用于检测电气旋转机器的转子的凸极上的短路线匝的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的方法，该方法包括：对于凸极转子磁极中的每一者，测量电气旋转机器的定子和凸极转子磁极之间的径向磁通量，并且测量定子和凸极转子磁极之间的气隙厚度；对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和对于凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
【专利说明】用于检测电气旋转机器的转子的凸极上的短路线匝的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在转子磁极是凸极的情况下用来检测旋转机器的转子磁极的电绕组中的短路的方法。
【背景技术】
[0002]在电气机器(例如水轮发电机)上，转子磁极是凸极，电绕组由围绕磁极的绝缘铜带组成，以使得每个铜线匝与相邻的铜线匝绝缘并与转子磁极绝缘。
[0003]在多年运行之后，绝缘老化将发生并会在某些线匝中引起短路，这是使机器的性能下降的条件。
[0004]为检测这种短路线匝，已知有两种主要方法:
[0005]第一种方法在行业中被称为“磁极掉落(Pole Drop)”测试，并且在机器停机时实施。机器被打开，并且测量在每个磁极上的AC电压。通过在磁极上比平均值小的电压检测出短路线匝。该方法的最大缺点是该机器必须被停止，测试可能需要进行很长时间段，在机器旋转时会出现的短路可能在没有发生旋转时不会检测到，这是因为这些短路是由于离心力所引起，而离心力在停止的机器上不会起作用。
[0006]第二种方法被称作“通量监测”。扁平线圈被粘合到定子并且测量由每个旋转磁极在气隙中发出的径向磁通量。线圈中产生的电压与由每个磁极发出的径向通量成比例，从而如果磁极中存在短路线匝，则在给定的负载下，认为该磁极中的通量分布中的异常变化与其他磁极相比变得明显。
[0007]该方法的优点是作为不需要停止和打开机器的在线工具。但是，尽管该方法对于隐极圆柱形转子可成功地用了很多年，但是仅仅最近才被用于凸极电机，并且存在没有被这种方法检测出的短路线匝仍然由磁极掉落测试发现的情况。
[0008]这种通路监测方法对于凸极转子磁极好像不如对隐极转子磁极那么令人满意的原因还不明确，最常见的是凸极的“通量图案的解释” “不明显”(S.R.Campbell等-Waterpower XIV-HCI Publications, 2005),可能由于凸极机器使在一个磁极上它们的所有线匝重叠，而不是像在隐极电机中那样沿着磁极分布。这造成相邻线匝产生的通量图案的始终重叠在缺陷磁极的通量图案上，从而该缺陷磁极的特征难以区别于相邻磁极的特征。
[0009]甚至，通量密度和安培匝数之间的关系不是如之后应当看到的那样成线性。这种非线性会降低少量短路线匝的效果，使得当机器在电网中在其标准使用条件下的载荷下进行操作时不可能检测到这些短路线匝。
[0010]此外，很多观察和不成功的试验还导致认为，当给定的水轮发电机欠载并且连接到由众多其他发电机馈送的大电网时，似乎存在部分地或全部地减少任何短路线匝异常的“网格效应(grid effect)并且似乎补偿这种缺陷。
[0011]比上述因素更重要的一个因素是:在这种凸极机器的每个磁极前方在磁极和定子之间的气隙的厚度的变化会比该磁极上的一个或两个短路线匝更显著地影响由磁极产生的径向通量强度。[0012]因此，仍然需要简单、不耗时并且不必使机器关停和打开的用来检测凸极转子磁极中的短路线匝的方法。
【发明内容】
[0013]本发明包括检测凸极转子中的短路线匝的两步式方法。
[0014]在第一步骤中，使用线圈来实时地测量在具有凸极转子磁极的正操作的电气旋转机器的气隙中漏出的径向磁通量，并且还使用气隙传感器来实时地测量转子-定子距离，以及计算在每个磁极前方存在的气隙厚度的影响，以使得在机器的正常工作条件下检测出主要的短路线匝。
[0015]在第二且可选的步骤中，在第一步骤下未明确地诊断出短路线匝的情况下，使电机离线，将施加到转子绕组的短路电流和磁化电流完全切断，以使得磁通量返回到零或近似零；然后使磁化电流通过逐渐升高而达到额定容量，同时在磁化电流增大的每个分段中测量径向通量，并且将第一步骤的气隙校正应用到测量的径向通量。
[0016]利用该第二步骤，转子磁极从剩磁具有最小值或零值的状态逐渐磁化，提供响应于转子绕组中磁化电流NI的增大、径向通量增大(Δ0/ΔΝ?)的最大灵敏度，因此能够在最大灵敏度水平下(例如利用最大精度)检测到短路线匝。
[0017]大部分短路线匝可以在电机操作的同时被检测出，对于剩余的少数情况，不需要对电机的任意关停或任意打开。仅需要使电机离线，以切断磁化电流达几秒钟，以使得磁通量返回到零并且在磁化电流逐渐增大时继续应用方法的第一步骤。
[0018]根据第一广泛方面，提供一种用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的方法，该方法包括:对于凸极转子磁极中的每一者，测量电气旋转机器的定子和凸极转子磁极之间的径向磁通量，并且测量定子和凸极转子磁极之间的气隙厚度；对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和对于凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
[0019]在一个实施例中，该方法还包括，对于凸极转子磁极中的每一者，根据测量的径向通量确定最大径向磁通量，并且根据测量的气隙厚度确定最小气隙厚度。
[0020]在一个实施例中，确定期望径向通量的步骤包括:计算最小气隙厚度的平均值和最大径向磁通量的平均值；和对于凸极转子磁极中的每一者，使用相应的测量的气隙厚度、最小气隙厚度的平均值和最大径向磁通量的平均值来计算期望径向磁通量。
[0021]在一个实施例中，当给定凸极转子磁极的测量的径向磁通量小于该给定凸极转子磁极的相应的期望径向磁通量时，判定短路线匝。
[0022]在一个实施例中，测量径向磁通量的步骤和测量气隙厚度的步骤是在电气旋转机器的至少一次旋转期间执行。
[0023]在一个实施例中，测量径向磁通量的步骤和测量气隙厚度的步骤是在电气旋转机器的至少一次旋转期间基本连续地执行。
[0024]在另一实施例中，测量径向磁通量的步骤和测量气隙厚度的步骤是在电气旋转机器的至少一次旋转期间阶段式地执行。[0025]在一个实施例中，测量径向磁通量的步骤和测量气隙厚度的步骤是使用集成有位于气隙中的气隙传感器的磁性径向通量传感器基本同时地执行的。
[0026]在一个实施例中，该方法还包括:使电气旋转机器离线；通过切断流过凸极转子磁极的绕组的电流来使凸极转子磁极的剩磁基本接近零；将电流逐渐恢复到额定值；对于凸极转子磁极中的每一者，测量径向磁通量和气隙厚度；对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和通过识别出凸极转子磁极中的测量的径向磁通量低于相应的期望径向磁通量的至少给定的一个凸极转子磁极，来识别出短路线匝。
[0027]在一个实施例中，该方法还包括输出凸极转子磁极中的已经检测出短路线匝的给定一个凸极转子磁极的标识。
[0028]根据另一广泛方面，提供一种用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的系统，该系统包括:径向磁通量传感器，该径向磁通量传感器用于对于凸极转子磁极中的每一者，测量定子和凸极转子磁极之间的径向磁通量；气隙厚度传感器，该气隙厚度传感器用于对于凸极转子磁极中的每一者，测量定子和凸极转子磁极之间的气隙厚度；和与径向磁通量传感器和气隙厚度传感器通信的计算单元，该计算单元用于:对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；并且对于凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
[0029]在一个实施例中，径向磁通量传感器包括线圈，所述线圈适合于定位在电气旋转机器的气隙中。
[0030]在一个实施例中,径向磁通量传感器集成有气隙传感器。
[0031]在一个实施例中，计算单元还适合于，对于凸极转子磁极中的每一者，根据测量的径向通量确定最大径向磁通量，并且根据测量的气隙厚度确定最小气隙厚度。
[0032]在一个实施例中，计算单元还适合于:计算最小气隙厚度的平均值和最大径向磁通量的平均值；和对于凸极转子磁极中的每一者，使用相应的测量的气隙厚度、最小气隙厚度的平均值和最大径向磁通量的平均值来计算期望径向磁通量。
[0033]在一个实施例中，计算单元还适合于，当对于给定凸极转子磁极的测量的径向磁通量小于对于该给定凸极转子磁极的相应的期望径向磁通量时，识别出短路线匝。
[0034]在一个实施例中,径向磁通量传感器和气隙传感器适合于在电气旋转机器的至少一次旋转期间分别测量径向磁通量和气隙厚度。
[0035]在一个实施例中，系统还包括控制单元，该控制单元用于:使电气旋转机器离线；通过切断流过凸极转子磁极的绕组的电流来使凸极转子磁极的剩磁基本接近零；和将电流逐渐恢复到额定值，在电流恢复之后，执行测量径向磁通量和气隙厚度、确定期望径向通量、和识别短路线匝。
[0036]在一个实施例中，计算单元还适合于输出对凸极转子磁极中的已经检测出短路线匝的给定一个凸极转子磁极的标识。
[0037]根据另一广泛方面，提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机可读存储器，在计算机可读存储器上存储用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的计算机可执行指令，计算机可执行指令在由计算机执行时执行如下步骤:对于凸极转子磁极中的每一者，接收电气旋转机器的定子和凸极转子磁极之间的径向磁通量的测量结果、和定子和凸极转子磁极之间的气隙厚度的测量结果；对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和对于凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
[0038]根据另一广泛方面，提供一种用于监测电气旋转机器的定子与转子磁极之间的气隙厚度、和定子与转子磁极之间的磁通量的监测系统，该系统包括:气隙传感器，该气隙传感器用于测量气隙厚度并输出表示气隙厚度的第一电信号；磁通量传感器，该磁通量传感器用于监测磁通量并输出表示磁通量的第二电信号，第二电信号的电频率小于第一电信号的电频率；三轴电缆，该三轴电缆的第一端连接到气隙传感器和磁通量传感器，该三轴电缆具有用于传送第二电信号的基本低频带宽，并且具有用于传送第一电信号的基本高频带宽；可操作地连接在三轴电缆和磁通量传感器之间的第一电容器；第一调节器单元，该第一调节器单元连接到三轴电缆的第二端，并且适合于接收第一电信号、从第一电信号中提取出气隙厚度并且输出气隙厚度；和第二调节器单元，该第二调节器单元连接到三轴电缆的第二端，并且适合于接收第二电信号、从第二电信号中提取出表示磁通量的参数并且输出该参数；和可操作地连接在三轴电缆和第二调节器单元之间的第二电容器。
[0039]在一个实施例中，监测系统还包括可操作地连接在气隙传感器和三轴电缆之间的同轴电缆。
[0040]在一个实施例中，磁通量传感器包括线圈并且适合于测量线圈内产生的电压，第二电信号表征该电压，且第二调节器单元适合于从第二电信号中提取出该电压。
[0041]在一个实施例中，第二调节器单元还适合于根据该电压确定定子和转子磁极之间的磁通量并输出该磁通量。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是根据实施例的用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的方法的流程图；
[0043]图2是示出具有凸极转子磁极的电气旋转机器中的径向磁通量和气隙厚度的同时测量的曲线；
[0044]图3是示出期望径向磁通量的计算的流程图；
[0045]图4示出根据实施例的气隙传感器；
[0046]图5示出用于测量径向磁通量和气隙厚度的集成传感器；和
[0047]图6示出转子磁极的铁磁芯中的磁滞回线的不同区域。
【具体实施方式】
[0048]图1示出用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的方法10的一个实施例。在步骤12中，对于每个磁极，使用任意适合的径向磁通量传感器(例如线圈或压电传感器)来测量径向磁通量。在使用线圈传感器的情况下，应当理解线圈传感器监测电压，该电压随后被积分以获得径向磁通量。在步骤14中，对于每个转子磁极，使用任意适合的气隙传感器来测量气隙厚度，即，转子磁极和定子之间的距离，该气隙传感器适合于定位在转子和定子之间。在步骤16中，使用上述方法对于每个转子磁极确定期望的径向通量。如下所述，使用用于给定转子磁极的测量的气隙距离和径向通量、以及还使用用于其他转子磁极的测量的气隙距离和径向通量，来确定用于给定的转子磁极的期望的径向通量。在步骤18中，对于每个转子磁极，测量的径向通量与其相应的期望径向通量进行对比。对于测量的径向通量小于其相应期望径向通量的每个转子磁极，识别为短路线匝。在检测出短路线匝时，输出信号。该信号可以表示已经检测出短路线匝，而没有指定已经检测出短路线匝的给定转子磁极。在另一示例中，信号可以包括对已经检测出短路线匝的每个转子磁极的标识。在另一示例中，信号可以是警报信号。
[0049]在一个实施例中，在电机操作的同时(S卩，在转子旋转的同时)执行方法10。因此，不需要停止电机的操作。
[0050]在一个实施例中，在转子的一次或多次旋转过程中基本连续地监测磁性径向通量和气隙厚度。在另一实施例中，在一个或多次回转中阶段式地监测磁性径向通量和气隙厚度。
[0051]这表明需要通过考虑磁极前方的气隙厚度是低于还是高于所有磁极的平均气隙，来校正高于或低于所有磁极的平均通量的由给定磁极生成的磁通量的任意测量值。
[0052]图2示出在标准凸极电气旋转机器上由通量传感器和气隙传感器测量的磁通量30的变化和气隙厚度32的变化之间的相关性。明显示出，磁通量30随着气隙厚度32减小而增大，并随着气隙厚度32增大而减小。因此，短路线匝会存在于给定磁极上并且不能检测出，这是因为面向该磁极的气隙厚度32低于平均气隙，而给定磁极上的短路线匝会被错误地怀疑，这是因为面向该磁极的气隙厚度32高于平均值。
[0053]这就是如何在磁极的磁场上接近气隙效应和短路线匝效应之间的分离，以使得仅有真实的短路线匝可以被识别出。
[0054]对于给定电机，进行下列计算:
[0055]连续地测量气隙厚度和径向通量值。计算在转子的一次完整旋转或回转上每个磁极的气隙厚度的最小值以及每个磁极的径向通量的最大(峰)值。然后，计算最小气隙厚度的平均值和最大径向通量的平均值。一旦已经获得这些值，由下列公式(I)得出每个磁极的期望最大径向通量值，公式(I)在图3中示出:
[0056]对于磁极n，期望通量=一次完整回转上的平均通量+ (—次完整回转上的平均气隙-磁极η的测量气隙)x (—次完整回转上的平均通量/ 一次完整回转上的平均气隙)。
[0057]如图3所示，如果给定转子磁极的计算的期望通量值大于相应的测量值，则这将构成对于给定转子磁极的一个或多个短路线匝的指示。
[0058]表I是在转子具有8个凸极的情况下上述计算方法的示例。
[0059]
磁极 #Pl P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 平均
气隙(mm)20 21 20 19 19 21 20 20 20
测量通量(Tesla) 0,95 0,95 I 1,05 1,05 0,95 I I 0,994计算通量(Tcsla) 0,99 0,94 0,99 1,04 1,04 0,94 0,99 0,99
[0060]测量通量相比于计
算通量的增加或减 4% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%
小(％)_
[0061]表1.用于具有8个凸极的转子的示例结果
[0062]表I在第2和3行中示出给定凸极电机中的气隙和径向通量的测量值以及它们的平均值。在第4行中，根据公式(I)计算通量，在最后I行中，指出每个磁极的测量通量相比于计算通量的增大或减小比率。
[0063]表I表明仅有的期望通量值大于测量通量值的磁极是磁极I，这表示磁极I上存在的至少一个短路线匝。该比率的负值越大，则短路线匝越严重。
[0064]在一个实施例中，方法10被实施为系统，该系统包括用于测量气隙厚度的气隙传感器、磁通量传感器和计算单元，该计算单元适合于如上所述计算每个转子磁极的期望径向磁通量并对于每个转子磁极将测量的径向磁通量与相应的期望径向磁通量进行比较。
[0065]在另一实施例中，方法10被实施为装置，该装置包括处理单元、存储器或存储单元、和用于接收气隙传感器和径向磁通量的测量结果的通信单元。处理单元构造成如上所述计算每个转子磁极的期望径向磁通量并对于每个转子磁极将测量的径向磁通量与相应的期望径向磁通量进行比较。
[0066]在另一实施例中，方法10被实施为计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储器，在该计算机可读存储器上存储用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的计算机可执行指令。在由计算机执行时，该计算机可执行指令执行如下步骤:对于凸极转子磁极中的每一者，接收电气旋转机器的定子和凸极转子磁极之间的径向磁通量的测量结果、和定子和凸极转子磁极之间的气隙厚度的测量结果；对于凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和对于凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
[0067]图4示出具有一体的同轴电缆、三轴延长电缆和调节器的电容性气隙传感器的一个实施例。该电容性气隙传感器输出表不定子和转子磁极之间的气隙厚度的电信号。电信号在到达调节器之前通过同轴电缆和三轴电缆传播。调节器包括适合于从接收的电信号提取出气隙距离并输出提取的气隙厚度的电路。目的在于测量转子到定子的距离，以获得用于每个磁极的表不气隙的最小值。
[0068]在一个实施例中，省略三轴电缆，以使得调节器被直接连接到同轴电缆以接收由电容性气隙传感器输出的电信号。例如，这种构造可以在调节器定位在距离电容性气隙传感器相当短距离处并且电容性气隙传感器输出具有很高频率的很低电流电信号时使用。
[0069]在另一实施例中，省略同轴电缆，以使得电容性气隙传感器被直接连接到三轴电缆以传送电流。例如，这种构造可以在调节器定位在距离电容性气隙传感器相当大距离处并且电容性气隙传感器输出具有很高频率的很低电流电信号时使用。
[0070]这种方法的另一改良和经济改进在图5中示出，并且将用于确保每个磁极的通量和气隙测量同时并且在相同位置进行。这可以通过如下所述实现:a)通过将用于通量测量的扁平线圈与图4的气隙传感器集成，和b)通过使用气隙电路来产生并处理通量数据。这将仅需要对气隙电路增加较少附加件并且还由于节省一个电缆和一个专用电路而引起使物理干涉最小化，这是在这种复杂环境中不可忽略的特征。
[0071]图5示出组合的气隙和通量传感器。组合传感器包括与图4的传感器相同的元件，即，气隙传感器，例如具有集成的同轴电缆、三轴电缆和调节器的电容性气隙传感器。组合传感器还在三轴电缆的每端包括一个电容器并包括通量传感器(例如连接到三轴电缆的线圈)。目的在于测量转子到定子的距离，以获得用于每个磁极的表示气隙的最小值并获得用于每个磁极的表示径向磁通量的峰值通量值。径向磁通量和气隙厚度信号的测量结果被使用三轴电缆传送到调节器。这通过用作频率信号分离器的电容器来实现:三轴电缆的高频带宽被用于传送气隙厚度，低频带宽被用于传送通量。每个电容器的一端可操作地连接到三轴电缆，另一端可操作地接地。电容性气隙传感器输出表示气隙厚度的第一电信号，而通量传感器输出表示磁通量的第二电信号。第一电信号的频率大于第二电信号的频率。在到达调节器之前，由电容性气隙传感器输出的第一电信号首先在同轴电缆中传播，然后在三轴电缆中传播。通量传感器直接连接到三轴电缆，三轴电缆适合于将第一电信号和第二电信号传播到调节器。调节器包括用于从第一电信号中提取出气隙厚度值和从第二电信号中提取出磁通量的电路。调节器还适合于输出被确定的气隙厚度和通量值。
[0072]在一个实施例中，通量传感器包括线圈并且适合于测量该线圈内产生的电压，调节器适合于从第二电信号中提取出电压值并且可选地对电压值进行积分以获得相应磁通量。
[0073]在一个实施例中，省略同轴电缆以使得电容性气隙传感器直接连接到三轴电缆。
[0074]应当理解，调节器可以被视为包括两个调节器单元，第一调节器单元适合于提取气隙厚度，第二调节器单元适合于提取电压或通量值。
[0075]应当理解，电容性气隙传感器和线圈各自适合于(即，尺寸和形状适合于)定位在电气旋转机器的定子和转子磁极之间的气隙中。
[0076]对于期望通量略高于测量通量的情况，并且为了减少误报警发生，以公式(I)为特征的方法还可以以下列方式应用:
[0077]图6示出表征磁路(在这种情况下是凸极磁芯)的磁化强度的传统磁滞回路。
[0078]图6中可以看出，在正常操作条件下，在第一象限(区域a)的右上半部中或者在相反侧(取决于磁极极性)，磁化强度最大，并且磁化强度曲线近似水平。这表示，即使在给定磁极中存在短路线匝，磁化电流的明显降低也不会产生通量的可检测降低，这可以解释为什么一般引起通量略微下降的短路线匝在这种正常操作条件下不会被检测出。
[0079]应当注意,对于流过磁极绕组的电流NI的给定变化，当发生第一磁化(区域b)时磁性径向通量0的变化更可检测到，这是因为对于每次磁化电流增大，径向通量增大的斜率(Δ0/ΔΝΙ )更陡。
[0080]于是，如果在给定磁极上存在短路线匝，则当电机沿着区域b操作时将出现检测到该短路线匝的最大可能性，在该情况下检测的灵敏度最大，因为Δ0/ΔΝΙ将最大并且还因为机器是唯一产生电压的，所以每个磁极的贡献可以被观测到，而不存在电网上的任意其他机器造成的阻尼效应。
[0081]为在区域b中操作，第一条件是尽可能地减小磁极铁芯的剩磁。这可以通过切断磁化电流并使电气旋转机器离线而实现。考虑到磁极铁芯的材料的铁磁特性，将磁极铁芯的剩磁减小到零或接近零仅需要花几秒钟。
[0082]一旦达成该目的，磁化电流可以逐步增大，在每一步将实时地测量径向通量和气隙的值。当电机在最大磁场的大约1/4和2/3之间操作时，将出现短路线匝检测的最大可能性。
[0083]然后，根据公式(I)对期望通量的上述计算可以被应用并且可以识别出短路线匝。
[0084]上述实施例仅是示例性的。因此本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
【权利要求】
1.一种用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的方法，所述方法包括: 对于所述凸极转子磁极中的每一者，测量所述电气旋转机器的定子和所述凸极转子磁极之间的径向磁通量，并且测量所述定子和所述凸极转子磁极之间的气隙厚度； 对于所述凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和 对于所述凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括，对于所述凸极转子磁极中的每一者，根据测量的径向通量确定最大径向磁通量，并且根据所述测量的气隙厚度确定最小气隙厚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定期望径向通量包括: 计算所述最小气隙厚度的平均值和所述最大径向磁通量的平均值；和 对于所述凸极转子磁极中的每一者，使用相应的所述测量的气隙厚度、所述最小气隙厚度的平均值和所述最大径向磁通量的平均值来计算期望径向磁通量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当给定凸极转子磁极的测量的径向磁通量小于所述给定凸极转子磁极的相应的期望径向磁通量时，判定短路线匝。
5.根据权利要求1所述 的方法，其中，所述测量径向磁通量和所述测量气隙厚度是在所述电气旋转机器的至少一次旋转期间执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述测量径向磁通量和所述测量气隙厚度是在所述电气旋转机器的所述至少一次旋转期间基本连续地执行。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述测量径向磁通量和所述测量气隙厚度是在所述电气旋转机器的所述至少一次旋转期间阶段式地执行。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量径向磁通量和所述测量气隙厚度是使用集成有位于气隙中的气隙传感器的磁性径向通量传感器基本同时地执行。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括: 使所述电气旋转机器离线； 通过切断流过所述凸极转子磁极的绕组的电流来使所述凸极转子磁极的剩磁基本接近零； 将所述电流逐渐恢复到额定值； 对于所述凸极转子磁极中的每一者，测量径向磁通量和气隙厚度； 对于所述凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和 通过识别出所述凸极转子磁极中的具有低于相应的所述期望径向磁通量的测量径向磁通量的至少给定一个凸极转子磁极，来识别出短路线匝。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括输出所述凸极转子磁极中的已经检测出短路线匝的给定一个凸极转子磁极的标识。
11.一种用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的系统，所述系统包括: 径向磁通量传感器，所述径向磁通量传感器用于对于所述凸极转子磁极中的每一者，测量定子和所述凸极转子磁极之间的径向磁通量； 气隙厚度传感器，所述气隙厚度传感器用于对于所述凸极转子磁极中的每一者，测量所述定子和所述凸极转子磁极之间的气隙厚度；和 与所述径向磁通量传感器和所述气隙厚度传感器通信的计算单元，所述计算单元用于: 对于所述凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；并且 对于所述凸极转子磁极中的每一者，通过将所述测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述径向磁通量传感器包括线圈，所述线圈适合于定位在所述电气旋转机器的气隙中。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述径向磁通量传感器集成有气隙传感器。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述计算单元还适合于，对于所述凸极转子磁极中的每一者，根据所述测量的径向通量确定最大径向磁通量，并且根据所述测量的气隙厚度确定最小气隙厚度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述计算单元还适合于: 计算所述最小气隙厚度的平均值和所述最大径向磁通量的平均值；和 对于所述凸极转子磁极`中的每一者，使用相应的所述测量的气隙厚度、所述最小气隙厚度的平均值和所述最大径向磁通量的平均值来计算所述期望径向磁通量。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述计算单元还适合于，当给定凸极转子磁极的测量的径向磁通量小于所述给定凸极转子磁极的相应的期望径向磁通量时，识别出短路线匝。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述径向磁通量传感器和气隙传感器适合于在所述电气旋转机器的至少一次旋转期间分别测量径向磁通量和气隙厚度。
18.根据权利要求11所述的系统，还包括控制单元，所述控制单元用于: 使所述电气旋转机器离线； 通过切断流过所述凸极转子磁极的绕组的电流来使所述凸极转子磁极的剩磁基本接近零； 将所述电流逐渐恢复到额定值； 在所述电流恢复之后，执行测量所述径向磁通量和所述气隙厚度、确定所述期望径向通量、和识别短路线匝。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算单元还适合于输出所述凸极转子磁极中的已经检测出短路线匝的给定一个凸极转子磁极的标识。
20.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读存储器，在所述计算机可读存储器上存储用于检测电气旋转机器的凸极转子磁极的绕组中的短路线匝的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由计算机执行时执行如下步骤: 对于所述凸极转子磁极中的每一者，接收所述电气旋转机器的定子和所述凸极转子磁极之间的径向磁通量的测量结果、和所述定子和所述凸极转子磁极之间的气隙厚度的测量结果;对于所述凸极转子磁极中的每一者，使用测量的径向磁通量和测量的气隙厚度确定期望径向通量；和 对于所述凸极转子磁极中的每一者，通过将测量的径向磁通量和期望径向磁通量进行比较来识别出短路线匝。
21.一种用于监测电气旋转机器的定子与转子磁极之间的气隙厚度、和所述定子与所述转子磁极之间的磁通量的监测系统，所述系统包括: 气隙传感器，所述气隙传感器用于测量所述气隙厚度并输出表示所述气隙厚度的第一电信号； 磁通量传感器，所述磁通量传感器用于监测所述磁通量并输出表示所述磁通量的第二电信号，所述第二电信号的电频率小于所述第一电信号的电频率； 三轴电缆，所述三轴电缆的第一端连接到所述气隙传感器并连接到所述磁通量传感器，所述三轴电缆具有用于传送所述第二电信号的基本低频带宽，以及用于传送所述第一电信号的基本高频带宽； 可操作地连接在所述三轴电缆和所述磁通量传感器之间的第一电容器； 第一调节器单元，所述第一调节器单元连接到所述三轴电缆的第二端，并且适合于接收所述第一电信号、从所述第一电信号中提取出所述气隙厚度并且输出所述气隙厚度；和 第二调节器单元，所述第二调节器单元连接到所述三轴电缆的第二端，并且适合于接收所述第二电信号、从所述第二电信号中提取出表示所述磁通量的参数并且输出所述参数；和 可操作地连接在所述三轴电缆和所述第二调节器单元之间的第二电容器。
22.根据权利要求21所述的监测系统，还包括可操作地连接在所述气隙传感器和所述三轴电缆之间的同轴电缆。
23.根据权利要求21所述的监测系统，所述磁通量传感器包括线圈并且适合于测量所述线圈内产生的电压，所述第二电信号表征所述电压，所述第二调节器单元适合于从所述第二电信号中提取出所述电压。
24.根据权利要求23所述的监测系统，其中所述第二调节器单元还适合于根据所述电压确定所述定子和所述转子磁极之间的所述磁通量并输出所述磁通量。
【文档编号】G01R31/34GK103675582SQ201310405649
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】马里尤斯·克卢捷 申请人:维保监测公司