EP1406357A1 - Erregerstromzuführung für eine elektrische Rotationsmaschine - Google Patents

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Publication number
EP1406357A1
EP1406357A1 EP02022464A EP02022464A EP1406357A1 EP 1406357 A1 EP1406357 A1 EP 1406357A1 EP 02022464 A EP02022464 A EP 02022464A EP 02022464 A EP02022464 A EP 02022464A EP 1406357 A1 EP1406357 A1 EP 1406357A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slip ring
distance sensor
brush
current supply
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02022464A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Klaar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP02022464A priority Critical patent/EP1406357A1/de
Publication of EP1406357A1 publication Critical patent/EP1406357A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/12—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll camber

Definitions

  • the invention relates to an excitation current supply for a electric rotary machine with a measuring and Evaluation unit that has a distance sensor for monitoring of a slip ring that is in contact with carbon brushes stands.
  • Electric rotary machines have a field winding a runner. Such a known embodiment is in DE 196 19 728 A1.
  • An excitation current of Field winding is done using slip rings and carbon brushes fed.
  • the level of the excitation current is for generators, that serve to supply energy, from the power required dependent.
  • For the best possible transmission of the Excitation current through the carbon brushes is a certain one specific current load of the brushes required.
  • the current is supplied via rotating slip rings and fixed carbon brushes that contact the slip rings. During the contact, the brushes rub against the corresponding rotationally symmetrical surfaces of the Slip rings. Due to this, the rotating ones are subject Slip rings and especially the brushes are high Wear.
  • the brushes are in so-called plug-in brush holders arranged, which in turn is held in stationary rings become.
  • the plug-in brush holders and the rings are like this designed that the plug-in brush holders are relatively light can be removed from the holder.
  • the in the Brush holder arranged brush, in particular Carbon brush, must be replaced when the brush is yours has reached the minimum permissible length.
  • slip rings are monitored and assessed at today still often by optical control in free selectable time intervals, which are based on empirical values of the Specialists result.
  • the present invention is therefore based on the object based on an excitation current supply for an electrical Rotating machine to specify a measuring and Provides evaluation device for checking the slip ring.
  • this task is performed by a measuring and Evaluation device that has a distance sensor that is attached near the slip ring surface. Changes in the slip ring surface are over Distance measurements between distance sensor and Slip ring surface determined. The distance between the Slip ring surface and the distance sensor is in solid Time intervals measured. The information recorded become the evaluation device connected below transferred and analyzed.
  • damage to the slip ring caused by Burn marks are caused by brush fire, determined.
  • the distance between the Slip ring surface and the distance sensor measured and with compared older measurements. Kick bigger ones Differences on, so this is called damage on the Slip ring interpreted.
  • the Distance sensor attached to a brush with an adapter and inserted into a brush holder.
  • the distance sensor can be quickly replaced.
  • Another advantage comes from using the Distance sensor in different brush holders along the Slip ring, this will cover the entire contact surface of the Slip ring captured.
  • a position sensor is attached to the shaft in order to be able to localize damage on the slip ring.
  • the position transmitter generates a signal in the distance sensor. This signal is registered in the evaluation device.
  • a further signal, which results from damage on the slip ring, is linked to the signal of the position transmitter and the position of the damage on the slip ring is determined via further measurable variables such as number of revolutions, circumference, etc.
  • a further distance sensor By using a further distance sensor, a larger area of the slip ring is checked. This leads to the result that more information about the slip ring is collected. Therefore, a second distance sensor is used in an advantageous development.
  • the distance sensor is used as an optical distance sensor executed. Thereby light from optical distance sensor blasted onto the slip ring and from there reflected back to the distance sensor. About the The distance is determined at runtime.
  • the distance sensor As an eddy current sensor educated. This creates an alternating magnetic field in the Slip ring led to eddy currents in the slip ring leads. The eddy current losses are measured via a sensor coil about changing a complex input impedance metrologically evaluated and the distance between the Eddy current sensor and the slip ring determined.
  • the wear of the slip rings and carbon brushes is from depending on the polarity. This depends on the diffusion of individual ions of the slip ring into the carbon brush or from the carbon brush together in the slip ring.
  • a measurement and Evaluation device for an electrically positive Slip ring and an electrically negative slip ring Installed is therefore a measurement and Evaluation device for an electrically positive Slip ring and an electrically negative slip ring Installed. The wear and observation of the quality of the Slip ring can thus be customized, both for the electrically positive as well as for the electrically negative Slip ring done.
  • the object of the method is achieved according to the invention solved in that at certain time intervals the Distance between the distance sensor and the Slip ring surface is determined and the values of a current measurement with values from an earlier measurement are compared by means of an evaluation device, wherein a message is generated when discrepancies are determined become.
  • a distance between the slip ring and the brush is measured at speeds less than 20 Hz.
  • the comparatively low speed prevents individual measurement data from being lost or falsified.
  • FIG. 1 shows a turbogenerator 39 which has a rotor winding 41 located on a shaft 40 and a stator winding 43 fastened to the housing 42.
  • An excitation current is supplied to the rotor winding 41 via an excitation current supply 1. This is described in more detail below.
  • the excitation current supply 1, which is responsible for feeding the excitation current, is located behind a cover 44.
  • An excitation current of up to 6000 amperes, for example, is conducted from an energy source via electrical lines into electrically conductive carbon brushes.
  • the carbon brushes are in electrical contact with rotating slip rings 2, 3 in such a way that the carbon brushes 5 continuously grind on the slip ring.
  • the excitation current passes through the carbon brushes to the slip rings 2, 3 and from there into the rotor winding 41, which ultimately leads to a rotating, time-changing magnetic field which is arranged in a further winding, here a stator winding 43, around the rotor winding 41 is, induced voltages.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a Excitation current supply 1 of an electric rotary machine 39.
  • the rotary electric machine 39 includes one electrically negative slip ring 2 and electrically positive Slip ring 3.
  • Slip rings 2 and 3 consist of one electrically conductive material and are about the axis of rotation 4 pivoted.
  • brush holders 6 are several brushes, in particular carbon brushes 5 slidably supported.
  • the Carbon brushes 5 are radially displaceable to the axis of rotation 4.
  • the Surface 14 of the slip ring 2 or 3 is electrical Contact with the carbon brush 5.
  • FIG 3. Is an axial longitudinal section through part of the Slip ring 2,3 and a distance sensor 7 shown.
  • the Distance sensor 7 is mounted in an adapter 8 and has two sensors 9 and 9a.
  • the slip ring 2 or 3 has Cooling channels 10 on.
  • the outer diameter 11 of the slip ring 2, 3 is due to the sliding contact with the carbon brushes 5 smaller due to abrasion over time.
  • a minimal one Diameter 12 is specified by the construction and may not be undercut.
  • the depth of the cooling channels 10 it changes. The depth of a cooling channel 10 may therefore do not fall below a critical value of 13.
  • the distance between sensors 9 and 9a to the slip ring surface 14 and the depth of the cooling channels 10 is measured continuously.
  • each of the distance sensors 9, 9a the distance between the Slip ring surface 14 and the distance sensors 9, 9a in Operation measured.
  • the distance between the Distance sensor 9, 9a and a cooling channel 10 measured.
  • the Results of these measurements are recorded in an evaluation system 22 recorded and processed.
  • the distance between the Distance sensors 9, 9a and the slip ring is because of Abrasion caused by the contact between the carbon brushes 5 and the slip ring 2, 3 is caused, larger. Reached the distance is a critical value, a warning message will appear in the Evaluation system 22 generated. Likewise there will be a warning generated when a measurement is clearly recognizable, that the slip ring surface 14 due to e.g. Burn marks is damaged.
  • a brush holder 15 is used for Holder of the adapter 8.
  • the Sensors 9 and 9a attached on this adapter 8 are the Sensors 9 and 9a attached. With the sensors 9 and 9a the distance to the slip ring surface 14 is measured.
  • Position transmitter 16 is used by distance sensors 9, 9a determined damage to the slip ring surface 14 to locate.
  • a signal in the Distance sensor 9, 9a generated. This signal is in the Processing system 22 processed. This signal is a Identified location on the slip ring surface 2, 3.
  • the further signals are recorded with the signal of Position sensor correlated.
  • a signal caused by damage on the slip ring 2, 3 is caused on the Slip ring 2, 3 localized by over the term between this signal and the signal of the position transmitter 16 is determined and the distance between Signal and damage on slip rings 2, 3 is calculated.
  • FIG. 5 is a top view of the slip ring surface 14 and the sensors 9 and 9a with the adapter 8.
  • the adapter 8 is mounted in a brush holder 15.
  • the direction of rotation of the slip ring 17 is shown by the arrow.
  • Measuring lines of sensors 9 and 9a are indicated by arrows 18, 19 shown.
  • With the sensor 9, the distance to Slip ring surface 14 and with the sensor 9a the distance measured to the cooling channel 10.
  • the measuring range over the circumference is shown with dashed lines.
  • line 21 measure both sensors 9 and 9a the distance to Slip ring surface 14, then the sensors change Distance measurement.
  • the FIG. 6 shows a measurement value analysis of a distance measurement. Measuring lines of the distance measurement from the are shown Sensors 9 and 9a. The measuring points 31 of a measurement 32 with the Sensor 9 and a measurement 32 with the sensor 9a and the Measurement of a possible burn mark are in the top one Recognizable figure. A is also shown Difference measurement 35 between the measured distances of the Sensors 9 and 9b. It is also in the bottom Illustration of the measured value of the diameter of the Slip ring 36, the minimum allowable value 37 and the minimum value of the diameter of the slip ring 38 shown.
  • FIG. 7 is a simplified block diagram of the Evaluation system 22 shown.
  • the information provided by the distance sensors 9 and 9a are detected via A / D converter 24 to a personal computer PC 25 passed.
  • the information is processed there.
  • other sizes e.g. Groove base diameter 26, Diameter slip ring 27 or the permissible diameter the slip ring 28 is a comparison with the current one Measurement data created and evaluated. If necessary, a Message 29 generated. Measurement results can also be used as Displayed in a polar diagram 30.
  • An advantage of the excitation current supply 1 shown is the timely and accurate inspection of the slip rings 2, 3.
  • the inspection has so far been carried out by the specialist personnel by means of visual inspection.
  • a measurement is analyzed here. If the measured distance between distance sensor 9, 9a and slip ring 2, 3 varies greatly in a time interval, this is identified as a fault.
  • the measurement and evaluation device can be used to determine damage caused by fire stains as a result of brush fire by interpreting widely varying distances between the distance sensor 9, 9a and the slip ring 2, 3 as damage.
  • the distance sensor 9, 9a is moved axially along the slip ring 2, 3 from one brush holder 6 to the next brush holder 6 in order to detect the entire contact surface 14 of the slip ring 2, 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erregerstromzuführung 1 für eine elektrische Rotationsmaschine 39 mit einem Mess- und Auswertesystem 22, die den Abstand zwischen dem Abstandssensor 9, 9a und der Schleifringoberfläche 14 misst, um die Abnutzung der Schleifringe 2, 3 und mögliche Schäden auf den Schleifringen 2, 3 kontrollieren zu können. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Erregerstromzuführung für eine elektrische Rotationsmaschine mit einer Mess- und Auswerteeinheit, die einen Abstandssensor zur Überwachung eines Schleifringes aufweist, der in Kontakt mit Kohlebürsten steht.
Elektrische Rotationsmaschinen weisen eine Feldwicklung auf einem Läufer auf. Eine solche bekannte Ausführungsform ist in DE 196 19 728 Al beschrieben. Ein Erregerstrom der Feldwicklung wird über Schleifringe und Kohlebürsten zugeführt. Die Höhe des Erregerstroms ist bei Generatoren, die zur Energieversorgung dienen, von der benötigten Leistung abhängig. Für eine möglichst gute Übertragung des Erregerstroms durch die Kohlebürsten ist eine bestimmte spezifische Strombelastung der Bürsten erforderlich. Die Zuführung des Stroms erfolgt über rotierende Schleifringe und feststehende Kohlebürsten, die die Schleifringe kontaktieren. Während des Kontaktes schleifen die Bürsten an den entsprechenden rotationssymmetrischen Flächen der Schleifringe. Hierdurch bedingt unterliegen die rotierenden Schleifringe und insbesondere die Bürsten einem hohen Verschleiß.
Die Bürsten sind in sogenannten Steckbürstenhalterungen angeordnet, die ihrerseits in stationären Ringen gehaltert werden. Die Steckbürstenhalterungen und die Ringe sind so ausgestaltet, dass die Steckbürstenhalterungen relativ leicht vom Halter entfernt werden können. Die in der Steckbürstenhalterung angeordnete Bürste, insbesondere Kohlebürste, muss ausgetauscht werden, wenn die Bürste ihre minimal zulässige Länge erreicht hat.
Wegen des hohen Verschleißes und da zudem die Standzeiten der einzelnen Kohlebürsten sehr unterschiedlich sind, muss der Abrieb der Kohlebürsten im Rahmen von Wartungsarbeiten in relativ kurzen Zeitabständen überprüft werden. Derartige Wartungsarbeiten erfolgen während des Betriebs bei Betriebsspannung. Die Wartungsarbeiten sind auf Grund des Gefährdungspotentials nur durch entsprechend geschultes Fachpersonal durchzuführen. Zudem sind sie sehr zeitaufwendig, da beispielsweise bei einem Turbosatz mit 6000 Ampere Erregerstrom etwa 120 Kohlebürsten gewartet werden müssen.
Allgemein ist das System zwischen Kohlebürsten und Schleifringen bzw. Kommutatoren - neben dem normalen Verschleiß - auch sehr störanfällig und muss daher zusätzlich überwacht werden. Störgrößen sind ein zu hoher Verschleiß, eine zu hohe Temperatur, ein sogenanntes Bürstenfeuer, d.h. Glimmentladungen zwischen Bürsten und Schleifring und damit verbunden sogenannte Brandflecken, unzulässige Schwingungen und Rattern, ein Ausbrechen der Bürsten usw..
Die Überwachung und Begutachtung der Schleifringe erfolgt zum heutigen Zeitpunkt oft noch durch optische Kontrolle in frei wählbaren Zeitabständen, die aus Erfahrungswerten des Fachpersonals resultieren.
In modernen Ausführungen des Bürstenträgerapparates ist eine direkte Beobachtung der Schleifringoberfläche häufig nicht mehr möglich. Die Gefahr einer Nichterkennung von Störungen erhöht sich dadurch und könnte zu einem Ausfall mit Folgeschäden führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Erregerstromzuführung für eine elektrische Rotationsmaschine anzugeben, die eine Mess- und Auswerteeinrichtung zur Kontrolle des Schleifrings vorsieht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Mess- und Auswerteeinrichtung, die einen Abstandssensor aufweist, der in der Nähe der Schleifringoberfläche angebracht ist, gelöst. Veränderungen der Schleifringoberfläche werden über Abstandsmessungen zwischen Abstandssensor und Schleifringoberfläche ermittelt. Der Abstand zwischen der Schleifringoberfläche und des Abstandsensors wird in festen Zeitintervallen gemessen. Die aufgenommenen Informationen werden zu der nachfolgend geschalteten Auswerteeinrichtung übertragen und analysiert.
Durch die Mess- und Auswerteeinrichtung ist eine zeitnahe und genaue Überprüfung der Schleifringe möglich. Eine Begehung des Fachpersonals, zur Überprüfung der Qualität der Schleifringe kann reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die aufgenommenen Informationen von dem Abstandssensor auf Datenträger gespeichert werden können. Damit ist es insbesondere möglich, Störfälle im nachhinein zu analysieren. Auch die frühzeitige Erkennung von sich anbahnenden Störungen ist dadurch möglich.
Mit der Mess- und Auswerteeinrichtung wird die Durchmesserverringerung des Schleifrings infolge von Abrieb ermittelt.
Des Weiteren werden Schäden auf dem Schleifring, die durch Brandflecke infolge von Bürstenfeuer verursacht sind, ermittelt. Dabei wird der Abstand zwischen der Schleifringoberfläche und dem Abstandssensor gemessen und mit älteren Messungen verglichen. Treten dabei größere Unterschiede auf, so wird dies als Schaden auf dem Schleifring interpretiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Abstandssensor mit einem Adapter an einer Bürste befestigt und in eine Bürstenhalterung eingesetzt. Der Abstandssensor ist dadurch schnell auswechselbar.
Ein weiterer Vorteil entsteht durch das Einsetzen des Abstandssensor in verschiedene Bürstenhalterungen entlang des Schleifrings, dadurch wird die gesamte Kontaktoberfläche des Schleifrings erfasst.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird auf der Welle ein Positionsgeber angebracht, um Schäden auf dem Schleifring lokalisieren zu können. Der Positionsgeber erzeugt im Abstandssensor ein Signal. Dieses Signal wird in der Auswerteeinrichtung registriert. Über weitere messbare Größen wie Umdrehungszahl, Umfang usw. wird ein weiteres Signal, das von einem Schaden auf dem Schleifring herrührt, mit dem Signal des Positionsgebers verknüpft und die Position des Schadens auf dem Schleifring ermittelt.
Durch den Einsatz eines weiteren Abstandssensors wird eine größere Fläche des Schleifringes geprüft. Dies führt zu dem Ergebnis, dass mehr Informationen über den Schleifring gesammelt werden. Daher wird in einer vorteilhaften Weiterbildung ein zweiter Abstandssensor eingesetzt.
In vorteilhafter Weiterbildung wird der Abstandssensor als ein optischer Abstandssensor ausgeführt. Dabei wird Licht vom optischen Abstandssensor auf den Schleifring gestrahlt und von dort wieder zum Abstandssensor reflektiert. Über die Laufzeit wird der Abstand ermittelt.
Zur höheren Auflösung einer Messung der Schleifringoberfläche wird der Abstandssensor als ein Wirbelstromsensor ausgebildet. Dabei wird ein magnetisches Wechselfeld in den Schleifring geführt, das zu Wirbelströmen im Schleifring führt. Über eine Sensorspule werden die Wirbelstromverluste über die Änderung einer komplexen Eingangsimpedanz messtechnisch ausgewertet und der Abstand zwischen dem Wirbelstromsensor und dem Schleifring ermittelt.
Die Abnutzung der Schleifringe und der Kohlebürsten ist von der Polarität abhängig. Dies hängt mit der Diffusion von einzelnen Ionen des Schleifrings in die Kohlebürste bzw. von der Kohlebürste in den Schleifring zusammen. In vorteilhafter Weitergestaltung wird deswegen je eine Mess- und Auswerteeinrichtung für einen elektrisch positiven Schleifring und einen elektrisch negativen Schleifring installiert. Die Abnutzung und Beobachtung der Qualität des Schleifringes kann somit individuell, sowohl für den elektrisch positiven als auch für den elektrisch negativen Schleifring erfolgen.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in bestimmten zeitlichen Abständen der Abstand zwischen dem Abstandssensor und der Schleifringoberfläche ermittelt wird und die Werte einer aktuellen Messung mit Werten einer früheren Messung verglichen werden mittels einer Auswerteeinrichtung, wobei eine Meldung generiert wird, wenn Abweichungen ermittelt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird eine Messung eines Abstandes zwischen dem Schleifring und der Bürste bei Drehzahlen geringer als 20 Hz durchgeführt.
Durch die vergleichsweise geringe Drehzahl wird vermieden, dass einzelne Messdaten verloren gehen oder verfälscht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt ist.
Für gleiche und funktionsidentische Bauteile werden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:
  • Fig. 1 eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere Turbogenerator mit Läufer und Stator;
  • Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch den Schleifring einer elektrischen Rotationsmaschine;
  • Fig. 3 axialer Längsschnitt durch einen Teil des Schleifrings und des Abstandssensors;
  • Fig. 4 einen Schnitt durch die Linie A-B aus Fig. 1;
  • Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Abstandssensor und einen Schleifring einer elektrischen Rotationsmaschine;
  • Fig. 6 eine Messwertanalyse einer Abstandsmessung;
  • Fig. 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Auswertesystems
    • FIG. 1 zeigt einen Turbogenerator 39 der eine auf einer Welle 40 befindliche Läuferwicklung 41 und eine am Gehäuse 42 befestigte Statorwicklung 43 aufweist. Ein Erregerstrom wird der Läuferwicklung 41 über eine Erregerstromzuführung 1 zugeführt. Dies wird im folgenden näher beschrieben.
    Die für die Einspeisung des Erregerstroms zuständige Erregerstromzuführung 1 befindet sich hinter einer Abdeckung 44. Ein Erregerstrom von beispielsweise bis zu 6000 Ampere wird von einer Energiequelle über elektrische Leitungen in elektrisch leitende Kohlebürsten geleitet. Die Kohlebürsten stehen derart im elektrischen Kontakt mit rotierenden Schleifringen 2, 3, dass die Kohlebürsten 5 dauernd auf dem Schleifring schleifen. Der Erregerstrom gelangt über die Kohlebürsten auf die Schleifringe 2, 3 und von dort in die Läuferwicklung 41, was schließlich zu einem rotierenden, zeitlich sich ändernden magnetischen Feld führt, das in einer weiteren Wicklung, hier einer Statorwicklung 43, die um die Läuferwicklung 41 angeordnet ist, Spannungen induziert.
    FIG. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Erregerstromzuführung 1 einer elektrischen Rotationsmaschine 39. Die elektrische Rotationsmaschine 39 umfasst einen elektrisch negativen Schleifring 2 und elektrisch positiven Schleifring 3. Die Schleifringe 2 und 3 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material und sind um die Rotationsachse 4 drehgelagert. In Bürstenhalterungen 6 sind mehrere Bürsten, insbesondere Kohlebürsten 5 verschieblich gehaltert. Die Kohlebürsten 5 sind radial zur Drehachse 4 verschieblich. Die Oberfläche 14 des Schleifrings 2 oder 3 steht in elektrischem Kontakt mit der Kohlebürste 5.
    In FIG 3. Ist ein axialer Längsschnitt durch einen Teil des Schleifrings 2,3 und eines Abstandssensors 7 dargestellt. Der Abstandssensor 7 ist in einem Adapter 8 angebracht und weist zwei Sensoren 9 und 9a auf. Der Schleifring 2 oder 3 weist Kühlkanäle 10 auf. Der Außendurchmesser 11 des Schleifrings 2, 3 wird durch den schleifenden Kontakt mit den Kohlebürsten 5 durch Abrieb im Laufe der Zeit kleiner. Ein minimaler Durchmesser 12 ist durch die Konstruktion vorgegeben und darf nicht unterschritten werden. Die Tiefe der Kühlkanäle 10 ändert sich dadurch. Die Tiefe eines Kühlkanals 10 darf daher einen kritischen Wert 13 nicht unterschreiten. Der Abstand zwischen den Sensoren 9 und 9a zu der Schleifringoberfläche 14 und der Tiefe der Kühlkanäle 10 wird ständig gemessen. Dabei wird zu fest einstellbaren Zeitintervallen jeweils von den Abstandssensoren 9, 9a der Abstand zwischen der Schleifringoberfläche 14 und den Abstandssensoren 9, 9a im Betrieb gemessen. Ebenso wird der Abstand zwischen dem Abstandsensor 9, 9a und einem Kühlkanal 10 gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen werden in einem Auswertesystem 22 erfasst und verarbeitet. Der Abstand zwischen den Abstandssensoren 9, 9a und dem Schleifring wird wegen des Abriebes, der durch den Kontakt zwischen den Kohlebürsten 5 und dem Schleifring 2, 3 hervorgerufen wird, größer. Erreicht der Abstand einen kritischen Wert, wird eine Warnmeldung im Auswertesystem 22 erzeugt. Ebenso wird eine Warnmeldung erzeugt, wenn bei einer Messung eindeutig zu erkennen ist, dass die Schleifringoberfläche 14 infolge von beispielsweise Brandflecken beschädigt ist. Erkennbar ist solch ein Schaden, wenn in einem Zeitintervall die Abstandsmessungen Unregelmäßigkeiten zeigen, d.h. kein konstanter Durchmesser ermittelt wird. Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass eine Überprüfung bzw. Kontrolle der Schleifringe 2, 3 im Betrieb möglich ist und dass darüber hinaus Störungen auf den Schleifringen 2, 3 sofort erkannt werden.
    In FIG.4 ist ein Schnitt senkrecht zur Drehachse 4 durch die Linie A-B zu sehen. Ein Steckbürstenhalter 15 dient zur Halterung des Adapters 8. An diesem Adapter 8 sind die Sensoren 9 und 9a angebracht. Mit den Sensoren 9 und 9a wird der Abstand zur Schleifringoberfläche 14 gemessen. Ein Positionsgeber 16 dient dazu, durch Abstandssensoren 9, 9a ermittelte Schäden auf der Schleifringoberfläche 14 zu lokalisieren. Durch den Positionsgeber 16 wird ein Signal im Abstandssensor 9, 9a erzeugt. Dieses Signal wird im Auswertesystem 22 verarbeitet. Durch dieses Signal ist eine Stelle an der Schleifringoberfläche 2, 3 identifiziert. Die weiteren aufgenommenen Signale werden mit dem Signal des Positionsgebers korreliert. Ein Signal, das durch ein Schaden auf dem Schleifring 2, 3 hervorgerufen wird, wird auf dem Schleifring 2, 3 lokalisiert, indem über die Laufzeit zwischen diesem Signal und dem Signal des Positionsgeber 16 ermittelt wird und mit weiteren Größen der Abstand zwischen Signal und Schaden auf den Schleifringen 2, 3 berechnet wird.
    In FIG. 5 ist eine Draufsicht auf die Schleifringoberfläche 14 und den Sensoren 9 und 9a mit dem Adapter 8 dargestellt. Der Adapter 8 ist in einem Steckbürstenhalter 15 angebracht. Die Drehrichtung des Schleifrings 17 zeigt der Pfeil. Messlinien der Sensoren 9 und 9a sind durch Pfeile 18, 19 dargestellt. Mit dem Sensor 9 wird der Abstand zur Schleifringoberfläche 14 und mit dem Sensor 9a der Abstand zum Kühlkanal 10 gemessen. Der Messbereich über den Umfang ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Nach der Linie 21 messen beide Sensoren 9 und 9a den Abstand zur Schleifringoberfläche 14, danach wechseln die Sensoren die Abstandsmessung.
    Die FIG. 6 zeigt eine Messwertanalyse einer Abstandsmessung. Dargestellt sind Messlinien der Abstandsmessung von den Sensoren 9 und 9a. Die Messpunkte 31 einer Messung 32 mit dem Sensor 9 und einer Messung 32 mit dem Sensor 9a sowie die Messung eines möglichen Brandflecks sind in der obersten Abbildung zu erkennen. Ebenfalls dargestellt ist eine Differenzmessung 35 zwischen den gemessenen Abständen der Sensoren 9 und 9b. Darüber hinaus ist in der untersten Abbildung der gemessene Wert des Durchmessers des Schleifringes 36, der minimal zulässige Wert 37 und der minimale Wert des Durchmessers des Schleifringes 38 dargestellt.
    In Fig. 7 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des Auswertesystems 22 dargestellt. Die Informationen, die von den Abstandssensoren 9 und 9a erfasst werden, werden über A/D-Wandler 24 an einen Personal Computer PC 25 weitergegeben. Die Informationen werden dort verarbeitet. Mit weiteren Größen, wie z.B. Durchmesser Rillengrund 26, Durchmesser Schleifring 27 oder dem zulässigen Durchmesser des Schleifringes 28 wird ein Vergleich mit den aktuellen Messdaten erstellt und ausgewertet. Gegebenenfalls wird eine Meldung 29 generiert. Ebenso können Messergebnisse als Anzeige in einem Polardiagramm 30 dargestellt werden.
    Ein Vorteil der dargestellten Erregerstromzuführung 1 ist die zeitnahe und genaue Überprüfung der Schleifringe 2, 3. Die Überprüfung wurde bisher durch das Fachpersonal durch optische Kontrolle durchgeführt. Mit der Möglichkeit, die erfassten Informationen von den Abstandssensoren 9, 9a in einem Datenträger speichern zu können, ist ein weiterer Vorteil gegeben, weil hierdurch sich anbahnende Störungen oder Schäden erkannt werden können, indem ältere mit aktuellen Messungen verglichen werden. Hierbei wird eine Messung analysiert. Wenn der gemessene Abstand zwischen Abstandssensor 9, 9a und Schleifring 2, 3 in einem Zeitintervall stark variiert, wird dies als Störung identifiziert. Weiterhin können mit der Mess- und Auswerteeinrichtung Schäden, die durch Brandflecke infolge von Bürstenfeuer verursacht werden, ermittelt werden, indem stark variierende Abstände zwischen dem Abstandssensor 9, 9a und dem Schleifring 2, 3 als Schaden interpretiert wird.
    In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Abstandssensor 9, 9a entlang des Schleifrings 2, 3 axial von einer Bürstenhalterung 6 zur nächsten Bürstenhalterung 6 bewegt um die gesamte Kontaktoberfläche 14 des Schleifrings 2, 3 zu erfassen.
    Bezugszeichenliste
    1
    Erregerstromzuführung
    2
    elektrisch negativer Schleifring
    3
    elektrisch positiver Schleifring
    4
    Rotationsachse
    5
    Kohlebürsten
    6
    Bürstenhaltungen
    7
    Abstandssensor (einheit)
    8
    Adapter
    9
    Abstandssensor
    9a
    Abstandssensor
    10
    Kühlkanal
    11
    Außendurchmesser
    12
    minimaler Durchmesser
    13
    kritischer Wert
    14
    Schleifringoberfläche
    15
    Steckbürstenhalter
    16
    Positionsgeber
    17
    Drehrichtung des Schleifrings
    18
    Messlinie des Sensors 9
    19
    Messlinie des Sensors 9a
    20
    Messbereich über den Umfang
    21
    Messbereich über den Umfang
    22
    Mess- und Auswertungssystems
    23
    Stromversorgung
    24
    A/D-Wandler
    25
    Personal Computer (PC)
    26
    Durchmesser Rillengrund
    27
    Durchmesser Schleifring
    28
    Zulässiger Durchmesser Schleifring
    29
    Meldung
    30
    Anzeige im Polardiagramm
    31
    Messpunkt
    32
    Messlinie Sensor 9
    33
    Messlinie Sensor 9a
    34
    Brandfleck
    35
    Differenzmessung
    36
    gemessener Wert Durchmesser Schleifring
    37
    Minimal zulässiger Wert
    38
    Wert minimaler Durchmesser
    39
    Turbogenerator, elektrische Rotationsmaschine
    40
    Welle
    41
    Läuferwicklung
    42
    Gehäuse
    43
    Starterwicklung
    44
    Abdeckung

    Claims (11)

    1. Erregerstromzuführung 1 für eine elektrische Rotationsmaschine 39 die einen auf einer Welle 40 befindlichen Schleifring 2, 3 und eine Bürste 5 aufweist, wobei die Bürste 5 in Kontakt mit dem Schleifring 2, 3 bringbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- und Auswerteeinrichtung 22 vorgesehen ist, die einen Abstandssensor 9, 9a aufweist, der in der Nähe der Schleifringoberfläche 14 angebracht ist und mit dem über eine Abstandsmessung zwischen Abstandsensor 9, 9a und Schleifringoberfläche 14 Veränderungen des Schleifrings 2,3 ermittelt werden können.
    2. Erregerstromzuführung 1 nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor9, 9a mit einem Adapter 8 an der Bürste 5 befestigt ist und mit der Bürste 5 in eine Bürstenhalterung 6 einsetzbar und dadurch auswechselbar ist.
    3. Erregerstromzuführung 1 nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor 9, 9a entlang des Schleifrings 2, 3 axial von Bürstenhalterung 6 zu Bürstenhalterung 6 bewegbar ist, um die gesamte Kontaktoberfläche 14 des Schleifrings 2, 3 zu erfassen.
    4. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle 40 ein Positionsgeber 16 für eine Umfangsposition angebracht ist, um einen vom Abstandssensor 9, 9a detektierten Schaden auf dem Schleifring 2, 3 lokalisieren zu können.
    5. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abstandssensor vorgesehen ist.
    6. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor 9, 9a ein optischer Abstandssensor ist.
    7. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor 9, 9a als ein Wirbelstromsensor ausgebildet ist.
    8. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem elektrisch positiven Schleifring 3 und einem elektrisch negativen Schleifring 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schleifringe 2, 3 jeweils mit dem Mess- und Auswertesystem 22 ausgerüstet sind.
    9. Turbogenerator 39 nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
    10. Verfahren zum Messen und Auswerten von Störungen oder Schäden auf einem Schleifring 2, 3 einer elektrischen Rotationsmaschine 39 die eine Bürste 5 aufweist, wobei die Bürste 5 an den Schleifring 2, 3 schleift,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einem Abstandssensor 9, 9a und der Oberfläche 14 des Schleifrings 2, 3 gemessen wird, wobei aktuelle Messungen mit Messungen verglichen werden, die zu früheren Zeitpunkten erstellt wurden und wobei eine Meldung generiert wird, wenn Abweichungen ermittelt werden.
    11. Erregerstromzuführung 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung eines Abstandes zwischen dem Schleifring 2, 3 und der Bürste 5 bei Drehzahlen geringer 20 Hz durchgeführt wird.
    EP02022464A 2002-10-04 2002-10-04 Erregerstromzuführung für eine elektrische Rotationsmaschine Withdrawn EP1406357A1 (de)

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