检测电机中电刷打火和电火花腐蚀的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及到电机中电火花活动的检测方法与装置。测量轴电压（Ｕｓ（ｔ））和／或轴电流（Ｉｓ（ｔ））并分析其特性分量以便对火花活动进行检测。本发明专利技术的方法，其利用大部分被认为是有害的各个轴电流，它对电火花活动诸如电火花，电火花腐蚀以及轴承部件间火花放电的长期监测来说准确而适宜。使用现有的接地装置能够以结构简单可靠的方式实施本方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到电机中电火花活动，特别是电刷火花和例如这种情况下出现在集流环上的电火花腐蚀，和/或轴承部件间火花击穿如轴腐蚀火花等的检测方法与装置。
技术介绍
电机中的电火花活动，例如在发电机中激励电流通过的集流环上以电刷打火形式出现的电火花活动，或以轴承部件间火花击穿形式出现的电火花活动，其通常极为危险，因为存在电火花腐蚀的危险。这种电火花活动导致了集流环的磨损加快，这样就可能过早地损坏触头，因此可能过早地损坏激励电场乃至整个电机。轴承的电火花腐蚀造成轴承的损坏并引起与无噪运转和磨损等相关的诸多问题。因此，重点需要及时地监测与鉴别电机中的电火花活动，以便一旦出现这种有害活动时能够作出快速反应，或者甚至在有害电火花活动出现之前就可能借助长期监测能够实施恰当的步骤。举例来说，US3,653,019，US4,058,804，US4,163,227和US4,451,786说明了监测电刷打火的方法和测试设备。在这些设备中，监测信号直接在电刷处引出。这些文件的主要目的是将由电刷打火所引起的(有用)信号与(干扰)信号加以区别。为了观测这些信号，必须按照这些文件在电刷上设置特定的引出点。在这方面，应当特别参照例如US4,058,804，其图2A详细地表示出在这方面相关的典型信号以及有用信号和干扰信号的组合。干扰信号在这种情况下为从静态励磁装置产生的干扰信号以及与有用信号相同频率范围内所出现的干扰信号。这样，所谓的“选通”方法基本上是用来抑制干扰信号，也就是说，在这种方法中，使用能够逐一鉴别周期性出现的干扰信号尖峰以便防止干扰信号到达检测级(消隐)或只是在出现干扰信号后的某一特定时间之后打开实际观测窗(以防止检测与干扰信号相关联的瞬时扰动)。此外，应当引用US4,577,151，其中通过为这一用途而必须专门设置的天线装置来检测电刷打火。在这种情况下，天线安排在集流环附近。将由天线所接收的射频信号传送到射频放大器，进行解调，然后传送到检测器，在检测器中进行分析找出表征电刷打火的分量。这个文件还涉及到一个比较老的系统，其中使用照相机来记录电火花闪光。根据现有技术的电火花活动检测装置，其缺点是，输出技术意味着必须安装电刷所特有的耦合装置(例如高可靠性电容)以及相应的输出线路。使用天线还要求设置专门的部件，其还必须以适当的方式安装。与用来抑制干扰信号的“选通”相连带的一个问题是在干扰消隐期间不能进行测量。这个时间可能占可用总时间的很大一部分。
技术实现思路
本专利技术以提供检测电机中电火花活动的方法和装置为目的，该装置高度灵敏同时结构简单，并可以以低成本生产。通过测量和分析轴电压和/或轴电流以检测电火花活动来达到本专利技术这一目的。例如，如在文件EP-A1-0 271 678以及其后的文件DE-A1-197 42622中所述，轴电压和轴电流可能出现在发电机的传动轴上，发电机通常是燃气轮机机组的一部分，由于各种原因，其频谱从直流直至与发电机转动频率相关的频率或者至发动机静态励磁系统的频率。由于发电机轴周边区域中的磁不平衡，发电机轴上的静电电荷，通过电容耦合将轴电压输入到发电机轴的外部电场，或转动轴中的剩磁以及(因生产而产生的)转动轴中的剩余磁化都能够产生轴电压和轴电流。从根本上说，轴电压和轴电流代表着对发电机各部件所造成的一种危险，如果不把它们减低到可容许的水平，其就能够造成发电机的损坏。为此，在过去已经对发电机轴采取了专门的预防措施，例如在发电机的外驱动端设置绝缘间隙以及通过驱动端的电刷将发电机轴接至地电位。为了减低这些电刷上的负荷，已经建议借助滑动触头并通过电容将发电机轴AC耦合到外驱动端的地电位。不过，轴电压和轴电流还可以用来监测使用轴接地时的功能可靠性和稳定性。最初曾引用的文件EP-A1-0 271 678在这方面详细说明了一种监测评估电路，该电路通过接入与耗散电容并联的电阻在发电机的外驱动端建立了一个直流通路并评估了流过这一通路电流中电机所特有的频率分量。RC组合在轴与地电位间形成一个可靠链路，这不仅减低了静电电荷而且把低频和较高频电压降低至对轴承来说是安全的水平，同时把轴承中的任何电流都限制在安全数值。并联电阻的插入甚至形成了驱动端电阻性接地的冗余。另一建议(DE-A1-197 42 622)涉及到流过发电机轴驱动端接地段的轴电流的测量以及该轴电流频率的确定，据此就可以推断出轴电流的成因。然而，本专利技术的本质在于其显示出轴电流和/或轴电压不仅包含根据EP-A1-0 271 268涉及轴接地适用性和功能可靠性的上述信息，而且包含根据还必须引证的EP-A2-0 391181关于转子线圈短路的信息，同时这些信号还包含关于电机中电火花流动的信息。因此可能省去专门为测量这种电火花活动而必须设置的常规装置并使用可能业已存在的接地装置来测量轴电压和/或轴电流以监测适用性和转子线圈短路，以及利用以这种方式所得到的数据来得出关于电机中电火花活动的结论。这样轴电流和/或轴电压的测量就是为确定这种电火花活动的一种适合于长期观测的灵敏方法。从根本上说，这种方法所带来的优点是能够测量轴上的所有电火花活动(轴电火花)例如通过轴承架的放电，因而不只是能够测量仅一种特定类型的电火花活动。根据本专利技术方法的第一种优选实施方案，电火花活动为电刷打火，也就是说集流环上的电火花和/或轴承部件间的火花击穿，特别是轴腐蚀电火花。在这种情况下，不只是能够测定特定形式电火花活动的存在而且能确定这一活动的时序和强度。这样，对轴电压和/或轴电流的分析来说尤其可取的是测量并记录信号随时间的变化以及分析其随时间的变化。根据另一优选实施方案，通过在轴上第一点设置低阻抗接地和在轴上第二点设置高阻抗RC组件来测量轴电压和/或轴电流，通过该RC组件将轴电压和/或轴电流引出并在分析设备中对其进行分析。此外，为了能够确定电火花活动沿轴的位置，除了通过RC组件测量轴电压和/或轴电流以外，最好还能够通过低阻抗接地引出轴电压和/或轴电流并在分析设备中对其进行分析。由于因电火花活动所引起的大多数信号其频率范围至少在500kHz以上，通常甚至在700kHz以上或甚至在1MHz以上的信号，故可以使将要提供给分析设备的上述信号，或可能是两个或多个信号在分析前通过一个信号滤波器(高通滤波器)而把与电火花活动无关的其他信号去掉。这个滤波器最好是可变、脉冲波前陡峭的带通滤波器，尤其最好是其通带宽度约在500kHz，而且其中频可调谐到500kHz-50MHz。在这种情况下，最好对合成信号(电压或电流)进行其所含频率调制和/或幅度调制的研究。这样最好是在用与电源周期或与轴转动同步(相分辨测量)的载波频率对信号进行解调或下行混合之后再对信号进行分析。这样就能够对励磁电刷链路上的转动同步振痕或测量参考点进行检测。根据又一优选实施方案，轴电压和/或轴电流的测量与相位终端的局部放电测量相对等。这就使得关于电火花活动情况的标准分析，特别是关于电火花活动的定位得以简化。因而可以很容易得出相位终端的活动与电火花活动之间的因果关系，并且能够把因定子流组中局部放电而引起的脉冲与轴上的电火花活动予以区别，或者是补充局部放电的测量结果。根据另外一个优选实施方案，在信号通过如上所述的高通滤波器之后，对信号进行采样和数字化。然后，要本文档来自技高网...

【技术保护点】
电机中电火花活动的检测方法，其特征在于对轴电压（Ｕｓ（ｔ））和／或轴电流（Ｉｓ（ｔ））进行测量和分析以检测电火花活动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M霍贝尔斯伯格，I柯希霍夫，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]