DE102012112537A1

DE102012112537A1 - Fernüberwachung der Festigkeit von Statorwicklungen

Info

Publication number: DE102012112537A1
Application number: DE201210112537
Authority: DE
Inventors: Ertugrul Berkcan; Brock Matthew Lape; John Frederick Graf; Glen Peter Koste; John Erik Hershey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US8830448B2; GB201222309D0; KR101706801B1; GB2498067B; RU2012155124A; US20130162985A1; GB2498067A; KR20130079186A

Abstract

Es wird ein System zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das System enthält eine Lichtquelle zum Bereitstellen einer optischen Leistung. Das System enthält auch einen sich in einem Statorkern befindenden und ein optisches Schnittstellenelement enthaltenden optischen Trennungssensor zum Absorbieren eines Teils der der optischen Leistung. Ferner enthält das System einen Leistungsmesser zum Messen wenigstens einer Intensität der optischen Leistung nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement und ein Steuerungs-Teilsystem zur Bewertung der Festigkeit der Statorwicklungen.

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Überwachen des Zustandes elektrischer Maschinen.
Elektrische Maschinen, wie z.B. Stromgeneratoren und Motoren, enthalten typischerweise ein rotierendes Element (oder einen Rotor) und ein stationäres Element (oder einen Stator). Es ist vorteilhaft, die Statorstangenwicklungen des Stators zu überwachen, um sicherzustellen, dass die Wicklungen während des Betriebs der elektrischen Maschine bewegungslos sind. In einigen Ausführungsformen enthält eine elektrische Maschine ein Keilsystem, um eine radiale Haltekraft in einen Stator zum Verringern der Bewegung der Statorstangenwicklungen in den Schlitzen des Stators zu induzieren. In einer spezifischeren Ausführungsform sind Wellenfedern in der Statorwicklungsanordnung in einem Kompressionszustand eingebaut, um eine Bewegung der Windungen zu verhindern. In derartigen Ausführungsformen ist, wenn das Keilsystem lose wird, der Betrag der Haltekraft derart reduziert, dass sich die Wicklungen während des Betriebs bewegen können. Mit der Zeit kann die Relativbewegung der Statorstangenwicklungen eine Beschädigung an der die Statorstangenkeile umgebenden Isolation bewirken und es kann die Möglichkeit eines Statorstangenwicklungsausfalls auftreten. Um einen derartigen Ausfall zu verhindern, wird der Zustand der elektrischen Maschine periodisch überwacht, um festzustellen, ob irgendeine Statorstangenwicklungsbewegung in den Statorschlitzen vorbestimmte Toleranzen überschreitet.
Derzeit werden verschiedene Verfahren und Systeme zur Überwachung der Statorkeilfestigkeit genutzt. Ein Verfahren besteht in der Aufbringung einer stetigen oder impulsartigen physikalischen Kraft auf die Statorkeilwicklungsanordnung und in der Analyse der sich ergebenden Auslenkung. Ein weiteres Verfahren besteht in der Anlegung eines Anregungssignals und der Analyse der Schwingungsantwort. Ein weiteres Verfahren besteht in dem Messen des Profils der komprimierten Federdichtung vor Ort und der Ableitung des Kompressionszustands daraus. Noch ein weiteres Verfahren besteht in dem Einbau verschiedener Sensoren entlang der Wellenfeder, die Signale erzeugen, die mit dem Kompressionszustand der Feder korreliert werden können. Jedes von diesen Verfahren zum Ermitteln der Festigkeit des Keils erfordert Offline-Messungen (während einer Zeit, in welcher der Generator nicht arbeitet) und sagt nicht den Beginn loser Keile voraus. Ferner erfordern diese Verfahren entweder einen großen Zeitaufwand, um die Festigkeit einer individuellen Statorkeilanordnung zu beurteilen oder die Kalibrierung eines Sensors, der sich in der Nähe einer Wellenfeder befindet, aber keinen integrierten Teil davon darstellt. Da die Betriebsumgebung eine ständige Temperatur in dem Bereich von –20 °C bis 150 °C erreichen kann, besteht auch die Notwendigkeit, einen Sensor bereitzustellen, der über dem Betriebstemperaturbereich stabil bleibt. Ferner haben die Genauigkeiten der oft für die Überwachung verwendeten Sensoren eine Tendenz, mit der Zeit abzunehmen.
Daher gibt es für die Bewertung des Betriebszustands einer elektrischen Maschine einen Bedarf nach einem effizienten Überwachungssystem, das den Zustand der elektrischen Maschine einfacher und genauer überwacht.
Kurzbeschreibung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das System enthält eine Lichtquelle zum Bereitstellen einer optischen Leistung bei mehreren Wellenlängen. Das System enthält auch einen sich in einem Statorkern befindlichen optischen Trennungssensor, wobei der optische Trennungssensor ein optisches Schnittstellenelement zur unterschiedlichen Absorption der optischen Leistung bei ersten und zweiten Wellenlängen aufweist. Ferner enthält das System einen Leistungsmesser zum Messen wenigstens einer Intensität der optischen Leistung nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement und ein Steuerungs-Teilsystem zur Verwendung der gemessenen Lichtintensität zur Bewertung der Festigkeit der Statorwicklungen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Wellenfedervorrichtung bereitgestellt. Die Wellenfedervorrichtung enthält eine Wellenfeder und einen optischen Trennungssensor in Kontakt mit der Wellenfeder. Der optische Trennungssensor weist ein optisches Schnittstellenelement zum Absorbieren optischer Leistung aus einer Lichtquelle auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine die Schritte auf: Einleiten von optischer Leistung aus einer Lichtquelle in einen optischen Trennungssensor, der sich zwischen mehreren Keilsystemkomponenten befindet; Absorbieren der optischen Leistung durch ein optisches Schnittstellenelement des optischen Trennungssensors; Messen wenigstens einer Intensität der optischen Leistung nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement; und Ermitteln der Festigkeit der Statorwicklungen auf der Basis der wenigstens einen gemessenen Intensität der optischen Leistung und von Kalibrierungsdaten.
Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, in welchen:
1 eine fragmentarische isometrische Ansicht eines Abschnittes des Stators einer elektrischen Maschine ist, die eine Statorkeilanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 einen optischen Trennungssensor veranschaulicht, der sich zwischen Wellenfedern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet.
3 eine optische Trennung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ein System zum Überwachen der Festigkeit einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 einen optischen Trennungssensor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen der Festigkeit einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel "einer, eines, eine", "der, die, das" und "besagter, besagte, besagtes" die Bedeutung haben, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sein können. Die Begriffe "aufweisend", "enthaltend" und "habend" sollen einschließend sein und die Bedeutung haben, dass zusätzliche weitere Elemente außer den aufgelisteten Elementen vorhanden sein können. Alle Beispiele von Betriebsparametern schließen weitere Parameter/Bedingungen der offengelegten Ausführungsformen nicht aus.
1 veranschaulicht eine fragmentarische isometrische Ansicht eines Abschnittes des Stators einer elektrischen Maschine mit einer Statorkeilanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Statorkern 10 enthält mehrere Statorzähne 12, welche Statorschlitze 14 definieren, die für die Aufnahme von (auch als Statorspulen bezeichneten) Statorwicklungen 16 eingerichtet sind. Die Statorwicklungen 16 können in den Statorschlitzen 14 durch mehrere Substratelemente gehalten werden. In dem Beispiel von 1 sind die Substratelemente als flache Platten 15, Beilageteile 18, Wellenfedern 20 und 26 und Statorkeile 21 mit abgeschrägten Kanten 22 für einen Eingriff in entsprechend geformte Nuten 24 in den Seitenwänden der Statorzähne 12 dargestellt. Weitere nicht-einschränkende und nicht-dargestellte Beispiele von Substratelementen beinhalten Kraft/Auslenkungs-Wandler, axiale Federn, radiale Federn und Tellerfedern. Die flache Platte 15 kann eine metallische flache Platte (leitend) oder eine nicht metallische flache Platte (nicht-leitend) aufweisen.
Außenwellenfedern 20 sind zwischen den Statorkeilen 21 und Beilageteilen 18 komprimiert, um eine Kraft zu erzeugen, die die Statorwicklungen 16 fest in ihrer Lage hält. In einer Ausführungsform ist jede von den Außenwellenfedern 20 aus einem nicht-leitenden Material, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, einem Kunststofflaminat aufgebaut. Seitenwellenfedern 26 können zusätzlich verwendet werden, um einen festen Sitz der Statorwicklungen 16 in dem Statorkern 10 sicherzustellen. Mit der Zeit können die Außenwellenfedern 16 oder die Seitenwellenfedern 26 ihre Elastizität verlieren und ein Lockern der Statorkeile 21 bewirken. Wenn sich die Statorkeile 21 lockern, können die Statorwicklungen 16 anfangen zu vibrieren. Starke Wicklungsvibrationen können einen Schaden an dem Statorkern 10 und schließlich einen Ausfall der elektrischen Maschine bewirken.
Um die Festigkeit des Statorkeilmechanismus zu überwachen, enthalten die Wellenfedern 20 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere eingebettete Sensoren zum Messen der Kompression oder Dekompression der Wellenfedern 20. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich der eine oder die mehreren Sensoren zwischen mehreren Wellenfedern 20 zum Messen der Kompression oder Dekompression der Wellenfedern 20. In einer Ausführungsform weist wenigstens einer von den Sensoren einen optischen Trennungssensor auf, der zwischen zwei Wellenfedern 20 gemäß Darstellung in 2 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen können der Sensor oder die Sensoren zwischen beliebigen Keilsystemkomponenten wie z.B. Wellenfedern, Keilen, Platten, Beilageteilen und Kombinationen davon angeordnet sein.
2 veranschaulicht einen optischen Trennungssensor 30, der sich zwischen zwei Wellenfedern 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet. Der optische Trennungssensor 30 ist so angeordnet, dass ein oberer Abschnitt und ein unterer Abschnitt des optischen Trennungssensors 30 mit der oberen bzw. unteren Wellenfeder 20 in Kontakt steht. Der optische Trennungssensor 30 kann an den Wellenfedern 20 mittels Kleber befestigt sein, oder einfach durch Berührung in seiner Lage gehalten werden. In einer weiteren Ausführungsform kann nur eine Wellenfeder 20 mit dem optischen Trennungssensor in direktem oder indirektem Kontakt mit der nur einen Wellenfeder verwendet werden. In dieser Ausführungsform kann der optische Trennungssensor wenigstens teilweise in der Wellenfeder eingebettet sein oder kann durch einen Kleber oder durch Kompression mit einer anderen Komponente des Stators beispielsweise in seiner Lage gehalten werden.
Der optische Trennungssensor 30 weist eine optische Faser mit einem einen Kern 34 einschließenden Mantel 32 zum Transportieren mehrerer Wellenlängen von Licht auf, wobei eine erste Wellenlänge λ₁ und eine zweite Wellenlänge λ₂ in einem Beispiel die bestimmenden Wellenlängen sein können. Die optische Leistung wird in dem Kern 34 aufgrund interner Reflexionen der optischen Leistung in dem Kern 34 weitergeleitet. Den Kern 34 umgibt eine abklingende Welle, die eine Nahfeld-Stehwelle mit einer Intensität ist, die exponentiell von der Kernmantelgrenze aus abfällt. Es ist für die optischen Eigenschaften des Kerns 34 erwünscht, dass er bei der ersten Wellenlänge λ₁ und der zweiten Wellenlänge λ₂ transparent ist, und einen Brechungsindex hat, der höher als der des Materials des Mantels 32 ist. Nicht-einschränkende Beispiele von Materialien für den Kern 34 beinhalten Materialien, die für optische Fasern verwendet werden, wie z.B. auf Siliziumdioxid basierende Gläser und Kunststoffe mit hohem Brechungsindex, wie z.B. auf Bromid basierende Acryle oder auf Chlorid basierende Styrene. Der Mantel 32 kann ein dielektrisches Material mit niedrigem Brechungsindex aufweisen, das bei der zweiten Wellenlänge λ₂ transparent ist. Nicht-einschränkende Materialbeispiele für das Mantelmaterial 32 beinhalten Kunststoffe mit geringem Brechungsindex, wie z.B. auf Fluor basierende Acryle. In einer Ausführungsform kann der Mantel 32 mit einem Additiv wie z.B. einem Farbpigment oder einem Farbstoff dotiert sein oder ein solches enthalten, um bevorzugt die erste Wellenlänge λ₁ zu absorbieren, während die zweite Wellenlänge λ₂ durchgelassen wird.
3 ist eine Seitenansicht des optischen Trennungssensors 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Darstellung enthält ein Abschnitt einer optischen Faser des optischen Trennungssensors 30 den den Kern 34 umgebenden Mantel 32. In der Ausführungsform von 3 weist der optische Trennungssensor 30 ferner ein optisches Schnittstellenelement 38 auf, das nahe an dem Umfang des Kerns 34 zur Kopplung mit der abklingenden Welle angeordnet ist. Das optische Schnittstellenelement 38 kann in einem teilweise ausgeätzten Abschnitt 36 des Mantels 32 beispielsweise dergestalt angeordnet sein, dass ein Teil des optischen Schnittstellenelementes 38 nahe genug an dem Kern 34 angeordnet ist, so dass eine signifikante Amplitude der abklingenden Welle aus dem Kern 34 in dem optischen Schnittstellenelement 38 enthalten ist. Das optische Schnittstellenelement 38 kann ein wellenlängenselektives Material aufweisen, das dafür ausgelegt ist, einen höheren Prozentsatz der optischen Leistung bei der ersten Wellenlänge λ₁ als bei der zweiten Wellenlänge λ₂ zu absorbieren. Nicht einschränkende Beispiele des wellenlängenselektiven Materials beinhalten dielektrische Materialien mit niedrigem Brechungsindex, die mit einem Farbpigment oder einem Farbstoff dotiert sind, um bevorzugt die erste Wellenlänge λ₁ zu absorbieren, während sie gleichzeitig die zweite Wellenlänge λ₂ hindurchlassen. Der Farbstoff oder das Pigment sind so gewählt, dass sie in dem Temperaturbereich der Betriebsumgebung stabil bleiben. Beispielpigmente und Farbstoffe umfassen Eisenoxid, Kupfer, Kobalt, auf Chrom basierende Pigmente und Anthraquinon, Azo-, Nitro- und Thiazol-basierende Farben.
Dieses optische Schnittstellenelement ist somit dafür ausgelegt, variierende Intensitäten der optischen Leistung bei der ersten Wellenlänge λ₁ oder der zweiten Wellenlänge λ₂ abhängig von dem Abstand zwischen dem Kern 34 und dem optischen Schnittstellenelement zu absorbieren. Dieser Abstand hängt von der Kompression oder Dekompression (Festigkeit oder Lockerheit) der Wellenfedern 20 während des Betriebs der elektrischen Maschine ab. Somit kann der Absorptionsbetrag der optischen Leistung durch das optische Schnittstellenelement mit der Festigkeit oder Lockerheit der Wellenfedern 20 zwischen den Statorwicklungen 16 korreliert werden. Wenn die Wellenfedern 20 gemäß Darstellung in 2 zusammengedrückt werden, befindet sich das optische Schnittstellenelement 38 in einem minimalen Abstand von dem Kern 34. In diesem Zustand liegt gemäß einer Ausführungsform ein maximaler Verlust an optischer Leistung bei der ersten Wellenlänge λ₁ aufgrund von Absorption der abklingenden Welle bei dem wellenlängenselektiven Material des optischen Schnittstellenelementes 38 vor. Der Prozentsatz des Verlustes an optischer Leistung steht somit in einem proportionalen Bezug zu dem Kompressionszustand der Wellenfedern 20. In einer Ausführungsform kann jede von den Wellenfedern 20 in Bezug auf Kompression und den optischen Leistungsverlust bei der Wellenlänge λ₁ kalibriert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die die optische Leistung zu dem Trennungssensor 10 transportierende optische Faser optische Leistung sowohl bei der Wellenlänge λ₁ als auch der Wellenlänge λ₂ transportieren. Der Verlust von der Wellenlänge λ₁ zugeordneter optischer Leistung kann stark von der Kompression der Wellenfeder abhängen und somit von dem Grad der Trennung zwischen den oberen und unteren Abschnitten des optischen Trennungssensors 30. Aber der Verlust von der Wellenlänge λ₂ zugeordneter optischer Leistung kann weitaus weniger empfindlich gegenüber dem Grad der Trennung der oberen und unteren Abschnitte des optischen Trennungssensors 30 sein. Somit kann das Verhältnis zwischen der optischen Leistung bei der Wellenlänge λ₁ und der Wellenlänge λ₂ ein zuverlässiges Maß des Trennungsgrades ohne Berücksichtigung des gesamten optischen Leistungsverlustes durch das System angeben, da die Verluste aufgrund von Verbindern oder Faserbiegungen beide Wellenlängen λ₁ und λ₂ gleichermaßen beeinflussen. Diese Bewertung der Trennung (Festigkeit und Lockerheit) zwischen den Statorwicklungsschichten wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein in 4 dargestelltes System 50 durchgeführt.
Gemäß Darstellung weist das System 50 von 4 eine Lichtquelle 52 zum Liefern der optischen Leistung bei einer oder mehreren Wellenlängen in die optische Faser des optischen Trennungssensors 30 auf. Das System 50 enthält auch einen Koppler 54 zum Einkoppeln der optischen Leistung aus der Lichtquelle in den optischen Trennungssensor 50. Die die optische Leistung transportierende optische Faser ist in einer Ausführungsform durch eine Abschlussvorrichtung 56 abgeschlossen, in welcher die optische Leistung nach der Dissipation aufgrund von Absorption durch das optische Schnittstellenelement 38 (gemäß Darstellung in 3) an den optischen Trennungssensor 30 zurückgeführt wird und ferner durch den Koppler 54 zu einem Leistungsmesser 58 geleitet wird. In einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann das dissipierte Licht direkt an einen Leistungsmesser statt durch die Abschlussvorrichtung und den Koppler übertragen werden. Der Leistungsmesser 58 misst eine Intensität der nach der Absorption durch den optischen Trennungssensor 30 empfangenen optischen Leistung. Ein Steuerungs-Teilsystem 60 ist übertragungstechnisch mit dem Leistungsmesser 58 zur Bewertung der Trennung zwischen den Statorwicklungslagen auf der Basis der gemessenen Intensität der optischen Leistung verbunden. Das Steuerungs-Teilsystem 60 kann einen Prozessor enthalten, der dafür ausgelegt ist, Information aus der Lichtquelle 52 und dem Leistungsmesser 58 zu empfangen und die aus dem Sensorelement 34 empfangenen Daten zum Bestimmen der Trennung der Keilsystemkomponenten zu analysieren. In einer spezifischeren Ausführungsform ist der Leistungsmesser dafür ausgelegt, dass er Intensitäten des Lichtes sowohl bei der ersten Wellenlänge λ₁ als auch der zweiten Wellenlänge λ₂ erhalten kann (oder zwei Leistungsmesser werden zum Erhalt dieser Intensitäten verwendet), und das Steuerungs-Teilsystem nutzt ein Verhältnis der zwei Intensitäten zum Ermitteln der Trennung. So wie hierin verwendet, ist der Begriff "Prozessor" nicht nur auf diejenigen Integrierten Schaltungen begrenzt, die im Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich breit gefasst auf Computer, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikcontroller, anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen.
5 veranschaulicht einen optischen Trennungssensor 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Trennungssensor 70 weist eine optische Faser mit einem Kern 72 und einem Mantel 74 auf. In dieser Ausführungsform ist der Mantel 74 weggeätzt, um eine Vertiefung 76 auszubilden. Der optische Trennungssensor 70 enthält auch eine dielektrische Komponente 78, welche in der Form einer kleinen Kugel vorliegt und als ein Flüstergewölbemodus-(WGM)-Resonator für optische Leistung bei der Wellenlänge λ₁ arbeitet. Flüstergewölbemodus-Resonanzen entsprechen einer elektrischen Leistung, die in kreisförmigen Bahnen unmittelbar innerhalb der Oberfläche der dielektrischen Komponente 78 eingefangen wird. Die optische Leistung wird aufgrund ständiger totaler interner Reflexion an der gekrümmten Grenzoberfläche eingefangen. Die dielektrische Komponente 78 ist so gewählt, dass sie einen signifikanten Anteil der von dem Kern 72 der optischen Faser bei der Wellenlänge λ₁ transportierten optischen Leistung, aber einen signifikant geringeren Anteil der optischen Leistung bei einer Wellenlänge λ₂ absorbiert. Die Flüstergewölbemodi treten bei diskreten Frequenzen auf, die vom Brechungsindex n_s der dielektrischen Komponente 78 und einem Radius r₀ der kugelförmigen dielektrischen Komponente 78 abhängen. In einer Ausführungsform reicht der Durchmesser der kugelförmigen dielektrischen Komponente 78 von ca. 10 bis ca. 1000 µm. In einer Ausführungsform ist der optische Trennungssensor 70 zwischen den Keilsystemkomponenten dergestalt positioniert, dass mechanischer Druck die dielektrische Komponente 78 in unmittelbarer Nähe zu der Vertiefung 76 der optischen Faser hält.
Ferner weist in einer spezifischen Ausführungsform eine Wellenfedervorrichtung den zwischen zwei Wellenfedern befindlichen optischen Trennungssensor 30 oder den optischen Trennungssensor 70 auf. In weiteren Ausführungsformen könnte der optische Trennungssensor 30 an anderen Stellen angeordnet sein, wie z.B. zwischen dem Statorkeil 21 und der Wellenfeder 20 oder zwischen der Wellenfeder 20 und dem Beilageteil 18 von 1.
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schritt 102 beinhaltet das Verfahren die Führung einer optischen Leistung aus einer Lichtquelle zu einem sich zwischen Statorkeilkomponenten befindlichen optischen Trennungssensor. Bei dem Schritt 104 beinhaltet das Verfahren die Absorption der optischen Leistung durch ein optisches Schnittstellenelement des optischen Trennungssensors. Ferner beinhaltet das Verfahren die Messung einer Intensität der optischen Leistung bei einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement oder eine dielektrische Komponente bei dem Schritt 106. Schließlich beinhaltet das Verfahren bei dem Schritt 108 die Ermittlung der Festigkeit der Statorwicklungen auf der Basis der gemessenen Intensitäten der optischen Leistung. In einer spezifischeren Ausführungsform können Kalibrierungsdaten in Bezug auf den Lichtverlust bei der ersten Wellenlänge, der Kompressionen des Stators entspricht, verwendet werden. Wie vorstehend diskutiert, ist das optische Schnittstellenelement oder die dielektrische Komponente in einer Ausführungsform für eine höhere prozentuale Absorption der optischen Leistung bei der ersten Welle im Vergleich zu der prozentualen Absorption der optischen Leistung bei der zweiten Wellenlänge eingerichtet.
Vorteilhaft stellen das System und das Verfahren eine Fernüberwachung der Festigkeit der elektrischen Maschine bereit, indem sie eine Langzeitnutzung von Sensoren mit genauer Messung über der Zeit ermöglichen. Das beschriebene Verfahren und System zur Zustandsüberwachung kann auf eine Vielfalt elektrischer Maschinen, wie z.B. Generatoren, Motoren, Breitbandgeneratoren, und dergleichen angewendet werden.
Ferner wird der Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen erkennen. Ebenso können die verschiedenen Verfahrensschritte und die beschriebenen Merkmale sowie andere bekannte Äquivalente für jedes derartige Verfahren und Merkmal durch den Fachmann zusammengefasst werden, um zusätzliche Anordnungen und Techniken gemäß den Prinzipien dieser Offenlegung aufzubauen. Natürlich dürfte es sich verstehen, dass nicht notwendigerweise aller derartigen vorstehend beschriebenen Ziele oder Vorteile mit jeder speziellen Ausführungsform erreicht werden können. Somit wird der Fachmann beispielsweise erkennen, dass hierin beschriebene Anordnungen und Techniken in einer Weise ausgebildet oder ausgeführt werden können, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen wie hierin gelehrt erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise weitere hierin gelehrte oder vorgeschlagene Ziele oder Vorteile zu erreichen.
Obwohl nur bestimmte Merkmale der Erfindung hierin dargestellt und beschrieben wurden, werden viele Modifikationen und Änderungen für den Fachmann ersichtlich sein. Es dürfte sich daher verstehen, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen und Änderungen, soweit sie in den tatsächlichen Erfindungsgedanken der Erfindung fallen, abdecken sollen.
Es wird ein System zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das System enthält eine Lichtquelle zum Bereitstellen einer optischen Leistung. Das System enthält auch einen sich in einem Statorkern befindenden und ein optisches Schnittstellenelement enthaltenden optischen Trennungssensor zum Absorbieren eines Teils der der optischen Leistung. Ferner enthält das System einen Leistungsmesser zum Messen wenigstens einer Intensität der optischen Leistung nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement und ein Steuerungs-Teilsystem zur Bewertung der Festigkeit der Statorwicklungen.

Claims

System zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine, wobei das System aufweist: eine Lichtquelle zum Bereitstellen von Licht bei mehreren Wellenlängen; einen sich in einem Statorkern befindlichen optischen Trennungssensor, wobei der optische Trennungssensor ein optisches Schnittstellenelement zur unterschiedlichen Absorption der optischen Leistung bei einer ersten und zweiten Wellenlänge aufweist; einen Leistungsmesser zum Messen von Intensitäten der optischen Leistung bei der ersten und zweiten Wellenlänge nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement; und ein Steuerungs-Teilsystem zur Verwendung der gemessenen Intensitäten der optischen Leistung zum Bewerten der Festigkeit der Statorwicklungen.
System nach Anspruch 1, wobei der optische Trennungssensor ferner wenigstens eine sich zwischen Keilsystemkomponenten befindliche optische Faser aufweist, wobei die wenigstens eine optische Faser einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel aufweist, und wobei sich das optische Schnittstellenelement wenigstens teilweise in einem Abschnitt des Mantels zur Absorption der optischen Leistung befindet.
System nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine optische Faser in einer von den mehreren Keilsystemkomponenten eingebettet ist.
System nach Anspruch 2, wobei die Keilsystemkomponenten Wellenfedern, Keile, Platten, Beilageteile und Kombinationen davon aufweisen.
System nach Anspruch 2, wobei der Mantel einen Abschnitt mit einer Vertiefung aufweist, und wobei das optische Schnittstellenelement eine in der Vertiefung angeordnete dielektrische Komponente aufweist.
System nach Anspruch 5, wobei die dielektrische Komponente eine kugelartig geformte Komponente aufweist, die für eine prozentual höhere Absorption der optischen Leistung bei der ersten Wellenlänge im Vergleich zu der prozentualen Absorption der optischen Leistung bei der zweiten Wellenlänge eingerichtet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das optische Schnittstellenelement ein wellenlängenselektives Material aufweist, das für eine prozentual höhere Absorption der optischen Leistung bei der ersten Wellenlänge im Vergleich zu der prozentualen Absorption der optischen Leistung bei der zweiten Wellenlänge eingerichtet ist.
System nach Anspruch 7, wobei das wellenlängenselektive Material ein mit einem Farbpigment oder Farbstoff dotiertes dielektrisches Material aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuerungs-Teilsystem ein Verhältnis der gemessenen Intensitäten der optischen Leistung zum Bewerten der Festigkeit der Statorwicklungen verwendet.
Wellenfedervorrichtung, aufweisend: eine Wellenfeder; einen optischen Trennungssensor in Kontakt mit der Wellenfeder, wobei der optische Trennungssensor ein optisches Schnittstellenelement zum Absorbieren optischer Leistung aus einer Lichtquelle aufweist.
Wellenfeder nach Anspruch 10, wobei der optische Trennungssensor in die Wellenfeder eingebettet ist.
Wellenfeder nach Anspruch 10, wobei der optische Trennungssensor durch Adhäsion oder Kompression in seiner Lage gehalten wird.
Wellenfeder nach Anspruch 10, wobei der optische Trennungssensor ferner wenigstens eine optische Faser mit einem Kern und einem den Kern umgebenden Mantel aufweist, und wobei sich das optische Schnittstellenelement wenigstens teilweise in einem Abschnitt des Mantels zur Absorption wenigstens einer Wellenlänge der optischen Leistung aus der Lichtquelle befindet.
Wellenfeder nach Anspruch 13, wobei der Mantel einen Abschnitt mit einer Vertiefung aufweist, und wobei das optische Schnittstellenelement eine in der Vertiefung angeordnete dielektrische Komponente aufweist.
Wellenfeder nach Anspruch 12, wobei das optische Schnittstellenelement ein wellenlängenselektives Material aufweist, das für eine prozentual höhere Absorption der optischen Leistung bei der ersten Wellenlänge im Vergleich zu der prozentualen Absorption der optischen Leistung bei einer zweiten Wellenlänge eingerichtet ist.
Verfahren zum Überwachen der Festigkeit von Statorwicklungen in einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Einleiten einer optischen Leistung aus einer Lichtquelle in einen sich zwischen mehreren Keilsystemkomponenten befindenden optischen Trennungssensor; Absorbieren der optischen Leistung durch ein optisches Schnittstellenelement des optischen Trennungssensors; Messen wenigstens einer Intensität der optischen Leistung nach der Absorption durch das optische Schnittstellenelement; und Ermitteln der Festigkeit der Statorwicklungen auf der Basis der wenigstens einen gemessenen Intensität der optischen Leistung und von Kalibrierungsdaten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der optische Trennungssensor ferner wenigstens eine sich zwischen den mehreren Keilsystemkomponenten befindliche optische Faser aufweist, wobei die wenigstens eine optische Faser einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel aufweist, und wobei sich das optische Schnittstellenelement wenigstens teilweise in einem Abschnitt des Mantels zur Absorption der optischen Leistung befindet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das optische Schnittstellenelement für eine prozentual höhere Absorption der optischen Leistung bei einer ersten Wellenlänge im Vergleich zu der prozentualen Absorption der optischen Leistung bei einer zweiten Wellenlänge eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verhältnis der Intensitäten bei der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zum Bewerten der Festigkeit der Statorwicklungen verwendet wird.