用于测量定子端绕组处的偏移的测量方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于测量定子端绕组处的偏移的测量方法及装置。具体而言，本公开内容涉及一种用于测量电机的定子端绕组处的偏移的方法、装置和计算机程序。公开了一种用于测量电机的定子端绕组处的振动的测量方法、装置和计算机程序，具有以下步骤：将传感器布置在定子端绕组处的不同位置处，利用传感器测量振动，利用传感器测量径向振动和切向振动的幅度和相位，借助于径向振动和切向振动的测得的幅度和/或相位推断由于振动引起的定子端绕组的位移。
【专利说明】
用于测量定子端绕组处的偏移的测量方法及装置
技术领域
[0001]本公开内容涉及一种用于测量电机的定子端绕组处的偏移的方法及装置。
[0002 ]该电机特别是旋转电机，诸如连接至燃气轮机或汽轮机(涡轮发电机)的同步发电 机，或连接至水轮机(水力发电机)的同步发电机，或异步发电机，或者同步或异步电动机， 或其它类型的电机。
【背景技术】
[0003] 导电绕组由电机中的导体条与电气线圈构成。这些线圈或绕组通常由铜制成。绕 组置于电机的转子或定子的芯板中的槽口中。绕组的端件在槽口上突出，且在高能发电机 的情况下关于容纳在槽口中的主绕组部分弯曲。这里，尤其考虑了端绕组，或只考虑电机的 定子的端绕组。绕组的端件(在下文中称为端绕组或定子端绕组)具有支撑件，其承载和加 强从定子的芯板突出的端绕组的高质量(high mass)。发现在操作中，支撑件和端绕组以一 定频率振动。此外，发现这些振动可引起对定子的破坏。尽管所有零件都高精度制造，但这 由电磁场和转子失衡引起。因此，提出了对于测试操作和现实世界操作测量定子端绕组的 振动。在现有技术水平下，这借助于布置在定子端绕组处的普通振动传感器来完成。振动传 感器分别测量对应的端绕组的偏移。随后关于彼此评估偏移。在评估之后，可针对沿定子的 整个圆周的偏移采取措施来推断出偏移。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于测量定子端绕组处的偏移的备选方法及装置。
[0005] 为此，提供了一种根据独立权利要求的测量方法、测量装置，以及用于处理测量方 法的计算机程序。
[0006] 本发明的其它示例在从属权利要求中描述。
【附图说明】
[0007] 其它特征和优点将从通过附图中的非限制性示例示出的测量方法、测量装置和计 算机程序的优选但非排他的实施例变得更清楚，在附图中： 图1示出了定子内部的透视图的一部分，定子具有分布成六个节段的端绕组和支承件， 其中用于传感器的三个位置在终端处由数字1、2、3标记； 图2在简化示意图中示出为圆锥的类似于图1的定子端绕组的视图，以及坐标系； 图3示出了定子端绕组的两种不同位移，其中对应的图表示出了关于由旋转角度表示 的沿定子端绕组的位置的X轴上的沿定子端绕组的角度以及y轴上的位移长度； 图4示出了类似于图2的定子端绕组的示意图，具有在传感器的三个位置处的操作中的 定子端绕组的径向、切向和轴向位移的计数方向、用于接收测量数据的测量装置，以及计算 测量数据的位移的计算装置； 图5示出了复杂域中的两个相量图，其中左侧为测得的共同旋转的径向和切向相量，且 右侧为计算的共同旋转的径向和切向相量，其具有错误推断的共同旋转的径向和切向相 量。
[0008] 参考标号 1定子 2定子端绕组 3支承件 4定子壳体 5测量装置 6传感器 8计算单元 10显示器。
【具体实施方式】
[0009] 参看附图，这些示出了根据本发明的示例的测量方法和测量装置的原理，其中相 似的参考标号表示贯穿若干视图的等同或对应的部分。
[0010]图1示出了定子1的一部分的透视图，定子1具有端绕组2、布置在端绕组2处的支承 件3,以及在定子1的外面处的定子壳体4。可看到的是，通常定子的绕组在定子1内部平行于 定子1的凹口对准。如图1中可见，用语端绕组2是指在两端上突出定子1的凹口且通常弯曲 的端部。如图1中可见，当单独的导体条向外弯曲时，端绕组2从圆锥形的定子内部突出。端 绕组2终止于定子1的开口处，其中端绕组2连接至终端以传导电流。详图以加粗的弯曲线标 出以将圆周分成六个节段，其中三段圆周为1、2、3以示出传感器6的位置。传感器位置具有 与彼此的均匀距离，即，120°角距离的距离。因此，传感器6的定位是等距的。传感器6适于测 量定子端绕组2的偏移，传感器6例如为三轴传感器6,其布置成测量相对于定子端绕组2(尤 其是形成圆周的定子端绕组2的端部)的径向和切向方向上的位置变化。
[0011] 图2以简化示意图示出了类似于图1的定子端绕组2的视图，其中沿定子端绕组2的 内部的线示出了定子1的径向指引的端绕组2,以及端绕组2的圆锥形状。普通的3维坐标系 以代表普通空间定向的X轴、y轴和z轴示出。角度ξ绘制为示出沿由加粗的弯曲节段线示出 的定子端绕组2的边缘的圆周在X轴和y轴的2维空间中的旋转角。定子端绕组2的偏移沿定 子端绕组2的边缘的圆周限定，其与沿圆周的路径、偏移和位置非常相关。在图2中，不存在 偏移，端绕组2的边缘形成理想的圆周。
[0012] 图3在左侧示出了具有与理想圆周形状不同的偏移或变形的两个定子端绕组2的 示意性透视图。在左上方，标为A的位置处的变形沿向上的方向，在位置A处由方向向上的箭 头示出。在与位置A有120°旋转角距离的以B标出的位置处，位移关于端绕组2的圆锥形几何 形状由一个箭头在径向方向且由另一个箭头在切向方向限定。这同样适用于与位置A和B有 120°旋转角距离的以C标出的位置。对应于这些示例性位移或发生在电机的操作中的暂时 变形，在图3的右上方示出的图表指出左上方的定子端绕组2的位移。图表的y轴示出了距始 点处的零变形的距离，变形的幅度。图表的X轴示出了沿如所述的定子端绕组2的圆周从0° 到360°的角位置，其为ξ。定子端绕组2处的位置A、B、C也在图表中以90°处的A、210°处的B和 330°处的C绘出。如图表中可见，径向位移在位置A处给出了+ 1作为标称大小。在位置B处，位 移以-0.5给出，在位置C处，位移以-0.5给出。假定的径向位移以图表中连接点A、B、C的实线 示出。围绕整个圆周的位移为假定值或内插值，因为在该示例中，位移仅在三个位置A、B、C 处测量。在定子端绕组2的边缘处沿切向方向的位移由图表中的虚线示出。切向方向为由与 定子端绕组2和定子1的壳体4相切的箭头表示的方向。如图可见，沿切向方向的位移在位置 A处为零，在位置B处为-0.87,且在位置C处为-0.5。此类变形由2节点形状表示。在2节点形 状中，呈现了沿垂直和/或水平方向的移动。用语节点在IEC CD 60034-23规范（2015-01-23)中限定。大体上，在节点处，测量不到沿径向方向的变形。在左下方的定子端绕组2的示 意图中，定子端绕组2的位移不同于左上方的位移。此不同位移由位置B、C处沿径向方向和 切向方向的不同方向的箭头示出。如图3中可见，该示例中的圆锥相比上方的圆锥在水平方 向上受到更强压缩，使得水平直径暂时减小。此类变形由4节点形状表示，相比于上方圆锥 的一个瓣，该变形具有两个瓣。4节点形状具有圆锥的正面圆的椭圆变形，这意味着两个直 径相对的点处的向外的径向移动，以及另外两个直径相对的点处的向内的径向移动。定子 端绕组2的变形由若干节点形状(2节点、4节点、6节点、8节点）的限定构成，这里2节点和4节 点形状以其对应的份数测量。因此，节点根据定义没有径向方向的变形，变形关于节点测 量。沿径向方向测得的位移在底部示例中等同于上方的示例的位移。径向位移分别在位置 A、B、C处再次为+ 1.0、-0.5、-0.5。底部圆锥处的临时变形沿垂直方向和水平方向，8卩，底部 圆柱的边缘水平地且垂直地移位。两个示例（2节点形状和4节点形状)是操作中的典型偏 移。通过根据图3的该示例，阐释了定子端绕组2的明确位移不能仅从径向位移的测量推断 出。这至少对于三个位置处的测量是如此。底部示例中的切向位移在分别以A、B、C标出的 120°角距离的位置处测得为0、+0.43、-0.43。切向位移由图表中的虚线示出。切向位移基 本上贡献了定子端绕组2的整个位移。如图3中所示，在现有技术水平下完成且由实线示出 的径向位移的测量并未提供振动的全部效果。通过仅测量径向幅度和相位，左上方和左下 方的变形解释为相同的，尽管存在不同变形。这导致了上方和下方的两个示例的变形相同 的错误结论。如本发明公开那样，将切向幅度和相位的测量结果加入径向幅度和相位的测 量结果确保了操作者可接收到足够的数据来断定实际的变形或位移。因此，本发明提供了 真实形状分析。将观察到，这些真实形状分析通常仅在应用典型地六个传感器(最少5个传 感器)的情况下实现。本发明允许了仅以三个传感器6来测量物理变形。由此，考虑了变形的 2节点和4节点份数。
[0013]图4示出了类似于图2的定子端绕组2的示意图。在定子端绕组2处，三个传感器6附 接在位置A、B、C处。传感器6适合用于测量由电机的操作或维护中的振动引起的位移。根据 本发明的示例，传感器6测量定子端绕组2沿径向方向的给定的三个位置处的位移。传感器6 还测量定子端绕组2沿切向方向的位移。测量数据从传感器6传输至接收和储存数据的测量 装置5。传输的数据基本上为在图3下描述且在图表中示出的数据。来自测量装置5的测量数 据传输至计算单元8。在计算单元8中储存了查找表，以将来自定子端绕组2的测量数据与储 存的经验数据相比较。关于径向位移的数据和关于切向位移的数据分配到定子端绕组2的 位移方案。例如，来自图3的上方的数据在径向方向上为+1.0/-0.5/-0.5,在切向方向上为 0.0/-0.87/+0.87,其分配到根据图3的左上方的变形图。类似地，来自图3的底部的数据在 径向方向上为+1.〇/-〇. 5/-0.5，在切向方向上为0.0/+0.43/-0.43，其分配到根据图3的左 下方的变形图。为了找出真实（即，物理上存在）的定子端绕组2处的共同旋转和反旋转波， 可使用以下两个物理特征： 1.如果使用用于振动测量的圆柱坐标系，则切向振动具有90度的滞后相位。这意味着 对于共同旋转波的-90度和对于反旋转波的+90度的相移。
[0014] 2.两节点形状的切向振幅与径向振动具有相同幅度，但仅在另一个位置。然而， 切向振动的幅度为4节点形状中的径向振幅的一半。两个特征均可用于制定从2节点分析获 取"真实"2节点内容的数学方程。复杂的径向和切向相量在图5的图中在左侧示出，具有径 向共同旋转空间相量和切向共同旋转空间相量。在图5的右侧，示出了由计算单元8 中储存和运行的计算机程序在计算单元8中实现的分解之后的对应的复杂图表。在图5中的 右侧，示出了计算的共同旋转相量，其代表沿径向方向的正确位移，真实旋转波。相应 地，示出了计算的共同旋转相量，其代表沿切向方向的正确位移，且从％,；：，旋转-90°。 对于:| :<;和:|$.，还示出了错误地推断的空间相量焉^和1^，其在未应用本发明的情况下 计算出。关于位移的这些错误推断尤其在类似于图3底部所示的这些的4节点形状中出现。
[0015] 对于以下方程，应用了以下约束条件。
[0016] Μ m代表径向振动的物理共同旋转和反旋转2节点波的相量； 代表径向振动的物理共同旋转和反旋转4节点波的相量； A ^对于径向振动测量获得的用于2节点形状分析的计算结果； / ，对于切向振动测量获得的用于2节点形状分析的计算结果； 以下是用于共同旋转空间相量的分解的方程（1)。
[0017] 以下是用于反旋转空间相量的分解的方程(2)。
[0018] 对于4节点形状的共同旋转相量，应用以下方程(3)。
[0019] 对于4节点形状的反旋转相量，应用以下方程(4)。 》：.、u..?.,.???.Ι. '令）
[0020] 测量数据和分配的变形图在连接到计算单元8的显示器10处显示给操作者。可改 变显示数据的格式以移动图，该图实时示出围绕定子端绕组2的圆周，和/或绘出频域或谱 域中的数据。允许操作者在操作中获得定子端绕组2的偏移形状。
[0021] 尽管参照其示例性实施例详细描述了本发明，但本领域的技术人员将清楚在不脱 离本发明的范围的情况下可进行各种改变，且使用等同方案。出于图示和描述的目的呈现 了本发明的优选实施例的以上描述。不意在使其为详尽的或将本发明限于公开的精确形 式，且改型和变型根据以上教导内容是可能的，或可从本发明的实施获得。选择和描述了实 施例，以便阐释本发明的原理和其实际应用，以允许本领域的技术人员以适于构想的特定 使用的各种实施例来使用本发明。意在使本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 用于测量电机的定子端绕组(2)处的振动的测量方法，具有以下步骤： 一将传感器(6)布置在所述定子端绕组(2)处的不同位置处， 一利用所述传感器(6)测量所述振动， 一利用所述传感器(6)测量径向振动和切向振动的幅度和相位， 一借助于所述径向振动和所述切向振动的测得的幅度和/或相位推断由于振动引起的 所述定子端绕组(2)的位移。2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述推断的位移分配到所述定子端绕 组(2)的操作偏移形状。3. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，用于测量所述振动的所述传感器(6) 布置在所述定子端绕组(2)处的等距位置处。4. 根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述分配的操作偏移形状为四节点操 作偏移形状，其中所述偏移形状由所述定子端绕组(2)处的四个节点的偏移限定。5. 用于测量电机的定子端绕组(2)处的振动的测量装置(5)，包括:布置在所述定子端 绕组（2)的不同位置处的三个传感器(6)，其测量径向振动和切向振动的幅度和相位，以及 计算单元(8)，其用于借助于所述径向振动和所述切向振动的测得的幅度和/或相位推断由 于振动引起的所述定子端绕组(2)的位移。6. 根据权利要求5所述的用于测量所述定子端绕组(2)处的振动的测量装置(5)，其特 征在于，所述计算单元(8)将所述位移分配到所述定子端绕组(2)的操作偏移形状。7. 根据权利要求6所述的用于测量所述定子端绕组(2)处的振动的测量装置(5)，其特 征在于，所述计算单元(8)基于2节点形状和/或4节点形状推断所述定子端绕组(2)的所述 操作偏移形状。8. 储存在计算单元(8)上以用于处理根据权利要求1所述的测量方法的计算机程序。
【文档编号】G01H1/12GK106017661SQ201610176238
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】P.U.阿伦德
【申请人】通用电器技术有限公司