專利名稱：用于探測電機(jī)定子疊片組中的層間片短路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于探測電機(jī)、特別是大型發(fā)電機(jī)的定子疊片組中的層間片短路 的方法。特別涉及裝置和方法的改進(jìn)，在該方法中，定子疊片組經(jīng)受從外部施加的勵(lì)磁電流 或者激勵(lì)電壓，并且借助設(shè)置在機(jī)器間隙中并且探測該間隙的傳感器線圈來測出由短路電 流感應(yīng)引起的短路磁場。
背景技術(shù)：
大型發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通常在靜止?fàn)顟B(tài)下檢查片短路。為此有不同的方法可供使用。這些方法之一包括借助輔助線圈在電網(wǎng)頻率下將整個(gè)疊片體磁化并且測量定 子孔內(nèi)表面上的泄露磁場。該磁化以相對低的磁感應(yīng)值、典型地為正常工作感應(yīng)的大約 10%進(jìn)行。該已知測量方法也被以“低感應(yīng)片短路測量”的名稱公知，在英語地區(qū)名稱是 “ELCID”(Electromagnetic Core Imperfection Detector，電磁式定子鐵心缺陷探測儀)。例如在US 4996486中描述了一種這類型的方法。
背景技術(shù)：
是，借助輔助脈沖和在 其上施加的具有電網(wǎng)頻率的正弦形輔助電壓將定子疊片組磁化到工作感應(yīng)的大約十分之 一。該輔助電壓通常直接從電網(wǎng)電壓引出。然后用電拾波線圈掃過定子孔表面，其中，該拾 波線圈靠近疊片組表面。由于疊片組的層間短路而流動(dòng)的電流現(xiàn)在在拾波線圈中感應(yīng)出具有標(biāo)志性相位 和幅值的電壓?；跇?biāo)志性相位和振幅位可以區(qū)分具有片短路電流的地方和無片短路電流 的地方。因此可借助泄露磁場-拾波線圈來確定片短路的位置并且評價(jià)短路電流的大小。此外，在專利文獻(xiàn)US 6，903，556中介紹一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)以具有比電網(wǎng)頻率高的 頻率的磁化電壓工作。在所述方法中不利的是，解釋測量結(jié)果常常是困難的，因?yàn)橛善搪冯娏鞲袘?yīng)的 電壓大多是非常小的。特別是定子主磁場的強(qiáng)的泄露磁場或者例如由于短接的導(dǎo)體回路中 的感應(yīng)出的電流而產(chǎn)生的、有損耗的附加磁場可以遮蓋由故障位置引起的真正的短路電流 的作用，因此使探測困難。特別是對于小的、只有小電流并且只有小的磁作用的片故障是這種情況。特別是 在檢查液力發(fā)電機(jī)時(shí)出現(xiàn)干擾性附加磁場，如果為了檢查而沒有將轉(zhuǎn)子移走，使得各個(gè)極 施加磁作用。根據(jù)US 6，903，556可以提高測量的可靠性，其方式在于，定子以較高的頻率被磁 化。為此在磁化線圈上施加較高頻率的正弦交流電壓。然后根據(jù)“ELCID”測量法求得所謂 “磁位差”(MPD)。這些磁位差與影響穿過測量線圈的磁場的電流成正比。因?yàn)樵谳^高的頻 率下與在以較低頻率磁化的情況下相比只需要較小的磁化電流來引起通過故障位置的相 同短路電流，所以短路電流的相應(yīng)MPD分量與激勵(lì)電流的相應(yīng)分量之比與在頻率較低情況 下相比更大，即測量更準(zhǔn)確并且更敏感。在該測量法中不利的是，對于用于激勵(lì)電流的高頻 發(fā)生器需要附加花費(fèi)。此外不利的是，必須以定子感應(yīng)的精確調(diào)節(jié)的并且已知的或者測得的值來工作，因?yàn)闇y量結(jié)果要與絕對邊界值比較并且然后來評價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及低感應(yīng)測量法的改進(jìn)。因此本發(fā)明還基于這樣的主題提供一種改進(jìn) 的方法或者也提供一種附加的裝置，用于探測電機(jī)的定子疊片組中的層間片短路。在此特 別涉及一種方法的改進(jìn)，在該方法中，定子疊片組經(jīng)受從外部施加的激勵(lì)電流或者激勵(lì)電 壓，借助設(shè)置在機(jī)器間隙中并且掃描該間隙的傳感器線圈來測出由短路電流感應(yīng)出的短路 磁場。該方法的改進(jìn)由此實(shí)現(xiàn)使用具有明顯偏離正弦形的隨時(shí)間變化曲線的激勵(lì)電流 或者激勵(lì)電壓。在此將正弦形理解為一種形狀，該形狀基本上只由基頻下的正弦構(gòu)成。因 此，例如兩個(gè)各具有不同頻率(一個(gè)基頻和一個(gè)諧波)的正弦形的疊加也是明顯偏離正弦 形的隨時(shí)間變化曲線。新方法的基礎(chǔ)是該認(rèn)識一個(gè)非正弦的或者非余弦的輸入信號在數(shù)學(xué)上可以被描 述為正弦形信號分量的和(傅立葉級數(shù))。這些其它信號分量在周期性信號情況下被設(shè)置 在基頻的多倍處，它們被稱作為諧波、單諧波或者諧音(Obertoene)。新方法的另一基礎(chǔ)是該認(rèn)識根據(jù)系統(tǒng)理論，一個(gè)線性系統(tǒng)這樣響應(yīng)輸入信號 使得其輸出信號又可以剛好被劃分為這些諧波的單個(gè)分量，其中，存在所定義的傳遞函數(shù) (Uebertragungsfunktion) 0該函數(shù)描述輸入諧波和對應(yīng)的輸出諧波之間的相位關(guān)系和振 幅關(guān)系，其中，各個(gè)諧波在線性近似中不相互影響。此外基于這樣的認(rèn)識片短路的電路直到一定的極限頻率初始是電阻性的。這意 味著，該電路中的短路電流很接近只取決于激勵(lì)電壓，而很少受到激勵(lì)頻率的影響。激勵(lì)信 號的單諧波也是這種情況。但激勵(lì)電流自身在頻率增加的情況下近似線性地減小。這些關(guān) 聯(lián)被用于識別片短路。此外另一基礎(chǔ)是該知識發(fā)電機(jī)由于其鐵心疊裝而直到大約2kHz的中等頻率仍 相對低損失地工作，即作為好的變壓器工作。這意味著，一方面，激勵(lì)電流直到較高頻率、即 較高次諧波線性地變小，另一方面，由片短路電流在測量探頭中感應(yīng)的電壓“有效電壓”隨 著頻率線性上升。因此，五次諧波例如僅需要基本諧波的電流的1/25，以產(chǎn)生相同的有效電 壓。換句話說，本發(fā)明的核心是沒有預(yù)期到的知識使用具有曲線走向的激勵(lì)電流或 者激勵(lì)電壓可以特別好地用于所提出的方法，該曲線走向具有基本的諧波分量，即非正弦 形的。在此，較高諧波分量雖然在激勵(lì)譜中對于增大的頻率具有減小的振幅，但由于在測量 探頭中感應(yīng)電壓的相反特性而可用于片短路的測量，用于最優(yōu)地識別片短路，而不必產(chǎn)生 明確地通過特定的頻率發(fā)生器產(chǎn)生高頻率。相應(yīng)地，本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施形式的特點(diǎn)在于，激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的時(shí)間變 化曲線是具有明顯較高諧波的周期性變化曲線。這樣周期性變化曲線能夠作為傅立葉級數(shù) 展開，這就是說，激勵(lì)信號可以分解為具有該周期性信號的基頻的整數(shù)多倍頻率(諧波)的 一些正弦形分量的線性組合。在本發(fā)明范圍內(nèi)，原則上激勵(lì)電壓或者激勵(lì)電流的一種形式 是有利的，該形式具有基本分量，也就是說在這些諧波下的基本振幅。優(yōu)選二次到十次諧波 的振幅在數(shù)量級上應(yīng)位于基本諧波的范圍內(nèi)，例如在10%到300%的范圍內(nèi)。例如優(yōu)選一個(gè)信號，在該信號下諧波的振幅基本上隨著頻率增大而線性地、指數(shù)地或者近似線性地減優(yōu)選激勵(lì)電流或者激流電壓的時(shí)間變化曲線是梯形函數(shù)、鋸齒形函數(shù)、矩形函數(shù) 或者修正的矩形函數(shù)。如從傅立葉理論已知，特別是具有銳棱邊的函數(shù)支配基本諧音。相 應(yīng)地，一種優(yōu)選的形式例如是，激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的時(shí)間變化曲線是具有相同長度的 正區(qū)段和負(fù)區(qū)段的對稱矩形函數(shù)，沒有其它區(qū)段，例如零區(qū)段。本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的特點(diǎn)在于，激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的時(shí)間上的周期性變 化曲線具有10-500HZ范圍內(nèi)、特別優(yōu)選40-100HZ范圍內(nèi)的基頻。典型地使用50Hz或者 60Hz的電網(wǎng)頻率。為了避免測試中的干擾，證明有利的是，該周期性變化曲線的基頻與為激 勵(lì)所使用的電網(wǎng)電壓同步。本發(fā)明的另一實(shí)施例的特點(diǎn)在于，基于相位角進(jìn)行測量和求值，該相位角被定義 為激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的各個(gè)諧波的輸出相位角和輸入相位角之間的差。即優(yōu)選可以針 對每個(gè)諧波對傳遞函數(shù)(的變化)求值，具體說在振幅以及相位方面。在此，相位角與頻率 之間的基本線性的關(guān)聯(lián)可以被用于識別片短路。另一優(yōu)選實(shí)施例的特點(diǎn)在于，為了識別片短路，借助傅立葉變換對被接收在傳感 器線圈中的信號進(jìn)行譜分析。在此優(yōu)選將不同諧波的相位譜用于識別片短路。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，首先在測量之前或者在此后借助安置在鉆孔表面的導(dǎo)體回 線以及流經(jīng)該回線的、已知大小的校準(zhǔn)電流來校準(zhǔn)測量裝置，該校準(zhǔn)電流基本上包含與真 正的測量期間的激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的時(shí)間變化曲線相同的諧波，其中，特別優(yōu)選，在校 準(zhǔn)時(shí)使用與測量時(shí)相同的時(shí)間變化曲線。為了識別片短路優(yōu)選可以實(shí)施組合的電流-電壓分析，優(yōu)選考慮根據(jù)頻率增高而 特別是下降的相位角。上面描述了激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的周期性變化曲線的應(yīng)用。但也可進(jìn)行非周期 性的激勵(lì)。如此例如根據(jù)另一實(shí)施方式，其中分別對于一個(gè)確定位置上的一次測量基本上 施加一個(gè)唯一的脈沖，特別是優(yōu)選矩形脈沖，作為激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓的時(shí)間變化曲線， 或者施加相互獨(dú)立地求值并且其結(jié)果被平均的脈沖的序列。片短路的測量和求出則可以基于各個(gè)諧波中的相位和振幅進(jìn)行。為此可以借助傅 立葉分析來分析諧波的相位和振幅。在此優(yōu)選如此進(jìn)行將多個(gè)諧波的相位角的局部同時(shí) 變化評價(jià)為對片短路的提示。同樣可以將相位角變化和諧波頻率之間的基本上線性的關(guān)聯(lián)評價(jià)為對片短路的 提示。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施如上所述的方法的裝置。該裝置優(yōu)選特征在于，設(shè)置 有傳感器線圈，以及用于在疊片組中產(chǎn)生激勵(lì)電壓或者激勵(lì)電流的激勵(lì)裝置，其中，附加地 設(shè)置用于控制激勵(lì)裝置的頻率發(fā)生器，該頻率發(fā)生器被設(shè)計(jì)用于以具有明顯偏離正弦形 的時(shí)間變化曲線的激勵(lì)電流或者激勵(lì)電壓控制激勵(lì)裝置。這樣的裝置可以優(yōu)選特點(diǎn)在于，該頻率發(fā)生器是全電橋。為了激勵(lì)可以優(yōu)選使用激勵(lì)線圈，必要時(shí)與激勵(lì)軛組合。本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中描述。


下面根據(jù)與附圖關(guān)聯(lián)的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖示出圖1穿過定子疊片組的縱剖面；圖2穿過定子疊片組的橫剖面；圖3不同頻率條件下的矢量圖；圖4用于產(chǎn)生激勵(lì)電壓的全橋；圖5不同的脈沖序列形式，其中，在a)中示出周期性對稱矩形函數(shù)，在b)中示出 修正的矩形函數(shù)并且在c)中示出鋸齒形函數(shù)；圖6具有局部激勵(lì)的情況的橫剖面；圖7測量線圈和激勵(lì)線圈分開布置的情況的橫剖面。
具體實(shí)施例方式如開頭已經(jīng)解釋的那樣，又如常見的ELCID方法一樣，該新式方法以低感應(yīng)激勵(lì) 和用于測量泄露磁場的測量線圈工作。但其特點(diǎn)特別在于，該定子用非正弦形的(或者發(fā) 生相位移的余弦形的)激勵(lì)電壓信號變化曲線來磁化。典型地，尤其根據(jù)本發(fā)明，使用例如矩形的、梯形的、鋸齒形的或者一般脈沖形的 激勵(lì)電壓。該激勵(lì)電壓的周期P可以相當(dāng)于電網(wǎng)電壓的周期，或者也可以與此不同，例如更 小。也可以使用非周期的電壓形式，例如單脈沖，用于激勵(lì)。 在此一般性地將矩形的激勵(lì)電壓V (也參見圖5a)理解為一種變化曲線，對于該變 化曲線有V(t) = +x,0 ^ t < ρ/2 ；V(t) = -χ, ρ/2 彡 t < ρ，將梯形的或者三角形的激勵(lì)電壓V(也參見圖5c)例如理解為一種變化曲線，對于 該變化曲線有V(t) = 4Xt/p,0 ^ t < ρ/4 ；V(t) = 4X (1/2-1/p)，p/4 彡 t < 3/p/4 ；V(t) = 4 X (t/p-3/4)，3p/4 彡 t < ρ(也可是對稱分布等)；對于鋸齒形的激勵(lì)電壓V例如理解為一種變化曲線，對于該變化曲線有V(t) = 2Χ (l/2-l/p)，0 彡 t < ρ。也可是這些函數(shù)的普遍化形式，例如具有零區(qū)段c的矩形函數(shù)(參見圖5b)。同樣也可以是上面給出的變化曲線或者形式的混合形式，這些混合形式只基本上 相當(dāng)于上面所給出的列出數(shù)學(xué)公式的變化曲線(為了技術(shù)上實(shí)現(xiàn)而修圓的側(cè)邊沿)。非正弦形的電壓V(t)能夠以相對簡單的手段產(chǎn)生，例如通過簡單地在正電平和 負(fù)電平之間轉(zhuǎn)換。這使得能夠構(gòu)造輕便的、耐用的并且可靠的激勵(lì)裝置。此外新方法的特點(diǎn)在于，由測量線圈產(chǎn)生的信號的諧波主波以及諧波高次波(諧 波)被求值。該求值典型地以測量信號的以及激勵(lì)信號的諧波分析的形式進(jìn)行。各個(gè)諧波 的相位信息和振幅信息被用于探測層間短路。在此，該諧波分析利用傅立葉變換手段，例如 “快速傅立葉變換/FFT”算法。
但該求值也可以在時(shí)間域中進(jìn)行，其中，然后評價(jià)測量電壓與激勵(lì)電壓相比較的 曲線形式特征性變化。新方法的特點(diǎn)優(yōu)選還在于，傳遞函數(shù)、即激勵(lì)信號和測量信號之間的變換函數(shù)在 擴(kuò)大的頻率區(qū)域內(nèi)也被用于可靠地識別片短路。在靈敏度良好情況下激勵(lì)功率需求小可被稱為特別的優(yōu)點(diǎn)。特別是，脈沖形的激 勵(lì)一方面允許對于縱向電壓在數(shù)量級方面深入到正常運(yùn)行電壓/運(yùn)行感應(yīng)的區(qū)域中。另一方面可以構(gòu)造小的手持(hand held)裝置，這些手持裝置允許在難以靠近的 位置處測量。如已在開頭描述的，新方法的基礎(chǔ)在于該認(rèn)識非正弦形的(周期性)輸入信號在 數(shù)學(xué)上可以描述為一些正弦形信號分量的和(在周期性信號情況下為傅立葉級數(shù)，在非周 期性信號情況下為傅立葉譜)，并且，線性系統(tǒng)(并且這里要分析的系統(tǒng)基本上作為線性系 統(tǒng)來響應(yīng))如此響應(yīng)輸入信號使得該系統(tǒng)的輸出信號又可被恰好劃分為這些諧波單個(gè)分 量，其中存在所確定的傳遞函數(shù)。該函數(shù)描述輸入諧波和對應(yīng)的輸出諧波(在周期性信號 情況下基頻的整數(shù)多倍時(shí)的部分)之間的相位關(guān)系和振幅關(guān)系，其中，在被視為線性的系 統(tǒng)中單個(gè)諧波不相互影響。此外，基礎(chǔ)是該認(rèn)識片短路的電路直到一定的極限頻率基本上是電阻性的。這意 味著，在回路中的短路電流很接近只取決于激勵(lì)電壓，而只很小地受激勵(lì)頻率影響。激勵(lì)信 號的單個(gè)諧波也是這種情況。相反，激勵(lì)電流本身在頻率增高時(shí)近似線性地減小。這種關(guān) 聯(lián)被用于識別片短路。此外另一基礎(chǔ)是該認(rèn)識發(fā)電機(jī)由于其鐵芯疊裝而直到約2kHz的中等頻率仍然 相對低損失地、即作為好的變壓器工作。這意味著一方面，激勵(lì)電流直到較高頻率、即較高 諧波在振幅上基本線性地減小，另一方面，“有效電壓”隨著頻率基本上線性上升，該有效電 壓是由片短路電流在測量探頭中感應(yīng)出的電壓。因此，五次諧波例如需要基本諧波的電流 的僅1/25，以產(chǎn)生相同的有效電壓。為了用圖說明一般性測量法，圖1以橫剖面3示出傳感器線圈Sl并以縱剖面(沿 轉(zhuǎn)子軸線1)示出疊片組4，片平面位于圖示平面的法向上。傳感器線圈S 1在疊片組4的 上方設(shè)置在機(jī)器的間隙中。在疊片組4中，由于所施加的周期性激勵(lì)電流2，在片短路時(shí)感 應(yīng)出短路電流5。圖2示出相同的布置，但以相對于轉(zhuǎn)子軸線1的橫剖面示出。根據(jù)該圖看出，在片 短路時(shí)短路電流如何在周邊區(qū)域、即在到間隙的過渡部上感應(yīng)出磁場Bs，該磁場如何接著 在線圈Sl中感應(yīng)一信號。此外從該圖中看出，激勵(lì)電流2如何在疊片組4中產(chǎn)生磁場Bp圖3示出電流和電壓的矢量圖。該圖示出在傳感器線圈Sl中感應(yīng)的測量電壓U_ OUT(有片短路時(shí)的測量電壓)的矢量劃分。該電壓υ_ουτ可以劃分成三個(gè)主分量一個(gè)分量直接由激勵(lì)電流或者由與該激勵(lì)電流相關(guān)的場感應(yīng)產(chǎn)生(UMl)，另一個(gè) 分量(UM2)通過定子主場的泄露磁場產(chǎn)生，第三分量(UM3)由短路電流的場感應(yīng)產(chǎn)生。關(guān)于頻率相關(guān)性可以很接近地說-直接由激勵(lì)電流感應(yīng)的UMl隨著頻率的上升基本保持不變。UMl直接與激勵(lì)電 流和頻率成比例(無負(fù)載的測量線圈，即電壓測量線圈)。雖然電壓隨著頻率線性上升，但 激勵(lì)電流線性地下降；因此UMl基本上保持不變。為了看得清楚，在圖3中將矢量描述為與
8頻率無關(guān)。-UM2在激勵(lì)電壓不變的情況下也基本上保持不變。-UM3基本上隨著頻率線性地上升。原因在于，片短路電路中的短路電流在激勵(lì)電 壓不變的情況下近似保持不變并且測量線圈近似無負(fù)載地作為電壓測量線圈運(yùn)行，即它測 量電流或者說場流的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。出于完整性，輸入激勵(lì)電壓被描述為U_IN，由兩個(gè)分量組成，即U_mi和U_IN2。相應(yīng)地，對于沒有片短路的情況得到測量電壓U_0UT'，該測量電壓在振幅方面、 但特別是在相位P方面與υ_ουτ不同。對于較高的諧波，即較高的頻率，產(chǎn)生用合成的U_0UT"描述的情況。單從該矢量圖中已可看到，恰恰是在基頻(U_0UT)下的和在較高頻率(例如雙頻 率時(shí)的一次諧波)下的測量之間的比較不僅在振幅方面、而且特別是在相位方面很強(qiáng)地突 顯出片短路，相應(yīng)地能夠明確識別片短路。綜上所述這意味著，各個(gè)諧波按照輸出電壓諧波分析在其矢量描述中主要在分量 UM3上不同，如果對振幅進(jìn)行與輸入諧波相關(guān)的歸一化，即，如果將各個(gè)輸入矢量的量值相 互適應(yīng)(angleichen)?，F(xiàn)在該認(rèn)識允許下面的求值方法或者為該求值方法使用的裝置-以非正弦形輸入電壓、例如具有電網(wǎng)周期和矩形脈沖的周期性脈沖序列(或者 其它的、上面說明的脈沖序列或者形式)激勵(lì)定子芯。優(yōu)選使脈沖與電網(wǎng)電壓同步，以便避 免測量時(shí)的干擾。脈沖序列的周期也可以與電網(wǎng)周期不同，例如只有電網(wǎng)周期的三分之一。為了產(chǎn)生激勵(lì)電壓有利地使用裝備有開關(guān)的功率級。圖4中示例性示出一個(gè)這樣 的裝置，在這里，電網(wǎng)電壓8首先在整流器中整流并且緊接著通過可控的、全橋形式的開關(guān) 元件10轉(zhuǎn)換成所希望的激勵(lì)電壓V的形式，該激勵(lì)電壓然后施加到激勵(lì)線圈6上。附加地 設(shè)有控制部分9，該控制部分允許進(jìn)行與電網(wǎng)電壓8的電網(wǎng)頻率的同步7。該功率級也可以 以非常高的轉(zhuǎn)換頻率工作，其中，所希望的輸出電壓如通常那樣借助脈沖寬度調(diào)制或者脈 沖頻率調(diào)制產(chǎn)生。圖5示出不同的脈沖形式，如前面已經(jīng)討論過的那樣。一方面圖5a)中 的矩形函數(shù)具有周期P和振幅+/-χ。這里描述的矩形函數(shù)是對稱的。但也可考慮非對稱的 形式以及例如周期不是恒定而是逐漸增大或者減小(swe印，掃頻)的形式，并且一般性地 可考慮具有頻率調(diào)制的形式。在圖5b)中示出一般化的矩形函數(shù)，在這里該變化曲線除了分別包括一個(gè)正區(qū)段 a和一個(gè)負(fù)區(qū)段b外還附加地包括一個(gè)零區(qū)段C。混合形式和變型同樣是可行的，如果在這 種信號中存在基本的并且可按照本發(fā)明求值的諧波，總是有意義的。在圖5c)中示出三角形函數(shù)，該三角形函數(shù)也可以變形，在可能的極限情況下直 到成鋸齒形函數(shù)。_各個(gè)諧波的輸出相位角和輸入相位角之間的差的相位角的測量和求值在片短 路的位置處，各個(gè)諧波的相位角線性地隨著頻率上升。例如五次諧波(例如在50Hz基頻情 況下250Hz)的相位角大致具有基本諧波的相位角的五倍的值。在沒有片短路的位置處，各 個(gè)諧波的相位角相互略微不同。恰好是相位角與頻率之間的這種近似線性關(guān)聯(lián)可以被用于 識別片短路。為此有利地使用FFT譜分析的通常的相位圖(相位譜)。有利地使用一個(gè)電 壓作為用于測量和計(jì)算相位角的參考電壓，該電壓直接從芯感應(yīng)中導(dǎo)出，例如借助圍繞定 子芯并且通過孔放置的測量回線。
_作為“走勢”描述各個(gè)諧波的相位角，例如在一個(gè)唯一的圖中，作為相互疊置的線 系，取決于測量線圈的軸向位置。為此在測量時(shí)如通常那樣使探頭沿著疊片組的內(nèi)表面在 軸向上運(yùn)動(dòng)。-極坐標(biāo)中描述諧波的各個(gè)矢量-按照數(shù)值和相位角的曲線圖，其中也描述了多 個(gè)被接受在不同位置上的測量點(diǎn)。有利地又實(shí)施振幅歸一化，即各個(gè)矢量的長度通過合適 的乘法相互適應(yīng)。為了求值還可以將諧波的矢量通過旋轉(zhuǎn)相互疊置。_借助安置在鉆孔表面上的導(dǎo)體回線和已知大小的、流過該回線的校準(zhǔn)電流校準(zhǔn) 測量裝置，該校準(zhǔn)電流包含相應(yīng)的諧波，例如使用近似三角形的校準(zhǔn)電流。該校準(zhǔn)電流有利 地與磁化信號同步。在校準(zhǔn)時(shí)確定，在校準(zhǔn)電流諧波的振幅和與無校準(zhǔn)電流地測量時(shí)相比 的相位差的大小之間存在什么關(guān)系。即測量，校準(zhǔn)電流引起什么樣的相位畸變。_在時(shí)間域中對測量信號求值在時(shí)間域中也可以基于測量線圈與片短路電路的 不同作用來區(qū)別有片短路的位置和沒有片短路的位置。例如三角形脈沖序列或者斜坡脈沖 序列(翻轉(zhuǎn)的鋸齒)作為激勵(lì)電壓引起在過零點(diǎn)處在時(shí)間上稍微超前于激勵(lì)電壓的測量電 壓，因?yàn)楝F(xiàn)在存在斜坡脈沖序列，該斜坡脈沖序列與矩形信號疊加等。_激勵(lì)也可以只局部地進(jìn)行。為此根據(jù)圖6例如在(空氣)測量線圈Sl上方設(shè)置 鐵軛14，該鐵軛弓形地包握測量線圈Si。測量線圈Sl也可以與激勵(lì)線圈6同軸地卷繞在 軛14上，或者可以使測量線圈和激勵(lì)線圈6構(gòu)造成一個(gè)唯一的線圈。在一個(gè)唯一的線圈的 情況下，該線圈同時(shí)用作測量線圈和激勵(lì)線圈，必須優(yōu)選實(shí)施組合的電流-電壓分析。在該 情況下片短路的特點(diǎn)是附加損失，該附加損失在諧波的頻率增高和振幅歸一化的情況下近 似保持不變，即各個(gè)諧波的輸入電壓和輸入電流之間的相位角與沒有缺陷的位置處的相應(yīng) 相位角相比隨著頻率增高而下降。激勵(lì)電流的振幅當(dāng)然隨著頻率增高而下降。為了導(dǎo)磁地 連接到定子鐵心上可以使用例如由嵌入在塑料中的鐵氧體材料制成的導(dǎo)磁卷。根據(jù)圖7將帶有激勵(lì)線圈6的較寬激勵(lì)軛14與窄的測量線圈Sl分開布置具有的 優(yōu)點(diǎn)是，借助相對窄的測量線圈能夠更好定位故障?？傊軌虼_定下面的一般性優(yōu)點(diǎn)或者單個(gè)地或組合地具有發(fā)明實(shí)質(zhì)的特征-為了定子芯的磁激勵(lì)使用非正弦形的激勵(lì)電壓；-該電壓可以是周期性的脈沖序列或者可以由非周期性的脈沖組成；-使用測量電壓的單個(gè)諧波的相位和振幅來探測片短路；-借助傅立葉分析確定諧波的相位和振幅；-優(yōu)選利用相位譜來求出片短路；-將多個(gè)諧波的相位角的局部同時(shí)變化評價(jià)為對片短路的提示；-將諧波的頻率和相位角變化之間的近似線性的關(guān)聯(lián)評價(jià)為對片短路的提示；-使用電全橋來產(chǎn)生激勵(lì)電壓；-該激勵(lì)局部地借助激勵(lì)軛進(jìn)行；-該激勵(lì)脈沖形地借助運(yùn)行縱向電壓范圍內(nèi)的縱向電壓進(jìn)行。附圖標(biāo)記1轉(zhuǎn)子軸線方向2激勵(lì)電流3傳感器線圈的橫剖面
10
4定子中的疊片組5短路電流6激勵(lì)線圈7 同步8電網(wǎng)電壓9控制裝置10半導(dǎo)體開關(guān)元件11整流器12變流器13激勵(lì)線圈和傳感器14激勵(lì)軛Sl傳感器線圈Bs通過5的周邊延伸感應(yīng)的磁場B #在疊片組中感應(yīng)的磁場φ相位角UMl被激勵(lì)電流感應(yīng)的分量UM2通過定子主場的泄露磁場感應(yīng)的分量UM3通過短路電流的場Bs感應(yīng)的分量U_0UT在傳感器線圈中感應(yīng)的測量電壓U_0UT'沒有片故障情況下的U_0UTU_0UT ‘‘較高頻率情況下的U_0UTU_IN輸入激勵(lì)電壓I_IN激勵(lì)電流，也以附圖標(biāo)記2標(biāo)記UJN1 U_IN的分量，電壓感應(yīng)鐵芯(芯損失渦流，反復(fù)磁化等)U_IN2 U_IN的分量，電壓部分歐姆電纜損失和泄露磁場V施加在激勵(lì)線圈上的激勵(lì)電壓ρ V的周期a V的正區(qū)段b V的負(fù)區(qū)段c V的中性區(qū)段
權(quán)利要求
用于探測電機(jī)的定子疊片組(4)中的層間片短路的方法，其中，該定子疊片組(4)承受從外部施加的勵(lì)磁電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)，并且，借助設(shè)置在機(jī)器間隙中并且掃描該間隙的傳感器線圈(S1)來測出通過短路電流(5)感應(yīng)的短路磁場(B短)，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)具有明顯不同于正弦形的時(shí)間變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述時(shí)間變 化曲線是具有明顯較高諧波的周期性變化曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述時(shí)間變 化曲線是具有明顯較高諧波的非周期性變化曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述時(shí)間變 化曲線是非周期性脈沖函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，如此選擇激勵(lì)電流使得至少短期達(dá) 到運(yùn)行縱向電壓。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述 時(shí)間變化曲線是鋸齒形函數(shù)、矩形函數(shù)或者修正的矩形函數(shù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述 時(shí)間變化曲線是具有相同長度的正區(qū)段(a)和負(fù)區(qū)段(b)的對稱矩形函數(shù)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的所述 時(shí)間變化曲線具有在10-500HZ范圍內(nèi)、特別是優(yōu)選在40-100HZ范圍內(nèi)的基頻。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，該基頻與為激勵(lì)所使用的電網(wǎng)電壓同步。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，測量和求值基于相位角(phi)進(jìn)行， 該相位角被定義為激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的單個(gè)諧波的輸出相位角與輸入相位角 之間的差。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，使用相位角與頻率之間的基本上線性的關(guān) 聯(lián)來識別片短路。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，為了識別片短路，對被接收在傳感器 線圈中的信號借助傅立葉變換進(jìn)行譜分析，其中，特別優(yōu)選使用不同諧波的相位譜來識別 片短路。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，借助安置在鉆孔表面上的導(dǎo)體回線和 流過該回線的已知大小的校準(zhǔn)電流來校準(zhǔn)測量裝置，該校準(zhǔn)電流基本上包含與真正的測量 期間的激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的時(shí)間變化曲線相同的諧波，其中，特別優(yōu)選在校準(zhǔn) 時(shí)使用與測量時(shí)相同的時(shí)間變化曲線。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，為了識別片短路實(shí)施組合的電流-電 壓分析，優(yōu)選考慮與頻率增高相關(guān)特別是下降的相位角。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，對于一個(gè)確定位置上的一次測量基本上各施 加一個(gè)唯一的脈沖，特別是優(yōu)選一個(gè)矩形脈沖作為激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)的變化 曲線，或者施加一序列相互獨(dú)立地求值并且在結(jié)果上平均的脈沖。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，測量和求出片短路基于單個(gè)諧波中的 相位和振幅被使用。
17.
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，借助傅立葉分析來分析所述諧波的相位和振幅。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，多個(gè)諧波的相位角的局部同時(shí)變化被 評價(jià)為對片短路的提示。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，諧波的相位角變化和頻率之間的基本 線性的關(guān)聯(lián)被評價(jià)為對片短路的提示。
21.用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法的裝置，其特征在于，設(shè)置有傳感器線圈以 及用于在疊片組(4)中產(chǎn)生激勵(lì)電壓或者激勵(lì)電流的激勵(lì)裝置，其中，附加地設(shè)置用于控 制激勵(lì)裝置的頻率發(fā)生器，該頻率發(fā)生器被設(shè)計(jì)用于用具有明顯不同于正弦形的時(shí)間變 化曲線的激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)來控制該激勵(lì)裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，所述頻率發(fā)生器是電的全橋。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的方法，其特征在于，為了激勵(lì)使用一激勵(lì)線圈(6)，必要時(shí) 組合一激勵(lì)軛(4)。
全文摘要
描述了一種用于探測電機(jī)的定子疊片組(4)中的層間片短路的方法和裝置，其中，該定子疊片組(4)承受從外部施加的勵(lì)磁電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)，并且，借助設(shè)置在機(jī)器間隙中并且掃描該間隙的傳感器線圈(S1)測出該被短路電流(5)感應(yīng)的短路磁場(B短)。能夠更好地識別片短路，尤其是也能識別具有小短路電流的小的片短路，其方式是，施加激勵(lì)電流(2)或者激勵(lì)電壓(V)，它們具有明顯不同于正弦形的時(shí)間變化曲線，該變化曲線具有周期性特征和高頻范圍內(nèi)的主要諧波部分。例如提出矩形曲線形的時(shí)間變化曲線。
文檔編號G01R31/34GK101932948SQ200880126171
公開日2010年12月29日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
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