用于测量电动机器的定子芯的方法和测量装置与流程

本发明涉及用于测量电动机器(具体而言维护中的大型发电机)的层叠定子芯的方法。本发明具体而言涉及改善装置和方法，在该装置和方法中，层叠定子芯经历从外部施加的场电流。通常，在测量期间移除电动机器的转子。

背景技术：

对大型发电机和马达常规地检查叠片短接和静止时的稳定性。多种方法可用于该目的。

确定叠片短接的方法中的一个包括：借助于处于电源频率的辅助线圈来磁化整个层叠主体，和测量定子开孔内表面上的杂散场。磁化被执行到相对低的磁感应值，通常到正常操作感应的大约10%。该测量方法也称为“低感应叠片短接测量”或“ELCID”(电磁芯缺陷检测器)。

作为示例，US 4996486描述了此类型的一个方法。现有技术因此用于借助于辅助线圈和在电源频率下施加于其的正弦辅助电压将该层叠定子芯磁化至操作感应的大约十分之一。该辅助电压通常直接来源于电源电压。然后使电气记录线圈远离定子开孔的表面移动，其中该记录线圈位于层叠芯的表面附近。

因层叠芯中的层间短路而流动的电流现在在记录线圈中感应具有特征相位角和振幅大小的电压。该特征相位角和振幅使得可能区分存在叠片短接电流的点和不存在叠片短接电流的点。因此，可能借助于该杂散场记录线圈来对叠片短接进行定位，且估计短路电流的大小。

本发明提供确定叠片短接和定子芯的稳定性的备选解决方法。

技术实现要素：

本发明涉及根据独立权利要求的测量装置和测量方法。

在从属权利要求中描述本发明的更多优选实施例。

技术方案1：一种用于测量电动机器的定子芯4的方法，具有以下步骤：围绕所述定子芯4缠绕至少一个激励线圈40、将不连续的电压施加于所述激励线圈40以磁性地激励所述定子芯4、和测量被磁性地激励的定子芯4的参量。

技术方案2：根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激励电压的波形为矩形、脉冲串、三角形、或正弦曲线的。

技术方案3：根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激励电压具有脉冲，所述脉冲具有2ms和5ms之间的持续时间，所述脉冲具有每秒50个脉冲和100个脉冲之间的速率。

技术方案4：根据权利要求3所述的方法，其特征在于，产生该不连续的激励电压的激励装置12提供具有50Hz或60Hz的频率的电压。

技术方案5：根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述激励装置12提供所述不连续的激励电压，以生成所述定子芯4的近似1.5特斯拉的磁通量密度B。

技术方案6：根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激励装置12包括至少一个电容器30，以通过放电来提供所述不连续的激励电压。

技术方案7：根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个电容器30由联接在一起的两个功率供应源25供给。

技术方案8：根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用于测量所述被磁性地激励的定子芯4的所述参量的检测装置14为声学装置，所述声学装置测量由磁性激励引起的所述定子芯4的振动，且基于测量结果来确定所述定子芯4的稳定性。

技术方案9：根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述声学装置包括至少一个传声器。

技术方案10：根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测装置14为光学装置，所述光学装置测量由磁性激励引起的所述定子芯4处的温度差，且基于测量结果来确定层间叠片短接。

技术方案11：根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述激励电压具有脉冲，所述脉冲具有5ms和20ms之间的持续时间。

技术方案12：根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述激励电压具有脉冲，所述脉冲具有2ms和10ms之间的持续时间。

技术方案13：一种用于测量电动机器的层叠定子芯4的测量装置1，包括激励装置12和计算单元70，所述激励装置12用于磁性地激励所述定子芯4，所述定子芯4包括围绕所述定子芯4缠绕的至少一个激励线圈40，所述激励装置12设计成产生能够施加于所述激励线圈40的不连续电压，以磁性地激励所述定子芯4，所述计算单元70基于检测装置14的测量结果确定所述定子芯4的特性。

技术方案14：根据权利要求13所述的测量装置1，其特征在于，所述检测装置14包括声学装置，所述声学装置测量由磁性激励引起的所述定子芯4的振动，且所述计算单元70确定所述定子芯4的稳定性。

技术方案15：根据权利要求13所述的测量装置1，其特征在于，所述检测装置14包括光学装置，所述光学装置测量由磁性激励引起的所述定子芯4处的温度差，且所述计算单元70确定所述定子芯4的层叠短接。

技术方案16：根据权利要求13所述的测量装置1，其特征在于，第一检测装置14包括声学装置，所述声学装置测量由磁性激励引起的所述定子芯4的振动，且所述计算单元70确定所述定子芯4的稳定性，且第二检测装置14'包括光学装置，所述光学装置测量由所述磁性激励引起的所述定子芯4处的温度差，且所述计算单元70确定所述定子芯4的层叠短接。

附图说明

将参考示范实施例且结合附图在以下文本中更详细地解释本发明，在附图中：

图1示出激励装置的示例的示意电路图，该激励装置具有一个功率供应源、并联地操作的电阻器和电容器，以经由电路将能量供应至激励线圈，该电路包括具有控制器和滤波器的IGFET；

图2示出与图1类似的激励装置的示例的示意电路图，该激励装置具有经由二极管连接的两个功率供应源；

图3示出由激励装置作为具有矩形形状的不连续电压对定子芯提供的定子芯的激励的一个示例的信号图，具有标绘在水平轴线处的时间和标绘在竖直轴线处的电压；

图4示出由激励装置作为具有脉冲串(burst)形状的不连续电压对定子芯提供的定子芯的激励的另一示例的信号图，具有标绘在水平轴线处的时间和标绘在竖直轴线处的电压；

图5示出由激励装置作为具有正弦曲线形状的不连续电压对定子芯提供的定子芯的激励的另一示例的信号图，具有标绘在水平轴线处的时间和标绘在竖直轴线处的电压；

图6示出待利用示意激励线圈测量的定子芯的示意俯视图，该激励线圈被围绕该定子芯缠绕，以对定子芯提供激励电压以用于定子芯的磁性激励；

图7示出具有激励装置的测量装置和检测装置的示意透视图，该激励装置经由功率变换器连接至激励绕组，该激励绕组被围绕定子芯缠绕，该检测装置设计为照相机，以光学地检测定子芯附近的温度差；

图8示出具有激励装置的测量装置和检测装置的示意透视图，该激励装置经由转换器连接至激励绕组，该激励绕组被围绕定子芯缠绕，该检测装置设计为两个传声器，以声学地检测定子芯附近的振动。

部件列表

1 测量装置

2 定子轴线

4 定子芯

7 凹口

10 激励绕组

12 激励装置

14, 14' 检测装置

25, 25' 功率供应源

27, 27' 二极管

30 电容器

40 激励线圈

50, 50' 控制器

55, 55' IGFET

60 滤波器

70 计算单元。

具体实施方式

图1示出作为根据本发明示例的测量装置1的部分的激励装置12的示例的示意电路图。在图1的左边，提供功率供应源25，其提供对激励线圈40充电所需的电功率。可通过公共网络来对功率供应源25进行供给。充电电压在50V和1000V之间。在功率供应源25处调节充电电压，以达到标称层间电压的通常50%-100%。功率供应源的最大持恒功率通常为50kw。功率供应源25如图所示经由电阻器27和电容器30而电连接至功率供应源25与激励线圈40之间的电路。通过功率供应源25对具有高容量的电容器30充电，且经由滤波器60使其放电以用特殊的方式对激励线圈40充电。电容器30的典型值为1mF，激励线圈40的典型值为1mH。滤波器60通常为在电流上升期间饱和的感应率。在电容器30的充电期间，功率供应源25作为限制电流输出的电流源操作，在电容器30的放电期间，功率供应源25作为电压源操作。在根据图1的示例中，电容器30与包含四个IGFET 55的电路并联地连接，其中通过控制器50、50'来操纵IGFET 55中的各两个。用于激励线圈40的电压从包含IGFET 55和分配的控制器50、50'的电路抽出。可通过这些方式来适当地控制激励线圈40处的电压。

图2示出与图1类似的作为测量装置1的部分的激励装置12的示例的示意电路图。在此，右边的电路的主要部分与图1的电路相同。然而，通过两个功率供应源25、25'而非一个来对电容器30进行供给。两个功率供应源25、25'经由二极管27、27'并联地连接至电容器30。功率输出与图1的示例相比增强，因为第二功率供应源25'对电容器30增加额外的功率。在根据图2的该示例中，最大脉冲频率与图1的示例相比加倍。可想到对激励装置12添加更多功率供应源25、25'的布置。

图3示出定子芯4的激励的一个示例的信号图。时间标绘在水平轴线处，且电压V标绘在竖直轴线处。示出的信号为电压，该电压由激励装置12生成以如上所述地对激励线圈40进行激励。功率供应源25、25'对电容器30充电，通过控制器50、50'以受控的方式使电容器30放电，控制器50、50'切换激励装置12的IGFET 55。示出的激励电压被施加于激励线圈40。如可在图3中所见的，电压信号是不连续的，施加的电压的时间t与电压为零的时间t不同。在此，在时间t_ON期间，施加激励电压，该激励电压由两个相反的矩形脉冲构成，一个正脉冲后面跟着一个负脉冲。典型的脉冲时间为2ms- 5ms，其中每秒50- 100个脉冲。在时间t_OFF期间，控制器50、50'切换IGFET以不对激励装置12施加电压。时间t_ON不等于时间t_OFF。以描述的方式控制激励装置12确保来自供给网络的低有功功率和低无功功率，同时保证对定子芯4进行激励的高电压。在示出的信号中，其等于t_ON＜t_OFF。

图4示出由上述激励装置2提供的定子芯4的激励的另一示例的信号图。时间t标绘在水平轴线处，且电压V标绘在竖直轴线处。在该示例中，电压信号同样是不连续的。施加至激励线圈40的电压的信号形状为如图4所示的脉冲串形状。首先，陡峭的接近竖直的边缘被应用至最大功率峰值，其在达到峰值之后立刻以陡峭曲线的形式衰减至零电压。具有以电压脉冲串为特征的不等于零的电压的时间t称为t_ON。典型的脉冲时间为2ms- 5ms，其中每秒50- 100个脉冲。在时间t_OFF期间，控制器50、50'切换IGFET以不对激励装置12施加电压。时间t_ON不等于时间t_OFF。在示出的信号中，其等于t_ON＜t_OFF。

图5示出由激励装置12提供的定子芯4的激励的另一示例的信号图，具有标绘在水平轴线处的时间t和标绘在竖直轴线处的电压V。在此示例中，再次通过不连续的电压来激励定子芯4，该不连续的电压在此具有正弦曲线形状。具有以正弦曲线电压为特征的不等于零的电压的时间t称为t_ON。典型的脉冲时间为2ms- 5ms，其中每秒50- 100个脉冲。在时间t_OFF期间，控制器50、50'切换IGFET以不对激励装置12施加电压。在时间t_ON处施加具有三个循环的正弦曲线电压，在最后的循环结束之后，激励电压被设定为零。在示出的信号中，其等于t_ON＜t_OFF。

图6示出电动机器的定子芯4的示意俯视图。定子芯4内侧的转子被移除，这通常在测量模式中进行。以示意的方式示出围绕定子芯4的激励线圈40的绕组，其为在图1和图2下描述的激励线圈40。在此示例中，激励线圈40被分成四个连接的部分。如上所述，激励电压u(t)被施加于激励线圈40。根据电磁理论，激励线圈40中的电流流动i(t)沿由箭头指示的方向在定子芯4中感应磁通量密度B。通过具有不连续电压的所有的三个示范信号曲线来减少定子芯4的电暴露。能够通过不同方法检测定子芯4中的磁通量密度B，在下面作为本发明的两个不同实施例来描述这些不同方法中的两个。

图7示出本发明的第一实施例。示出测量装置1的示意透视图，测量装置1包括激励装置12，激励装置12经由功率变换器13连接至激励绕组10、10a、10b，激励绕组10、10a、10b围绕定子芯4缠绕，从而构成激励线圈40。通过部分切开的面和轴线2在透视图中例示定子芯4。例如，定子芯4具有53t的重量和5m的长度。在内侧处，定子芯4通常具有凹口7，以容纳定子条(未示出)。在此示例中，激励线圈40具有围绕定子芯4缠绕的十个线匝，仅示出两个线匝。通过激励装置12切换激励电压，且因此使定子芯4磁化导致定子芯4表面处的温度升高。为了测量温度，且尤其是温度差，接近定子芯4提供光学检测装置14。在此实施例中，待测量的参量是温度。在此第一实施例中，光学检测装置14为红外线(IR)照相机。IR照相机适合用于以高灵敏度测量定子芯4处的温度。由操作者沿定子芯4的表面移动光学检测装置14，且记录温度数据。将温度数据与储存的数据比较，使得可确定收集的数据与储存的数据之间的偏差。检测装置14包括计算单元70和为此的电子存储器。当利用磁性激励在定子芯4处测得的温度取特别高的值时，可推断，在对应的地点处存在层间短接。具体而言，当特定测量地点之间的大温度差发生时，计算单元70在温度更高的地点处识别出层间短接。层间短接为构造定子芯4的分开的层叠片的绝缘体之间的电短接，其削弱电动机器的功率效率且降低操作安全性。这些地点处的温度升高主要是由在彼处流动的非期望的涡电流引起的。发现这些地点处的温度升高相对于被带到该地点中的平均功率具有线性关系。

图8示出具有与第一实施例的不同的检测装置14的本发明的第二实施例的示意透视图。在此实施例中，激励装置12与第一实施例中相同地设计。然而，在此一个典型的持恒功率为15kW。激励装置12经由转换器13连接至激励绕组10。如在第一实施例中那样，形成激励线圈40的激励绕组10被类似地围绕定子芯4缠绕。在此，绕组10围绕定子芯4以两个线匝的形式布置。由此，检测装置14被设计为两个传声器：布置在左边的第一传声器或检测装置14和在定子芯4右边的第二传声器或检测装置14'。检测装置14、14'还可被设计为振动传感器。在如上所述地利用不连续电压使定子芯4磁化之后，传声器适合用于声学地检测由对定子芯4的功率施加而引起的小的振动。为此，传声器布置成靠近定子芯4且具有高灵敏度。一般来说，该检测方式基于以下事实：可变的磁性激励由于磁致伸缩力而在整个定子芯4中产生振动。通过检测装置14、14'检测定子芯4的这些振动。沿定子芯4引导检测装置14、14'，且在不同地点处获得测量结果。检测装置14、14'包括计算单元70和电子存储器。在检测到的振动的特别高的值的情形中，可推论出，定子芯4的参量在特定的地点处分歧。具体而言，该参量因此为定子芯4的稳定性。