrecken sich in Längsrichtung
entlang dem Verlauf des Rotors und sind über Schlusswindungen an jedem
Ende des Rotors verbunden. Eine Isolation trennt typischerweise die
Spulenstäbe
und/oder die Schlusswindungen des Rotors. Ein Erregerkreis legt
Gleichstrom (DC) an die Spulenstäbe
des Rotors an.
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Die
die Spulenstäbe
und/oder Schlusswindungen trennende Isolation kann gelegentlich
zusammenbrechen und einen (hierin als Windungsschlüsse bezeichneten)
Kurzschluss zwischen den Spulenstäben oder Wicklungen bewirken
einen. Diese Windungsschlüsse
können
im Stillstand vorliegen oder können
als Folge der Zentrifugalkraft des unter Last stehenden Rotors ausgelöst werden.
Zusätzlich können die
Spulenkomponenten ein Vorarbeiten der Feldwicklungen zu dem Stator
bewirken, was einen (hierin auch als Erdschluss bezeichneten) Erdungszustand
bewirkt. Diese Erdschlüsse
können
auch im Stillstand vorliegen, obwohl sie typischerweise häufiger durch
die Zentrifugalkraft des unter Last stehenden Rotors verursacht
werden.
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Windungsschlüsse und
Erdschlüsse
verändern
die Leistungsverteilung in der betroffenen Wicklung, was wiederum
zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des
Rotors und einer thermisch verursachten Verformung und Schwingung
führen
kann. Daher stellt das Risiko durch Windungsschlüsse und Erdschlüsse verursachter
hoher Wartungskosten einen Anreiz für deren genaue und spezifische
Erkennung dar.
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Derzeitige
Rotationsmaschinen-Fehlererkennungssysteme können Luftspaltflusssonden verwenden,
um Windungsschlüsse
zu de tektieren und zu lokalisieren. Luftspaltflusssonden messen
die Änderungsrate
des radialen und tangentialen Flusses, während der Passage jedes Schlitzes
in dem Feldrotor mittels einer der Luftspaltflusssonde zugeordneten
Suchspule. Die Suchspule der Luftspaltflusssonde ist typischerweise
in unmittelbarer Nähe
zu der Oberfläche
des Rotors angeordnet, und wenn der Rotor die Spule passiert, induzieren
Flussleckagen Spannungen in der Spule. Diese Spannungen können überwacht
werden, um atypische Flusskennlinien zu unterscheiden. Jedoch nutzen
bisher keine Systeme eine Luftspaltflusssonde, um gleichzeitig Erdschlüsse in dem
Rotor zu erkennen und zu lokalisieren und die lokalisierten Erdschlüsse von
Windungsschlüssen
zu unterscheiden.
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Somit
besteht ein Bedarf nach Systemen und Verfahren, die Rotorfeld-Erdschlüsse in Rotationsmaschinen
erkennen können.
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Es
besteht ein weiterer Bedarf nach Systemen und Verfahren, die Rotorfeld-Erdschlüsse in Rotationsmaschinen
lokalisieren können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung können sich
mit einigen oder allen von den vorstehend beschriebenen Anforderungen
befassen.
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Gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung wird ein System zur Erkennung von Anomalitäten in einer
Rotationsmaschine bereitgestellt. Das System kann einen Rotor der
Rotationsmaschine mit mehreren im Wesentlichen darin angeordneten
Feldwicklungen enthalten. Das System kann ferner einen Stator der
Rotationsmaschine mit mehreren im Wesentlichen darin angeordneten
Statorwicklungen enthalten. Ein Luftspalt liegt zwischen dem Rotor
und dem Stator vor. Das System kann einen hochohmigen Erdungskreis
enthalten, welcher wenigstens zeitweise zwischen den Rotor und Erde geschaltet
wird. Zusätzlich
kann das System eine Luftspaltflusssonde enthalten, die wenigstens
zeitweise zwischen dem Rotor und dem Stator zum Messen einer in
dem Luftspalt während
des Betriebs der Rotationsmaschine erzeugten Magnetflussdichte positioniert
ist. Schließlich
kann das System ferner einen Analysator in elektrischer Verbindung
mit der Luftspaltflusssonde enthalten, um ein Ausgangssignal der
Luftspaltflusssonde aufzunehmen.
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Gemäß einer
weiteren exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Anomalitäten in einer
Rotationsmaschine bereitgestellt. Das Verfahren kann die Bereitstellung
einer Luftspaltflusssonde in einem zwischen einem Rotor und einem
Stator der Rotationsmaschine vorhandenen Luftspalt und in unmittelbarer
Nähe zu
dem Rotor, den Betrieb der Rotationsmaschine wenigstens bei einer
Teillast, und wenigstens eine zeitweise Einfügung eines hochohmigen Erdungskreises
zwischen dem Rotor und Erde beinhalten, wobei der hochohmige Erdungskreis
wenigstens einen Teil des Stroms zu einem Erdschluss, der in wenigstens
einer von mehreren in dem Rotor angeordneten Feldwicklungen vorliegt,
umleiten kann. Das Verfahren kann ferner die Messung einer durch
die Rotationsmaschine mit der Luftspaltflusssonde erzeugten magnetischen
Flussdichte, während
der hochohmige Erdungskreis kurzzeitig über dem Rotor eingefügt ist,
und eine Analyse des Ausgangssignals der Luftspaltflusssonde beinhalten,
um eine Anomalität
in der gemessenen magnetischen Flussdichte zu erkennen.
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Gemäß noch einer
weiteren exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Anomalitäten in einer
Rotationsmaschine bereitgestellt. Das Verfahren kann den Empfang
wenigstens einer Messung aus einer zwischen einem Rotor mit mehreren
Feldwicklungen und einem Stator der Rotationsmaschine angeordneten
Luftspaltflusssonde beinhalten, wobei die wenigstens eine Messung
einer zwischen dem Rotor und dem Stator vorliegenden Magnetflussdichte
zugeordnet ist, und wobei die wenigstens eine Messung vorgenommen
wird, während
wenigstens kurzzeitig ein hochohmiger Erdungskreises zwischen dem
Rotor und Erde eingefügt
ist. Das Verfahren kann ferner die Analyse der wenigstens einen
Messung beinhalten, indem die wenigstens eine Messung mit wenigstens
einer Bezugsmessung verglichen und ermittelt wird, dass eine Anomalität in der zwischen
dem Rotor und dem Stator vorliegenden magnetischen Flussdichte vorliegt.
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Weitere
Ausführungsformen
und Aspekte der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung
in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Beispieldarstellung einer Rotationsmaschine, wie sie mit Ausführungsformen
der Erfindung verwendet wird.
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2 ist
eine Beispielblockdarstellung eines zum Implementieren verschiedener
Verfahrensausführungsformen
der Erfindung verwendeten Systems.
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3 ist
eine ein System gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellende Beispielblockdarstellung.
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4 ist
ein ein Verfahren zum Detektieren Rotorfeld-Erdschlüssen in Rotationsmaschinen
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellendes Beispielflussdiagramm.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun hierin vollständiger unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen einige, aber nicht alle Ausführungsformen
dargestellt sind. Tatsächlich
kann die Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden
und sollte nicht als auf die hierin dargestellten Ausführungsformen
beschränkt
betrachtet werden; stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt,
sodass diese Offenbarung den zutreffenden ge setzlichen Anforderungen
genügt.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchgängig gleiche Elemente.
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Verfahren
und Systeme zum Erkennen von Felderdschlüssen in Rotationsmaschinen
werden bereitgestellt und beschrieben. Ausführungsformen derartiger bereitgestellter
Verfahren und Systeme können
eine Unterscheidung von Erdschlüssen
von Windungsschlüssen
in dem Rotor der Rotationsmaschine ermöglichen. Wenigstens einige
von den Ausführungsformen
der Verfahren und Systeme können eine
Luftspaltflusssonde beinhalten, die in unmittelbarer Nähe zu dem
Rotor und zwischen dem Rotor und Stator der Rotationsmaschine positioniert
ist. Ein hochohmiger Erdungskreis zum Anlegen eines kurzzeitigen
Erdschlusses über
dem Rotor kann ebenfalls enthalten sein. Die hochohmige Komponente
der Erdungskreis kann einen Stromfluss zu einem Erdschluss in dem
Rotor, falls vorhanden, anstelle des durch die Schaltkreiseinrichtung
erzeugten kurzzeitigen Erdschlusses ermöglichen. Somit kann durch kurzzeitiges
Einfügen
eines Erdschlusses mit hoher Impedanz über dem Rotor während der
Gewinnung von Messwerten der Flussdichte die Luftspaltflusssonde
Ungleichmäßigkeiten
in dem Rotor, die durch den Erdschluss verursacht werden (sowie
Ungleichmäßigkeiten,
die durch Windungsschlüsse
verursacht werden) anhand ihrer Auswirkungen auf die Luftspaltflussdichte
erkennen. Eine Analyse der Ausgangssignale der Luftspaltflusssonde
mit Rotoren unter verschiedenen Kurzschluss- und Erdschlussbedingungen
kann zeigen, dass eine durch einen Erdschluss an einer oder mehreren
Stellen des Rotors verursachte Ungleichmäßigkeit von einer durch Windungsschlüsse an derselben
oder anderen Stelle des Rotors verursachten Ungleichmäßigkeit
unterschieden werden kann. Ferner kann die Analyse der Ausgangssignale
der Luftspaltflusssonde zeigen, dass die Stellen, wie z. B. in welcher
Wicklung sie auftreten, sowohl des Erdschlusses als auch der Windungsschlüsse identifiziert
werden können.
Die durchgeführte
Analy se kann einen Vergleich des Ausgangssignals des Rotors in einem
ungestörten Falle
ohne irgendwelche Erdschlüsse
oder Windungsschlüsse
mit einem Ausgangssignal beinhalten, das aus der Luftspaltflusssonde
gewonnen wird, wenn Felderdschlüsse
oder Windungsschlüsse
erkannt werden. Die Analyse kann ferner eine Signalanalyse und/oder
Signalverarbeitungsoperationen beinhalten. Beispielsweise kann ein
Signalprozessor mathematische Operationen, wie z. B. eine Fourier-Transformation,
oder dergleichen durchführen, um
zwischen Ausgangssignalen der Luftspaltflusssonde zu unterscheiden.
Demzufolge ermöglichen Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren die Erkennung von
Felderdschlüssen
in Rotationsmaschinen. Ferner ermöglichen Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren die Identifizierung
der Lage der Erdschlüsse
in dem Rotor. Außerdem
ermöglichen
Ausführungsformen
der Systeme und Verfahren die Erkennung und Lokalisierung von Feldwindungsschlüssen und
die Unterscheidung der erkannten Feldwindungsschlüsse von
den erkannten Erdschlüssen
in dem Rotor.
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Ausführungsformen
der Erfindung können bestimmte
technische Effekte, einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt,
der Erkennung von Anomalitäten
in einer Magnetflussdichte in einem Luftspalt zwischen einem Rotor
und einem Stator einer Rotationsmaschine gemessen durch eine Luftspaltflusssonde
ausführen
oder anderweitig ermöglichen,
während
ein hochohmiger Erdungskreis zwischen dem Rotor und Erde eingefügt wird.
Die Erkennung von Anomalitäten
in der magnetischen Flussdichte kann die technische Auswirkung haben,
eine effiziente und genaue Identifizierung und Lokalisierung zu
behebender problematischer Erdungsfehler zu ermöglichen. Zusätzlich kann
die Identifizierung und Lokalisierung eines Erdschlusses in dem
Rotor den weiteren Effekt haben, eine effiziente Komponenten reparatur
oder Austausch zu ermöglichen,
um somit den effizienten Betrieb der Rotationsmaschine zu verbessern.
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1 stellt
eine Viertelkreis-Querschnittsansicht einer exemplarischen Rotationsmaschine 110 dar.
Die Rotationsmaschine 110 enthält einen Rotor 150 und
einen Stator 140. Der Rotor 150 kann mehrere Feldwicklungen 160 enthalten
und der Stator kann mehrere Statorwicklungen 170 enthalten.
Der Rotor 150 und der Stator 140 stehen unter
Erzeugung von magnetischen Feldern dazwischen in Wechselwirkung
und erzeugen somit elektrische Energie. Die mehreren Feldwicklungen 160 können durch
eine Gleichstrom-(DC)-Feldversorgung erregt werden, welche typischerweise
von einem externen DC-Generator erzeugt und den Feldwicklungen 160 zugeführt wird,
oder in einer bürstenlosen
Generator/Gleichrichter-Anordnung, die in dem Rotor 150 rotiert.
Die hohe Wechselstrom-(AC)-Ausgangsleistung wird herkömmlicherweise
in der Statorwicklung 170 erzeugt, welche als ein Anker
arbeitet.
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Jede
von den Statorwicklungen 170 kann als mehrere wechselseitig
isolierte Leiterstäbe
oder leitende Kabel konfiguriert sein, die in den Schlitzen des Stators 140 angeordnet
sind. Schlusswindungen können
an den Enden des Stators 140 vorgesehen sein, um die Enden
der Leiterstäbe
oder Kabel der Statorwicklungen 170 zu verbinden. Ein Rotor 150 kann üblicherweise
zwei, vier oder mehr Pole enthalten, die durch die Anordnung der
die Feldwicklungen 160 enthaltenden Schlitze gebildet werden.
Die Feldwicklungen 160 können Schlusswindungen wie diejenigen
der Statorwicklungen 170 enthalten. Die Feldwicklungen 160 können symmetrisch
in den Schlitzen des Rotors in Bezug auf die Polachse angeordnet
sein und bilden eine ringförmige
Anordnung um den Rotor 150. Ein ringförmiger Spalt 120 liegt
zwischen den Feldwicklungen 160 des Rotors 150 und den
Statorwicklungen 170 des Stators 140 vor.
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1 stellt
eine Luftspaltflusssonde 130 dar, die sich radial durch
den Stator 140 und in den Luftspalt 120 erstreckt.
Die Luftspaltflusssonde 130 kann permanent in dem Stator 140 montiert
sein, oder sie kann kurzzeitig in den Luftspalt 120 zwischen
dem Stator 140 und dem Rotor 150 eingeführt werden.
Die Luftspaltflusssonde 130 kann einen Feldwicklungsschlitz-Leckagefluss
messen, welcher eine Rotorbewegung anzeigen kann und insbesondere
die wechselnden Passage der Feldwicklungen 160 und Schlitze über dem
Messfeld der Luftspaltflusssonde 130. Eine typische Luftspaltflusssonde
erzeugt eine Spannung, die proportional zu der Geschwindigkeit der
Flussänderung
ist, während
sich der Rotor 150 dreht. Wenn entweder ein Windungsschluss
oder ein Felderdschluss an einer Stelle in irgendeiner der Feldwicklungen 160 vorliegt,
kann eine in dem Luftspalt erzeugte Abweichung in der magnetischen
Feldflussdichte die Ausgangssignale der Luftspaltflusssonde veranlassen,
diese anzuzeigen. Beispielsweise kann sich die Flussdichte leicht in
der Größe ändern, während der
Oberwellengehalt unterschiedlich und unterscheidend ist, während die Luftspaltflusssonde 130 eine
Spannung misst, die erzeugt wird, während die Flussdichtewelle
durch die Luftspaltflusssonde 130 wandert.
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2 stellt
mittels einer Funktionsblockdarstellung einen Beispielanalysator 200 dar,
welcher dazu verwendet werden kann, wenigstens bestimmte Elemente
der beschriebenen Verfahrensausführungsformen
zu implementieren. Insbesondere kann der Analysator 200 mit
der Luftspaltflusssonde 130 in elektrischer Verbindung
stehen und die Überwachung,
Darstellung und Analyse der Ausgangssignale der Luftspaltflusssonde 130 durchführen. Der
Analysator 200 kann einen Speicher 202 enthalten,
der programmierte Logik 204, wie z. B. die Software speichert,
die wenigstens einen Teil der Flusssondenausgangssignalanalyse und Signalverarbeitung
durchführt,
und Daten 206, wie z. B. das Ausgangssignal der Luftspaltflusssonde,
Anwendungscode-Quellendateien, Konfigurationsdateien, Datenverzeichnisse, Zuordnungsdateien,
Relaisschaltlogikdateien, extrahierten Anwendungscode, erzeugte
Anwendungsdaten oder dergleichen speichern kann. Der Speicher 202 kann
auch ein Betriebssystem 208 enthalten. Ein Prozessor 210 kann
das Betriebssystem 208 nutzen, um die vorprogrammierte
Logik 204 auszuführen, und
dabei auch die Daten 206 nutzen. Ein Datenbus 212 kann
eine Kommunikation zwischen dem Speicher 202 und dem Prozessor 210 bereitstellen.
Benutzer können
mit dem Analysator 200 über
Benutzerschnittstellenvorrichtungen 214, wie z. B. eine Tastatur,
Maus, Steuerfeld oder irgendwelche andere Vorrichtungen in Verbindung
treten, die in der Lage sind, Daten an und aus dem Analysator 200 zu übertragen.
Der Analysator 200 kann auch mit weiteren Systemkomponenten
wie z. B. einem Steuersystem, Sensorvorrichtungen oder anderen Systemen
in einem Netzwerk über
eine I/O-Schnittstelle 216 in
Verbindung stehen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
kann der Analysator 200 entfernt in Bezug auf die Rotationsmaschine
oder das Maschinensteuersystem angeordnet sein; obwohl zu erkennen
ist, dass in einigen Beispielausführungsformen der Analysator 200 an
gleicher Stelle wie die Maschine angeordnet oder sogar darin oder
in dem Steuersystem integriert sein kann. Ferner können der
Analysator 200 und die dadurch programmierte Logik 204 Software,
Hardware, Firmware oder eine beliebige Kombination davon enthalten.
Es dürfte
auch erkennbar sein, dass mehrere Analysatoren 200 verwendet
werden können, wodurch
unterschiedliche hierin beschriebene Merkmale auf einem oder mehreren
unterschiedlichen Analysatoren 200 ausgeführt werden
können.
Jedoch wird zur Vereinfachung der Analysator 200 als eine
einzelne Komponente bezeichnet, obwohl erkennbar ist, dass der Analysator
mehr als eine Computerstation und/oder mehr als ei ne auf unterschiedliche
Funktionen gerichtete Softwareanwendung sein kann.
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3 zeigt
eine Funktionsblockdarstellung 300 einer Beispielausführungsform
des Systems zum Erkennen und Lokalisieren von Felderdschlüssen und
zum Unterscheiden dieser von Feldwindungsschlüssen wie hierin beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, enthält
die Rotationsmaschine 110 einen Rotor 150 und
einen Stator 140. Die Rotationsmaschinenkomponenten, beispielsweise
der Rotor 150 und der Stator 140, sind in einer
allgemeinen Weise nur für
Veranschaulichungszwecke dargestellt, da erkennbar ist, dass der
Rotor Feldwicklungen und Schlitze enthält und der Stator Statorwicklungen
und Schlitze enthält,
wie es unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
ist. Eine Luftspaltflusssonde 130 ist in dem Luftspalt
zwischen dem Rotor 150 und dem Stator 140 angeordnet.
Die Luftspaltflusssonde 130 kann zum Beispiel eine Suchspule
oder eine Hall-Sonde
sein, welche jeweils zur Messung der Flussdichte über der
Zeit dienen. Die Luftspaltflusssonde 130 kann kurzzeitig
an der Rotationsmaschine angebracht sein oder sie kann permanent
installiert sein.
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Die
Luftspaltflusssonde 130 steht mit dem Analysator 200 in
elektrischer Verbindung, wie es vorstehend vollständiger unter
Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Der Analysator 200 kann
wenigstens einige von den Elementen der Verfahren zum Erkennen von
Felderdschlüssen
in dem Rotor 150 durchführen.
Beispielsweise kann der Analysator 200 einen Ausgangssignalmonitor
enthalten, der beispielsweise in tabellarischer oder graphischer
Form das Ausgangssignal der Luftspaltflusssonde 130 darstellt.
Die Ausgangssignaldarstellung kann in Echtzeit vorliegen, oder das
Ausgangssignal kann in einem Speicher des Analysators 200 gespeichert
und nach der Messung betrachtet und/oder dargestellt werden. Beispielsweise
kann der Speicher des Analysators 200 das Ausgangssignal
aus der Luftspaltflusssonde 130 speichern, um Daten für eine Sammelanalyse
zusammenzustellen. Ferner enthält
der Analysator 200 einen Prozessor und eine Programmierlogik,
die eine oder mehrere Routinen für
die Durchführung
von Signalverarbeitungsanalysen an dem Ausgangssignal der Luftspaltflusssonde 130 durchführen kann.
Beispielsweise kann der Analysator mathematische Operationen an
dem Ausgangssignal der Luftspaltflusssonde 130 wie z. B.
eine Fourier-Transformation, eine Wavelet-Analyse, eine Laplace-Transformation, eine
Neuronalnetzwerk-Analyse oder dergleichen zur weiteren Analyse des
Ausgangssignals und dem Vergleich mit Bezugsberechnungen durchführen.
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Das
System kann auch einen hochohmigen Erdungskreis enthalten, der entfernbar
zwischen dem Rotor 150 und Erde eingefügt wird, um so Strom durch
den Rotor und zu der auf Erde gelegten Stelle in den Feldwindungen
umzuleiten. Der hochohmige Erdungskreis kann kurzzeitig zwischen
den Rotor 150 und Erde eingefügt werden, wenn versucht wird, irgendwelche
Feldrotorerdschlüsse
zu erkennen, und entfernt werden, wenn keiner erkannt wird. Der
Erdungskreis 210 kann entfernbar an den Rotor durch einen
Schalter oder dergleichen angelegt werden.
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4 veranschaulicht
ein Beispielverfahren, mittels welchem eine Ausführungsform der Erfindung arbeiten
kann. Es wird ein Flussdiagramm 400 bereitgestellt, das
die Detektion eines Felderdschlusses in einem Rotor der Rotationsmaschine
veranschaulicht, wovon eine Ausführungsform
vollständiger
unter Bezugnahme auf die 1 und 3 beschrieben
ist.
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Bei
dem Block 410 wird eine Luftspaltflusssonde zur Platzierung
in unmittelbarer Nähe
des Rotors der Rotationsmaschine bereitgestellt. Die Luftspaltflusssonde
kann beispielsweise eine Suchspule oder eine Hall-Sonde sein, die
die Flussdichte in dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator
der Rotationsmaschine über
der Zeit misst.
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Dem
Block 410 folgt der Block 420, in welchem die
Rotationsmaschine wenigstens bei Teillast arbeiten kann. Es ist
jedoch erkennbar, dass dieselben Verfahren und Systeme, wie sie
hierin beschrieben werden, zum Detektieren von Felderdschlüssen und/oder
Windungsschlüssen
zusätzlich
dazu verwendet werden können,
wenn die Rotationsmaschine nicht unter Last steht.
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Dem
Block 420 folgt der Block 430, in welchem ein
hochohmiger Erdungskreis über
dem Rotor eingelegt wird, um einen Felderdschluss zu erkennen. Der
hochohmige Erdungskreis ermöglicht
die Erdung des Rotors für
eine Zeitdauer, wenn die Messungen der Luftspaltflusssonde durchgeführt werden.
Ferner enthält
der Erdungskreis einen hochohmigen Erdungspunkt, da Rotoren im Allgemeinen nicht
geerdet werden, und wenn eine Rotorerde vorliegt, kein Strom fließen würde. Daher
wird durch Einführung
eines hochohmigen Erdungskreises Strom zu dem Erdungspunkt oder
den Erdungspunkten mit niedrigerer Impedanz umgeleitet.
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Dem
Block 440 folgt der Block 430, in welchem die
Luftspaltflusssonde in Kombination mit dem Analysator, die beide
detaillierter unter Bezugnahme auf 3 beschrieben
sind, die Luftspaltflussdichte als Ausgangssignal aus der Flusssonde
messen. Dieses wird ausgeführt,
während
der hochohmige Erdungskreis über
dem Rotor wie im Block 430 angelegt ist. Das Ausgangssignal
der Luftspaltflusssonde ist im Allgemeinen die Luftspaltflussdichte über der Zeit
während
die Messungen ausgeführt
werden. Aufgrund der Art der Rotationsmaschine und der Konfiguration
der Feldwicklungen in dem Rotor und der Statorwicklungen in dem
Stator, wie es vollständiger
unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, besteht eine
Korrelation zwi schen der Zeit und der Lage der spezifischen Feldwicklung
(oder Spule) auf dem Rotor. Insbesondere ändert sich die Flussdichte (in
einer oszillatorischen Weise) als Folge der abwechselnden Passage
einer Wicklung und dann eines Schlitzes. Somit zeigt die Aufzeichnung
des Flussdichteausgangssignals über
der Zeit die variierende Flussdichte bei jeder Wicklung an, wobei
die auf der Aufzeichnung dargestellte früheste Veränderung der Beginn der Wicklung
ist und die letzte Veränderung
(in einem Zyklus) das Ende der Wicklung ist.
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Zum
Schluss stellt der Block 450, welcher dem Block 440 folgt,
dar, dass das Ausgangssignal aus der Luftspaltflusssonde durch den
Analysator analysiert werden kann. Die an dem Ausgangssignal der
Luftspaltflusssonde durchgeführte
Analyse kann einen visuellen Vergleich der von der Flusssonde erzeugten
Wellenformen durch einen Benutzer umfassen oder kann eine Signalverarbeitung
beinhalten, um Veränderungen
in dem Ausgangssignal zu erkennen, um so Felderdschlüsse, Feldwindungsschlüsse und
deren entsprechenden Lagen auf den Feldwicklungen zu erkennen. In
einer Beispielausführungsform
wird das Wellenformausgangssignal aus der Luftspaltflusssonde während der
Messung mit einer Bezugsmessung verglichen, die an dem Rotor ohne Windungsschlüsse oder
Felderdschlüsse
durchgeführt
wurde. Der Vergleich kann ein visueller sein, indem die zwei Wellenformen
einander überlagert
werden, um Unähnlichkeiten
zu erkennen, indem Flussdichtelinien in Bezug auf ein Modell der
Rotationsmaschine (wie z. B. als eine Flussdichtelinienaufzeichnung)
aufgezeichnet werden, oder indem die Veränderungen in der Flussdichte
in Bezug auf ein Modell der Rotationsmaschine (wie z. B. als eine
Flussdichte-Farbschattierungsaufzeichnung) schattiert werden. Alternativ
kann der Vergleich durch eine durch den Analysator durchgeführte Verarbeitung
wie z. B. durch Filterung, unter Verwendung der Bezugsmessung wenigstens
als Teileingangssignal zu dem Filter verwendet wird, erreicht werden.
In einer weiteren Beispielausführungsform
kann das von der Luftspaltflusssonde während der Messung ausgegebene Ausgangssignal
einer Signalverarbeitung durch den Analysator unterzogen werden.
Beispielsweise können
eine Fourier-Transformation, eine Wavelet-Analyse, eine Laplace-Transformation
oder eine Neuronalnetzwerk-Analyse oder dergleichen durchgeführt werden,
um das Ausgangssignal und die Bezugsberechnungen zu vergleichen.
Die Lage des Erdschlusses kann identifiziert werden, indem die Veränderung in
der Flussdichte mit der Bezugslinie und die Lage entlang der Zeitachse
der ausgegebenen Wellenform oder der Lage bezüglich eines Modells der Rotationsmaschine
verglichen wird.
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Es
wird auf Blockdiagramme von Systemen, Verfahren, Vorrichtungen und
Computerprogrammprodukten gemäß Beispielausführungsformen
der Erfindung Bezug genommen. Es dürfte sich verstehen, dass wenigstens
einige von den Blöcken
der Blockdiagramme bzw. Kombinationen in den Blockdiagrammen wenigstens
teilweise durch Computerprogrammbefehle implementiert werden können. Diese Computerprogrammbefehle
können
in einem universellen Computer, Spezialcomputer, Spezialhardware-basierenden
Computer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen
zum Erzeugen einer Maschine dergestalt geladen werden, dass die
Instruktionen, welche auf dem Computer oder anderen programmierbaren
Datenverarbeitungsvorrichtungen ablaufen, Mittel für die Erzeugung
der Funktionalität
wenigstens einiger von den Blöcken
der Blockdiagramme oder Kombinationen von Blöcken in den offenbarten Blockdiagrammen
erzeugen.
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Diese
Computerprogramminstruktionen können
ebenfalls in einem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, der
einen Computer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung veranlassen
kann, in einer speziellen Weise dergestalt zu funktionieren, dass
die in dem computerlesbaren Spei cher gespeicherten Instruktionen
einen Herstellungsgegenstand erzeugen, der Instruktionsmittel enthält, welche
die in dem Block oder den Blöcken
spezifizierte Funktion implementieren. Die Computerprogramminstruktionen
können
auch in einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung
geladen werden, um zu bewirken, dass eine Reihe von Betriebselementen auf
dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung durchgeführt werden,
um einen computerimplementierten Prozess dergestalt zu erzeugen,
dass die Instruktionen, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren
Vorrichtung ausgeführt
werden, Elemente zur Implementation der in dem Block oder den Blöcken spezifizierten
Funktionen bereitstellen.
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Eine
oder mehrere Komponenten von den Systemen und eines oder mehrere
Elemente von den hierin beschriebenen Verfahren können durch
ein Anwendungsprogramm implementiert werden, das in einem Betriebssystem
eines Computers abläuft.
Sie können
auch mit anderen Computersystemkonfigurationen ausgeführt werden,
welche Handgeräte, Multiprozessorsysteme,
Mikroprozessorbasierende oder programmierbare Consumer-Elektronik,
Minicomputer, Mainframe-Computer, usw. umfassen.
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Anwendungsprogramme,
die Komponenten der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren sind,
können
Routinen, Programme, Komponenten, Datenstrukturen usw. enthalten,
die bestimmte abstrakte Datentypen implementieren und bestimmte Aufgaben
oder Aktionen durchführen.
In einer verteilten Rechnerumgebung kann das Anwendungsprogramm
(insgesamt oder teilweise) in einem lokalen Speicher oder in einem
anderen Speicherbereich angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann
das Anwendungsprogramm (insgesamt oder teilweise) in einem entfernt
angeordneten Speicher oder Speicherbereich angeordnet sein. Zusätzlich oder
alternativ kann sich das Anwendungsprogramm (insgesamt oder teilweise)
in einem entfernt angeordneten Speicher oder Lagerungsort befinden,
um Umstände
zu ermöglichen,
bei welchen die Aufgaben durch entfernt angeordnete Verarbeitungsvorrichtungen
durchgeführt
werden, die über
ein Kommunikationsnetzwerk verknüpft
sind.
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Viele
Modifikationen und weitere Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Erfindung, auf welche sich diese Beschreibungen
beziehen, kommen einem mit dem Vorteil der in den vorstehenden Beschreibungen
und der zugeordneten Zeichnungen präsentierten Lehren in den Sinn.
Somit wird erkennbar, dass die Erfindung in vielen Formen ausgeführt werden
kann und nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispielausführungsformen
beschränkt
sein soll. Daher dürfte
es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
spezifischen Ausführungsformen
zu beschränken
ist, und dass Modifikationen und weitere Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs
der beigefügten
Ansprüche
mit enthalten sein sollen. Obwohl spezifische Begriffe hierin verwendet
werden, werden diese nur in einem allgemeinen und beschreibenden
Sinne und nicht für
die Zwecke einer Einschränkung
verwendet.
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Ausführungsformen
der Erfindung können Verfahren
und Systeme zum Erkennen von Felderdschlüssen des Rotors 150 in
einer Rotationsmaschine 120 enthalten. In einer Ausführungsform
kann das System einen Rotor 150 der Rotationsmaschine 110 mit
mehreren im Wesentlichen darin angeordneten Feldwicklungen 160 und
einen Stator 140 der Rotationsmaschine 110 mit
mehreren im Wesentlichen darin angeordneten Statorwicklungen 170 enthalten, wobei
ein Luftspalt 120 zwischen dem Rotor 150 und dem
Stator 140 vorliegt. Das System kann einen hochohmigen
Erdungskreis enthalten, der wenigstens zeitweise zwischen den Rotor 150 und
Erde geschaltet wird. Zusätzlich
kann das System eine Luftspaltflusssonde 130 enthalten,
die wenigstens zeit weise zwischen dem Rotor 150 und dem
Stator 140 zum Messen einer in dem Luftspalt während des Betriebs
der Rotationsmaschine erzeugten Magnetflussdichte positioniert ist.
Schließlich
kann das System ferner einen Analysator 200 in elektrischer
Verbindung mit der Luftspaltflusssonde 130 enthalten, um
ein Ausgangssignal der Luftspaltflusssonde 130 aufzunehmen.
-
- 110
- Rotationsmaschine
- 120
- Luftspalt
- 130
- Flusssonde
- 140
- Stator
- 150
- Rotor
- 160
- Feldwicklungen
- 170
- Statorwicklungen
- 200
- Analysator
- 202
- Speicher
- 204
- Programmierte
Logik
- 206
- Datenspeicher
- 208
- Betriebssystem
- 210
- Prozessor
- 212
- Datenbus
- 214
- Schnittstellenvorrichtung
- 216
- I/O-Schnittstelle
- 300
- Blockdiagramm
- 400
- Flussdiagramm
- 410
- Block
- 420
- Block
- 430
- Block
- 440
- Block
- 450
- Block