RU2801548C1

RU2801548C1 - Device for recording high-frequency event signal in rotating electric machine

Info

Publication number: RU2801548C1
Application number: RU2022119358A
Authority: RU
Inventors: Мартин МЕЙЕР; Дирк ШАЙБНЕР; Юрген ШИММЕР
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2023-08-10

Abstract

FIELD: rotating electric machines.

SUBSTANCE: invention relates to a device (4) for registering a high-frequency event signal in a rotating electric machine (2). Essence: in a rotating electric machine (2) there are at least two sensors (28) for registering a low-frequency signal. The sensors (28) include an antenna for outputting a high frequency event signal from the high frequency electromagnetic field of the rotating electrical machine (2). The sensors (28) are connected via a common, in particular reactive, coupling element (36) to a common HF evaluation device (38). The reactive element (36) of the connection contains a transformer. Each of the at least two sensors (28) is respectively assigned a primary winding (40, 42, 44), and the HF evaluation device (38) is assigned a secondary winding.

EFFECT: possibility of simple implementation of the device.

14 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройству для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине.The invention relates to a device for registering a high-frequency event signal in a rotating electric machine.

Кроме того, изобретение относится к способу для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине.In addition, the invention relates to a method for detecting a high frequency event signal in a rotating electrical machine.

Кроме того, изобретение относится к управляющему блоку со средствами для осуществления подобного способа.In addition, the invention relates to a control unit with means for implementing such a method.

Дополнительно, изобретение относится к компьютерной программе для осуществления подобного способа при исполнении в управляющем блоке.Additionally, the invention relates to a computer program for implementing such a method when executed in a control unit.

Кроме того, изобретение относится к компьютерному программному продукту с компьютерной программой.In addition, the invention relates to a computer program product with a computer program.

Также изобретение относится к вращающейся электрической машине с по меньшей мере одним подобным устройством для регистрации высокочастотного сигнала события.The invention also relates to a rotating electrical machine with at least one such device for detecting a high frequency event signal.

Подобное устройство применяется, например, во вращающихся электрических машинах высокого напряжения, в частности, высоковольтных двигателях и высоковольтных генераторах, которые эксплуатируются при напряжении по меньшей мере 1 кВ.Such a device is used, for example, in high voltage rotating electrical machines, in particular high voltage motors and high voltage generators, which are operated at a voltage of at least 1 kV.

Под высокочастотным сигналом события следует понимать, например, импульсный сигнал в частотном диапазоне от 100 кГц до 100 МГц. Импульс имеет прямоугольную форму, гауссову форму или другую форму импульса. Подобные высокочастотные сигналы события возникают, например, при частичных разрядах, которые часто возникают во вращающихся электрических машинах. Частичные разряды представляют собой локальные разряды, которые обусловлены, например, неоднородностями в изоляционном материале и, при обстоятельствах, в перспективе могут привести к отказу изоляции и, следовательно, к выходу из строя машины высокого напряжения. Поэтому вращающиеся электрические машины высокого напряжения регулярно проверяются на частичные разряды. В частности, при заметном изменении частоты повторения частичного разряда требуется найти причину. В частности, в больших вращающихся электрических машинах, частичные разряды могут распознаваться лишь ограниченно по пространству. Для этого оценивается множество датчиков, чтобы реализовать контроль по возможности без пропусков.A high-frequency event signal is to be understood, for example, as a pulsed signal in the frequency range from 100 kHz to 100 MHz. The pulse is rectangular, Gaussian, or other pulse shape. Such high-frequency event signals occur, for example, with partial discharges, which often occur in rotating electrical machines. Partial discharges are localized discharges, which are caused, for example, by inhomogeneities in the insulating material and, under circumstances, can eventually lead to insulation failure and, consequently, to the failure of the high voltage machine. Therefore, high voltage rotating electrical machines are regularly checked for partial discharges. In particular, with a noticeable change in the frequency of repetition of a partial discharge, it is required to find the cause. Particularly in large rotating electrical machines, partial discharges can only be recognized in a limited space. To this end, a plurality of sensors are evaluated in order to realize the control as gap-free as possible.

Патентный документ EP 0 662 220 B1 описывает способ для вывода высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля в электрическом крупном агрегате со статором, имеющим электрическую обмотку и оснащенным по меньшей мере одним термодатчиком. Высокочастотный сигнал события должен сниматься с используемого в качестве антенны термодатчика. Таким способом аппаратные затраты для вывода сигнала события поддерживаются низкими, и при применении множества термодатчиков возможно определение местоположения повреждения, где быть вызван сигнал события.Patent document EP 0 662 220 B1 describes a method for outputting a high frequency event signal from a high frequency electromagnetic field in an electrical large assembly with a stator having an electrical winding and equipped with at least one thermal sensor. The high-frequency event signal must be taken from the temperature sensor used as an antenna. In this way, the hardware cost for outputting the event signal is kept low, and by using a plurality of thermal sensors it is possible to determine the location of the fault where the event signal can be triggered.

Выложенная заявка EP 3 570 052 A1 описывает способ для измерения импульсного высокочастотного сигнала события, в частности, частичного разряда, во вращающейся электрической машине. Чтобы, по сравнению с уровнем техники, достичь простой и экономичной реализации, предлагается, что сигнал события выводится из высокочастотного электромагнитного поля с помощью датчика во время работы вращающейся электрической машины, причем из выведенного сигнала события с помощью высокочастотной детекторной схемы определяется импульсный низкочастотный сигнал огибающей, причем, когда амплитуда сигнала огибающей превышает пороговое значение, регистрируется сигнал события.Laid-open application EP 3 570 052 A1 describes a method for measuring a pulsed high frequency event signal, in particular a partial discharge, in a rotating electrical machine. In order to achieve a simple and economical implementation compared to the prior art, it is proposed that an event signal is outputted from a high-frequency electromagnetic field by means of a sensor during operation of a rotating electric machine, wherein a pulsed low-frequency envelope signal is detected from the outputted event signal by means of a high-frequency detector circuit, moreover, when the amplitude of the envelope signal exceeds the threshold value, the event signal is registered.

В основе изобретения лежит задача предложить устройство для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине, которое, по сравнению с уровнем техники, может быть реализовано простым и экономичным образом.The invention is based on the object of providing a device for detecting a high-frequency event signal in a rotating electrical machine, which, compared to the prior art, can be implemented in a simple and economical manner.

Эта задача в соответствии с изобретением решается устройством для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине, причем по меньшей мере два датчика для регистрации низкочастотного сигнала датчика размещены во вращающейся электрической машине, причем по меньшей мере два датчика содержат соответственно антенну для вывода высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля вращающейся электрической машины, причем датчики через общий, в частности реактивный, элемент связи соединены с общим HF (высокочастотным) устройством оценки, причем общий элемент связи выполнен с возможностью передачи высокочастотного сигнала события от по меньшей мере одного из датчиков на общее HF устройство оценки и развязки низкочастотного сигнала датчика.This problem is solved according to the invention by a device for detecting a high-frequency event signal in a rotating electrical machine, wherein at least two sensors for detecting a low-frequency sensor signal are placed in the rotating electrical machine, wherein at least two sensors each comprise an antenna for outputting a high-frequency event signal from high-frequency electromagnetic field of a rotating electrical machine, the sensors are connected through a common, in particular reactive, coupling element to a common HF (high-frequency) evaluation device, the common coupling element being configured to transmit a high-frequency event signal from at least one of the sensors to the common HF device evaluation and decoupling of the low-frequency sensor signal.

Кроме того, указанная задача в соответствии с изобретением решается способом для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине, причем по меньшей мере два датчика для регистрации низкочастотного сигнала датчика размещены во вращающейся электрической машине, причем по меньшей мере два датчика соответственно содержат антенну для вывода высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля вращающейся электрической машины, причем датчики через общий, в частности реактивный, элемент связи соединены с общим HF устройством оценки, причем высокочастотный сигнал события от по меньшей мере одного из датчиков через общий элемент связи передается на общее HF устройство оценки при обеспечении развязки от низкочастотного сигнала датчика.Furthermore, said problem is solved according to the invention by a method for detecting a high-frequency event signal in a rotating electric machine, wherein at least two sensors for detecting a low-frequency sensor signal are placed in the rotating electric machine, wherein at least two sensors respectively comprise an antenna for outputting the high-frequency an event signal from a high-frequency electromagnetic field of a rotating electric machine, the sensors are connected through a common, in particular reactive, coupling element to a common HF estimator, wherein the high-frequency event signal from at least one of the sensors is transmitted via a common cou- pling element to a common HF estimator at providing isolation from the low-frequency signal of the sensor.

Кроме того, задача в соответствии с изобретением решается управляющим блоком со средствами для выполнения подобного способа.In addition, the task according to the invention is solved by a control unit with means for carrying out such a method.

Кроме того, задача в соответствии с изобретением решается компьютерной программой для осуществления подобного способа при исполнении в управляющем блоке.Furthermore, the task according to the invention is solved by a computer program for carrying out such a method when executed in a control unit.

Кроме того, задача в соответствии с изобретением решается компьютерным программным продуктом с компьютерной программой.In addition, the task according to the invention is solved by a computer program product with a computer program.

Дополнительно, задача в соответствии с изобретением решается вращающейся электрической машиной с по меньшей мере одним подобным устройством для регистрации высокочастотного сигнала события.Additionally, the problem according to the invention is solved by a rotating electrical machine with at least one such device for detecting a high frequency event signal.

Преимущества и предпочтительные варианты осуществления, приведенные далее в отношении устройства, могут быть перенесены по смыслу на способ, управляющий блок, компьютерную программу, компьютерный программный продукт и вращающуюся электрическую машину.The advantages and preferred embodiments given below with respect to the device can be translated into the meaning of a method, a control unit, a computer program, a computer program product, and a rotating electric machine.

В основе изобретения лежит идея, регистрировать высокочастотный сигнал события, например частичный разряд, во время работы вращающейся электрической машины с минимальными затратами аппаратных средств. К вращающейся электрической машине принадлежат также связанные с машиной компоненты, такие как кабель, трансформаторы, фильтры и т.д., в которых может регистрироваться подобный высокочастотный сигнал события. Так как, особенно во вращающихся электрических машинах высокого напряжения, высокочастотные сигналы события могут обнаруживаться только пространственно ограниченным образом, то применяются по меньшей мере два датчика, которые через общий, в частности реактивный, элемент связи соединены с общим HF устройством оценки. Реактивный элемент связи является, в частности, пассивным электронным компонентом, который выполняется в основном из накапливающих энергию компонентов, таких как катушки и конденсаторы. Поэтому реактивный компонент имеет очень низкие потери. Таким образом, множество датчиков могут оцениваться посредством одного HF устройства оценки, что, ввиду сниженных затрат аппаратных средств, может приводить к сокращению стоимости. Кроме того, схема меньше по размерам и проще.The invention is based on the idea to register a high frequency event signal, such as a partial discharge, during the operation of a rotating electrical machine with minimal hardware. The rotating electrical machine also includes machine-related components such as cables, transformers, filters, etc., in which such a high-frequency event signal can be registered. Since, especially in high-voltage rotating electrical machines, high-frequency event signals can only be detected in a spatially limited manner, at least two sensors are used, which are connected via a common, in particular reactive, coupling element to a common HF evaluation device. The reactive coupler is, in particular, a passive electronic component, which is mainly made up of energy storage components such as coils and capacitors. Therefore, the reactive component has very low losses. Thus, a plurality of sensors can be evaluated by a single HF estimator, which, due to reduced hardware costs, can lead to cost savings. In addition, the circuit is smaller and simpler.

Датчики выполнены, например, как емкостные или индуктивные устройства связи, как направленные ответвители, как температурные чувствительные элементы или как другой датчик. Так как датчики для регистрации низкочастотного сигнала датчика во вращающейся электрической машине уже имеются, никакие дополнительные сенсорные средства не требуются, и не требуется модифицировать вращающуюся электрическую машину для регистрации высокочастотного сигнала события. Низкочастотный сигнал датчика представляет собой, например, сигнал с частотой менее 1 кГц, в то время как высокочастотный сигнал события лежит в частотном диапазоне от 100 кГц до 100 МГц. Вывод высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля вращающейся электрической машины осуществляется посредством антенны, причем например, подводы датчиков применяются как антенны, ввиду чего не требуются никакие дополнительные модификации. Общий элемент связи имеет, например, характеристику полосового фильтра или характеристику высокочастотного фильтра, так что он, наряду с передачей высокочастотного сигнала события от по меньшей мере одного из датчиков на общее HF устройство оценки, выполнен для обеспечения развязки низкочастотного сигнала датчика.The sensors are designed, for example, as capacitive or inductive coupling devices, as directional couplers, as temperature sensors or as another sensor. Since the sensors for detecting the low frequency sensor signal are already present in the rotating electrical machine, no additional sensor means are required and the rotating electrical machine does not need to be modified to detect the high frequency event signal. The low frequency sensor signal is, for example, a signal with a frequency of less than 1 kHz, while the high frequency event signal lies in the frequency range from 100 kHz to 100 MHz. The output of the high-frequency event signal from the high-frequency electromagnetic field of the rotating electrical machine is carried out by means of an antenna, whereby, for example, the sensor leads are used as antennas, whereby no further modifications are required. The common coupling element has, for example, a bandpass filter characteristic or a high-pass filter characteristic, so that it, along with the transmission of a high-frequency event signal from at least one of the sensors to the common HF estimator, is designed to provide decoupling of the low-frequency sensor signal.

Управляющий блок управляет выполнением способа. Средства для осуществления способа включают в себя компьютерную программу и, например, микроконтроллер или другой программируемый логический компонент. Управляющий блок соотнесен, например, с микроконтроллером.The control block controls the execution of the method. Means for implementing the method include a computer program and, for example, a microcontroller or other programmable logic component. The control unit is associated, for example, with a microcontroller.

В предпочтительной форме выполнения, общий, в частности реактивный, элемент связи содержит трансформатор. Трансформатор обеспечивает очень хорошую развязку между датчиками и HF устройством оценки частотном диапазоне низкочастотного сигнала датчика. Кроме того, трансформатор имеет низкие потери в частотном диапазоне высокочастотного сигнала события и может быть реализован как экономично, так и компактно.In a preferred embodiment, the common, in particular reactive, coupling element comprises a transformer. The transformer provides very good isolation between the sensors and the HF device for evaluating the frequency range of the low frequency sensor signal. In addition, the transformer has low losses in the frequency range of the high frequency event signal and can be implemented both economically and compactly.

Особенно предпочтительно, трансформатор имеет первичные обмотки и вторичную обмотку, причем каждому из по меньшей мере двух датчиков соответственно назначена первичная обмотка, причем HF устройству оценки назначена вторичная обмотки, и причем первичные обмотки соответственно связаны с вторичной обмоткой. Обмотки содержат, например, проводники из меди, чтобы минимизировать, в частности, омические потери. Particularly preferably, the transformer has primary windings and a secondary winding, wherein each of the at least two sensors is respectively assigned a primary winding, wherein the HF estimator is assigned a secondary winding, and where the primary windings are respectively connected to the secondary winding. The windings contain, for example, copper conductors in order to minimize, in particular, ohmic losses.

Если, например, импульс частичного разряда принимается от по меньшей мере одного из датчиков и передается на соответствующую первичную обмотку, во вторичной обмотке индуцируется импульс, который принимается HF устройством оценки и дополнительно обрабатывается. Остальные первичные обмотки имеют относительно высокоомную нагрузку, так что они оказывают лишь пренебрежимо малое влияние. При таком подсоединении трансформатора достигается очень хорошая развязка между датчиками и HF устройством оценки в частотном диапазоне низкочастотного сигнала датчика. Кроме того, передача с низкими потерями высокочастотного сигнала события от каждого из датчиков может быть обеспечена экономичным и компактными образом.If, for example, a partial discharge pulse is received from at least one of the sensors and transmitted to the respective primary winding, a pulse is induced in the secondary winding, which is received by the HF estimator and further processed. The rest of the primary windings have a relatively high ohmic load, so they only have a negligible effect. By connecting the transformer in this way, a very good decoupling between the sensors and the HF estimator is achieved in the frequency range of the low-frequency signal of the sensor. In addition, low loss transmission of the high frequency event signal from each of the sensors can be achieved in an economical and compact manner.

В другом предпочтительном варианте осуществления, трансформатор содержит магнитный сердечник, в частности, кольцеобразный ферритовый сердечник. Подобный магнитный сердечник изготавливается, например, из магнитомягкого материала с высокой магнитной плотностью потока насыщения и высокой магнитной проницаемостью. Подобными магнитомягкими материалами являются, например, железо, некоторые сорта стали, железоникелевые сплавы, железокобальтовые сплавы или ферриты. С помощью такого магнитного сердечника магнитный поток фокусируется и проводится с низкими потерями. Кроме того, благодаря повышению индуктивности обмоток, размеры трансформатора снижаются.In another preferred embodiment, the transformer comprises a magnetic core, in particular an annular ferrite core. Such a magnetic core is made, for example, of a soft magnetic material with a high magnetic saturation flux density and high magnetic permeability. Such soft magnetic materials are, for example, iron, some steels, iron-nickel alloys, iron-cobalt alloys or ferrites. By means of such a magnetic core, the magnetic flux is focused and conducted with low losses. In addition, due to the increase in the inductance of the windings, the dimensions of the transformer are reduced.

Особенно предпочтительно, первичные и вторичные обмотки располагаются скрученными, чтобы достичь по возможности хорошей связи на высоких частотах, особенно в МГц-диапазоне.Particularly preferably, the primary and secondary windings are arranged twisted in order to achieve as good a coupling as possible at high frequencies, especially in the MHz range.

В предпочтительной форме выполнения, датчики соответственно соединены с NF (низкочастотным) устройством оценки для оценки низкочастотного сигнала датчика, причем NF устройство оценки выполнено с возможностью обеспечения развязки высокочастотного сигнала события. Например, входной импеданс NF устройства оценки является емкостным, так что для низкочастотного сигнала датчика оно представляется как высокоомное, а для высокочастотного сигнала события по существу как короткое замыкание. Подобное соединение позволяет осуществлять одновременную оценку низкочастотного сигнала датчика и высокочастотного сигнала события.In a preferred embodiment, the sensors are suitably connected to an NF (low frequency) estimator for estimating the low frequency sensor signal, the NF estimator being configured to provide decoupling of the high frequency event signal. For example, the input impedance NF of the estimator is capacitive, so that for a low frequency sensor signal it appears as a high impedance, and for a high frequency event signal it is essentially a short circuit. This connection allows simultaneous evaluation of the low frequency sensor signal and the high frequency event signal.

Особенно предпочтительно, по меньшей мере один из датчиков выполнен как термодатчик. Термодатчик включает в себя, например, терморезистор, который, в частности, изготовлен из платины. Например, подводы термодатчика применяются как антенны для вывода высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля. В частности, подобный термодатчик уже имеется во вращающейся электрической машине. Так как низкочастотное измерение температуры, а также регистрация импульсного высокочастотного сигнала события, ввиду различных частотных диапазонов, не испытывают заметного влияния, подобный термодатчик в качестве упомянутого датчика является простым, экономичным и компактным.Particularly preferably, at least one of the sensors is designed as a temperature sensor. The temperature sensor includes, for example, a thermistor, which is in particular made of platinum. For example, thermal sensor leads are used as antennas to output a high frequency event signal from a high frequency electromagnetic field. In particular, such a temperature sensor already exists in a rotating electric machine. Since the low-frequency temperature measurement as well as the detection of the high-frequency pulsed event signal are not noticeably affected due to the different frequency ranges, such a temperature sensor as said sensor is simple, economical and compact.

В другом предпочтительном варианте осуществления, низкочастотный сигнал датчика и высокочастотный сигнал события являются дифференциальными сигналами. Подобные сигналы не имеют отношения к массе и поэтому менее подвержены, особенно электромагнитным, возмущениям из окружающей среды.In another preferred embodiment, the low frequency sensor signal and the high frequency event signal are differential signals. Such signals have nothing to do with mass and are therefore less susceptible, especially to electromagnetic disturbances from the environment.

В другой предпочтительной форме выполнения, датчики могут подключаться по отдельности к общему, в частности реактивному, элементу связи. Датчики подключаются по отдельности, например, через переключатель, который может управляться, в частности, посредством управляющего блока, к элементу связи, благодаря чему высокочастотный сигнал события может быть более точно локализован.In another preferred embodiment, the sensors can be connected individually to a common, in particular reactive, coupling element. The sensors are connected individually, for example via a switch, which can be controlled, in particular by a control unit, to the coupling element, whereby the high-frequency event signal can be located more accurately.

Далее изобретение описывается и поясняется более подробно на основе примеров выполнения, изображенных на чертежах, на которых показано следующее:In the following, the invention is described and explained in more detail on the basis of the exemplary embodiments shown in the drawings, which show the following:

Фиг. 1 - продольное сечение вращающейся электрической машины с сенсорным устройством, иFig. 1 is a longitudinal section of a rotating electrical machine with a sensor device, and

Фиг. 2 - схематичное представление первого варианта осуществления устройства для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине, и Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of an apparatus for detecting a high frequency event signal in a rotating electric machine, and

Фиг. 3 - схематичное представление второго варианта осуществления устройства для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине.Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment of an apparatus for detecting a high frequency event signal in a rotating electric machine.

В случае поясняемых далее примеров выполнения речь идет о предпочтительных формах выполнения изобретения. В примерах выполнения, описываемые компоненты форм выполнения представляют соответственно отдельные, рассматриваемые независимо друг от друга признаки изобретения, которые соответственно развивают изобретение также независимо друг от друга и тем самым также должны рассматриваться отдельно или в иной, чем показанная, комбинации как составная часть изобретения. Кроме того, описанные формы выполнения также могут дополняться другими из уже описанных признаков изобретения.In the case of the following exemplary embodiments, these are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments represent, respectively, separate features of the invention considered independently of one another, which accordingly develop the invention also independently of each other and are thus also to be considered individually or in combinations other than those shown as an integral part of the invention. In addition, the described embodiments can also be supplemented by other features of the invention already described.

Одинаковые ссылочные позиции имеют на разных чертежах то же самое значение.Like reference numerals have the same meaning throughout the drawings.

Фиг. 1 показывает продольное сечение вращающейся электрической машины 2 с устройством 4 для регистрации высокочастотного сигнала события. Вращающаяся электрическая машина 2 для примера выполнена как синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов, причем другие типы машин, такие как, например, асинхронные машины, также принадлежат предмету изобретения.Fig. 1 shows a longitudinal section of a rotating electrical machine 2 with a device 4 for recording a high-frequency event signal. The rotating electric machine 2 is, for example, designed as a synchronous machine with permanent magnet excitation, other types of machines, such as, for example, asynchronous machines, also belong to the subject matter of the invention.

Вращающаяся электрическая машина 2 имеет ротор 8, вращающийся вокруг оси 6 вращения, и статор 10, окружающий ротор 8, причем между ротором 8 и статором 10 имеется зазор 12, который выполнен, в частности, как воздушный зазор. Ось 6 вращения определяет осевое направление, окружное направление и радиальное направление. Ротор 8 окружает вал 14 и листовой пакет 16 ротора. Статор 10 содержит листовой пакет 18 статора со статорными обмотками 20, причем листовой пакет 18 статора сконструирован из множества шихтованных листов электротехнической стали. Статорные обмотки 20 проходят в осевом направлении через листовой пакет 18 статора и образуют на осевых концах листового пакета 18 статора лобовые части 22 обмотки. Вал 14 ротора 8 установлен в опоре посредством подшипников 24. Ротор 8 и статор 10 размещены в закрытом корпусе 26 машины.The rotating electrical machine 2 has a rotor 8 rotating around an axis 6 of rotation and a stator 10 surrounding the rotor 8, with a gap 12 between the rotor 8 and the stator 10, which is designed in particular as an air gap. The rotation axis 6 defines an axial direction, a circumferential direction, and a radial direction. The rotor 8 surrounds the shaft 14 and the sheet package 16 of the rotor. The stator 10 comprises a stator sheet pack 18 with stator windings 20, the stator sheet pack 18 being constructed from a plurality of laminated electrical steel sheets. The stator windings 20 pass in the axial direction through the stator sheet package 18 and form winding ends 22 at the axial ends of the stator sheet package 18 . The shaft 14 of the rotor 8 is mounted in the support by means of bearings 24. The rotor 8 and the stator 10 are placed in the closed housing 26 of the machine.

Устройство 4 для регистрации высокочастотного сигнала события включает в себя датчики 28, которые размещены, например, в канале 30, в зоне статорных обмоток 20. Канал 30 проходит, например, радиально через листовой пакет 18 статора. Альтернативно, канал 30 расположен так, чтобы проходить в другом направлении, например, в окружном направлении или в осевом направлении, через статор 10 или через ротор 8. Расположение сенсорного устройства 4 из соображений наглядности представлено лишь схематично, причем, в частности, на фиг. 1 представлен только один датчик 28. Датчики 28 соединены с устройством 32 оценки, которое, в свою очередь, соединено с центральной IT (информационно-технологической) инфраструктурой 34. Центральная IT инфраструктура 34 представляет собой, например, по меньшей мере одну локальную компьютерную систему и/или облако. Центральная IT инфраструктура 34 обеспечивает пространство хранения (объем памяти), вычислительную мощность и/или программное обеспечение приложений. В облаке, объем памяти, вычислительная мощность и/или программное обеспечение приложений предоставляются как услуга через Интернет. Цифровая передача данных на центральную IT инфраструктуру 34 осуществляется беспроводным или проводным способом или оптически. Например, данные передаются через Bluetooth или WLAN.The device 4 for recording a high-frequency event signal includes sensors 28, which are placed, for example, in the channel 30, in the area of the stator windings 20. The channel 30 passes, for example, radially through the stator sheet package 18. Alternatively, the channel 30 is positioned so as to extend in another direction, for example in the circumferential direction or in the axial direction, through the stator 10 or through the rotor 8. The location of the sensor device 4 is only schematically shown for reasons of clarity, and in particular in FIG. 1, only one sensor 28 is shown. The sensors 28 are connected to an estimator 32, which in turn is connected to a central IT (information technology) infrastructure 34. The central IT infrastructure 34 is, for example, at least one local computer system and /or cloud. The central IT infrastructure 34 provides storage space (memory capacity), computing power, and/or application software. In the cloud, storage capacity, processing power and/or application software are provided as a service over the Internet. The digital transmission of data to the central IT infrastructure 34 is carried out wirelessly or by wire or optically. For example, data is transmitted via Bluetooth or WLAN.

Фиг. 2 показывает схематичное представление первого варианта осуществления устройства 4 для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине 2, причем вращающаяся электрическая машина 2, а также расположение датчиков 28 во вращающейся электрической машине 2 из соображений наглядности представлены сильно обобщенными. Например, применяются три датчика 28, причем каждой из трех фаз вращающейся электрической машины 2 назначен датчик. Под высокочастотным сигналом события следует понимать, например, импульсный сигнал в частотном диапазоне от 100 кГц до 100 МГц. Импульс имеет прямоугольную или гауссову форму или другую форму импульса. Высокочастотный сигнал события посредством датчиков 28 выводится из высокочастотного электромагнитного поля во время работы вращающейся электрической машины 2. Высокочастотное электромагнитное поле генерируется, в частности, вращающейся электрической машиной 2.Fig. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a device 4 for detecting a high-frequency event signal in a rotating electric machine 2, the rotating electric machine 2, as well as the location of the sensors 28 in the rotating electric machine 2, are highly generalized for reasons of clarity. For example, three sensors 28 are used, with a sensor assigned to each of the three phases of the rotating electrical machine 2. A high-frequency event signal is to be understood, for example, as a pulsed signal in the frequency range from 100 kHz to 100 MHz. The pulse has a rectangular or Gaussian shape or other pulse shape. The high-frequency event signal is output from the high-frequency electromagnetic field by means of sensors 28 during the operation of the rotating electric machine 2. The high-frequency electromagnetic field is generated, in particular, by the rotating electric machine 2.

Датчики 28 в качестве примера выполнены как термодатчик, который соответственно включает в себя терморезистор, изготовленный, например, из платины, и подводы, причем подводы применяются как антенны для вывода высокочастотного сигнала события. Датчики 28 через общий, в частности реактивный, элемент 36 связи соединены с общим HF устройством 38 оценки, причем общий элемент 36 связи выполнен с возможностью передачи высокочастотного сигнала события от по меньшей мере одного из датчиков 28 на общее HF устройство 38 оценки и развязки низкочастотного сигнала датчика. Элемент 36 связи содержит трансформатор, который имеет первичные обмотки 40, 42, 44 и вторичную обмотку 46. Обмотки 40, 42, 44, 46 содержат, например, проводники из меди, чтобы минимизировать, в частности, омические потери. Опционально, общий, в частности реактивный, элемент связи 36 содержит дополнительные компоненты, например, для согласования мощности и/или импеданса, такие как катушки и/или конденсаторы. Каждому из датчиков 28 назначена первичная обмотка 40, 42, 44, причем HF устройству 38 оценки назначена вторичная обмотка 46. Первичные обмотки 40, 42, 44 для передачи высокочастотного сигнала события соответственно связаны с вторичной обмоткой 46. В качестве примера показан трансформатор с тремя первичными обмотками 40, 42, 44. Альтернативно, трансформатор содержит, в зависимости от числа подсоединяемых датчиков 28, две, четыре или более первичных обмоток 40, 42, 44. Трансформатор содержит магнитный сердечник, в частности кольцевой ферритовый сердечник, причем первичные и вторичная обмотки 40, 42, 44, 46 скручены друг с другом и навиты на ферритовый сердечник.The sensors 28 are exemplified as a temperature sensor, which respectively includes a thermistor made of, for example, platinum, and leads, the leads being used as antennas for outputting a high-frequency event signal. The sensors 28 through a common, in particular reactive, coupling element 36 are connected to a common HF evaluation device 38, and the common coupling element 36 is configured to transmit a high-frequency event signal from at least one of the sensors 28 to a common HF device 38 for estimating and decoupling a low-frequency signal sensor. The coupling element 36 comprises a transformer which has primary windings 40, 42, 44 and a secondary winding 46. Windings 40, 42, 44, 46 contain, for example, copper conductors in order to minimize, in particular, ohmic losses. Optionally, the common, in particular reactive, coupler 36 contains additional components, for example for power and/or impedance matching, such as coils and/or capacitors. Each of the sensors 28 is assigned a primary winding 40, 42, 44, with the HF estimator 38 assigned a secondary winding 46. The primary windings 40, 42, 44 for transmitting a high frequency event signal are respectively connected to the secondary winding 46. A transformer with three primary windings is shown as an example. windings 40, 42, 44. Alternatively, the transformer comprises, depending on the number of connected sensors 28, two, four or more primary windings 40, 42, 44. The transformer contains a magnetic core, in particular an annular ferrite core, with primary and secondary windings 40 , 42, 44, 46 are twisted together and wound on a ferrite core.

Дополнительно, датчики 28 соединены соответственно с общим NF устройством 48 оценки для оценки низкочастотного сигнала датчика, причем каждый из датчиков 28 соединен с входным каналом NF устройства 48 оценки. Альтернативно, каждому из датчиков 28 назначено выделенное NF устройство 48 оценки. В частности, низкочастотный сигнал датчика и высокочастотный сигнал события являются дифференциальными сигналами. Первичные обмотки 40, 42, 44 включены последовательно с NF устройством 48 оценки, причем посредством трансформатора, который имеет характеристику полосового фильтра, обеспечивается развязка низкочастотного сигнала датчика, и причем посредством входного импеданса Zin NF устройства 48 оценки обеспечивается развязка высокочастотного сигнала события. В частности, входной импеданс Zin NF устройства 48 оценки является емкостным, так что оно для низкочастотного сигнала датчика представляется как высокоомное, а для высокочастотного сигнала события - по существу как короткое замыкание. В частности, длины проводников между NF устройством 48 оценки и элементом 36 связи являются электрически короткими, чтобы короткое замыкание после трансформации проводников не ухудшало заметным образом передачу HF сигналов между датчиками 28 и элементом 36 связи.Further, the sensors 28 are respectively connected to a common NF estimator 48 for estimating a low frequency sensor signal, each of the sensors 28 being connected to an NF input channel of the estimator 48. Alternatively, each of the sensors 28 is assigned a dedicated NF estimator 48 . In particular, the low frequency sensor signal and the high frequency event signal are differential signals. The primary windings 40, 42, 44 are connected in series with the NF estimator 48, wherein the low-frequency sensor signal is decoupled by means of a transformer which has a band-pass filter characteristic, and the high-frequency event signal is decoupled by the input impedance Zin NF of the estimator 48. In particular, the input impedance Zin NF of the estimator 48 is capacitive, so that it appears to be high-ohmic for a low frequency sensor signal and essentially a short circuit for a high frequency event signal. In particular, the lengths of the conductors between the NF estimator 48 and the coupling element 36 are electrically short so that a short circuit after the transformation of the conductors does not appreciably impair the transmission of HF signals between the sensors 28 and the coupling element 36 .

Если, например, импульс частичного разряда принимается от по меньшей мере одного из датчиков 28 и передается на соответствующую первичную обмотку 40, 42, 44, то во вторичной обмотке 46 индуцируется импульс, который принимается HF и обрабатывается устройством 38 оценки. Остальные первичные обмотки 40, 42, 44, в частности, из-за терморезистора, нагружены относительно высокоомно, так что они оказывают лишь пренебрежимо малое влияние.If, for example, a partial discharge pulse is received from at least one of the sensors 28 and transmitted to the respective primary winding 40, 42, 44, then a pulse is induced in the secondary winding 46, which is received by the HF and processed by the evaluator 38. The remaining primary windings 40, 42, 44, in particular due to the thermistor, are loaded with a relatively high resistance so that they only have a negligible effect.

Общее HF устройство 38 оценки содержит, в частности, высокочастотную схему 50 обнаружения для обнаружения высокочастотного сигнала события, аналого-цифровой преобразователь 52 для преобразования в цифровую форму обнаруженного сигнала и управляющий блок 54 для управления выполнением способа. Кроме того, HF устройство 38 оценки соединено с центральной IT инфраструктурой 34. В остальном, выполнение устройства 4 согласно фиг. 2 соответствует выполнению согласно фиг. 1.The general HF estimator 38 includes, in particular, a high frequency detection circuit 50 for detecting a high frequency event signal, an A/D converter 52 for digitizing the detected signal, and a control unit 54 for controlling the execution of the method. In addition, the HF estimator 38 is connected to the central IT infrastructure 34. Otherwise, the implementation of the device 4 according to FIG. 2 corresponds to the implementation according to FIG. 1.

Фиг. 2 показывает схематичное представление второго варианта осуществления устройства 4 для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине 2. Датчики 28 могут по отдельности подключаться посредством переключателей 56, 58, 60, которые могут управляться, например, посредством управляющего блока 54, к первичным обмоткам 40, 42, 44 общего элемента 36 связи, выполненного в виде трансформатора, за счет чего высокочастотный сигнал события может быть локализован более точно. В остальном выполнение устройства 4 согласно фиг. 3 соответствует выполнению согласно фиг. 2.Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a device 4 for detecting a high-frequency event signal in a rotating electrical machine 2. Sensors 28 can be individually connected via switches 56, 58, 60, which can be controlled, for example, by a control unit 54, to the primary windings 40, 42, 44 of the common coupling element 36 in the form of a transformer, whereby the high-frequency event signal can be located more precisely. Otherwise, the implementation of the device 4 according to FIG. 3 corresponds to the implementation according to FIG. 2.

Таким образом, изобретение относится к устройству 4 для регистрации высокочастотного сигнала события во вращающейся электрической машине 2, причем по меньшей мере два датчика 28 для регистрации низкочастотного сигнала датчика расположены во вращающейся электрической машине 2, причем по меньшей мере два датчика 28 соответственно содержат антенну для вывода высокочастотного сигнала события из высокочастотного электромагнитного поля вращающейся электрической машины 2. Для того чтобы, по сравнению с уровнем техники, обеспечить простую и экономичную реализацию, предлагается, что датчики 28 через общий, в частности реактивный, элемент 36 связи соединены с общим HF устройством 38 оценки, причем общий элемент 36 связи выполнен с возможностью передачи высокочастотного сигнала события от по меньшей мере одного из датчиков 28 на общее HF устройство 38 оценки и развязки низкочастотного сигнала датчика.Thus, the invention relates to a device 4 for detecting a high-frequency event signal in a rotating electrical machine 2, wherein at least two sensors 28 for detecting a low-frequency sensor signal are located in the rotating electrical machine 2, wherein at least two sensors 28 respectively comprise an antenna for outputting high-frequency event signal from the high-frequency electromagnetic field of the rotating electrical machine 2. In order to provide a simple and economical implementation, compared to the prior art, it is proposed that the sensors 28 are connected via a common, in particular reactive, coupling element 36 to a common HF evaluation device 38 , wherein the common coupler 36 is configured to transmit a high frequency event signal from at least one of the sensors 28 to a common HF device 38 for evaluating and decoupling the low frequency sensor signal.

Claims

1. Device (4) for registering a high-frequency event signal in a rotating electric machine (2),

moreover, at least two sensors (28) for registering a low-frequency sensor signal are located in a rotating electric machine (2),

moreover, at least two sensors (28) respectively include an antenna for outputting a high-frequency event signal from a high-frequency electromagnetic field of a rotating electric machine (2),

while the sensors (28) through a common, in particular reactive, communication element (36) are connected to a common HF evaluation device (38),

moreover, the common element (36) of the connection is configured to transmit a high-frequency event signal from at least one of the sensors (28) to a common HF device (38) for evaluating and for decoupling the low-frequency signal of the sensor,

different in that

common, in particular reactive, element (36) connection contains a transformer,

moreover, the transformer contains primary windings (40, 42, 44) and a secondary winding (46),

wherein each of at least two sensors (28) is respectively assigned a primary winding (40, 42, 44),

moreover, the secondary winding (46) is assigned to the evaluation device (38), and

wherein the primary windings (40, 42, 44) are respectively connected to the secondary winding (46).

2. Device (4) according to claim 1,

moreover, the transformer contains a magnetic core, in particular an annular ferrite core.

3. Device (4) according to claim 1 or 2,

moreover, the primary and secondary windings (40, 42, 44, 46) are arranged twisted with each other.

4. Device (4) according to any one of the previous paragraphs,

moreover, the sensors (28) are respectively connected to the NF evaluation device (48) for estimating the low-frequency signal of the sensor,

wherein the NF estimator (48) is configured to decouple the high frequency event signal.

5. Device (4) according to any of the previous paragraphs,

moreover, at least one of the sensors (28) is made as a temperature sensor.

6. Device (4) according to any of the previous paragraphs,

wherein the low frequency sensor signal and the high frequency event signal are differential signals.

7. Device (4) according to any of the previous paragraphs,

moreover, the sensors (28) can be individually connected to a common, in particular reactive, communication element (36).

8. Method for registering a high-frequency event signal in a rotating electric machine (2),

moreover, the sensors (28) are connected by means of a common, in particular reactive, communication element (36) to a common HF evaluation device (38),

moreover, a high-frequency event signal from at least one of the sensors (28) is transmitted through a common coupling element (36) to a common HF evaluation device (38) with isolation from the low-frequency signal of the sensor,

characterized in that

common, in particular reactive, communication element (36) is made as a transformer,

wherein the HF evaluation device (38) is assigned a secondary winding (46), and

9. The method according to claim 8,

wherein the primary and secondary windings (40, 42, 44, 46) are twisted together.

10. The method according to claim 8 or 9,

moreover, the sensors (28) are respectively connected to the NF evaluation device (48) to evaluate the low-frequency signal of the sensor,

wherein the NF estimator (48) is configured to provide decoupling of the high frequency event signal.

11. The method according to any one of paragraphs. 8-10,

wherein the low frequency sensor signal and the high frequency event signal are differentially transmitted.

12. The method according to any one of paragraphs. 8-11,

moreover, the sensors (28), respectively, are individually connected to a common, in particular reactive, communication element (36).

13. Control unit (54) with means for implementing the method according to any one of paragraphs. 8-12.

14. A rotating electric machine (2) with at least one device (4) for recording a high-frequency event signal according to any one of paragraphs. 1-7.