专利名称：基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及一种能够在线诊断同步电机是否存在静止励磁装置故障的方法，属测 试技术领域。
背景技术：
静止励磁装置故障是同步电机的常见故障，通常包括碳刷压紧力不当、松动、偏 心、有凹凸点或灼伤等问题，这类故障会使碳刷与集电环之间接触不良、发生振颤，进而产 生过热点，造成集电环表面损坏，严重情况下会产生集电环火，导致励磁电压和电流不稳、 系统功率波动等一系列问题，若故障得不到及时有效处理，还可能进一步烧损碳刷、刷架和 集电环，造成转子一点接地及失磁等故障。目前针对静止励磁装置故障尚无有效的在线检 测方法，只能通过定期直观检查查找问题，这样的措施不能及时发现故障。因此，如何有效 在线检测同步电机的静止励磁装置故障是是有关技术人员当前所面临的难题，该项技术具 有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术之缺陷、提供一种简单易行、可靠性高且适用范 围广的基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法。本发明所述问题是以下述技术方案实现的
一种基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法，它利用探测线圈在线采集 同步电机脉冲磁通回路中的磁信号并利用数据采集仪对该信号进行显示和分析，若信号中 包含周期性的冲击脉冲或者冲击脉冲的密度突然增加，则表明碳刷与集电环之间存在接触 不良故障。上述基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法，用于采集同步电机脉 冲磁通的探测线圈套装于发电机转子轴承座或可倾式分块轴瓦的轴承顶块上，也可以套装 在发电机转轴上。本发明利用探测线圈和数据采集仪诊断同步电机的静止励磁装置故障，探测线圈 安装方便，不影响电机的正常运行，而且探测线圈的安装位置远离了机内的强磁场，可以保 证采集到的信号不失真。通过增加探测线圈的匝数可以保证诊断装置的抗干扰能力。该方 法简单易行、可靠性高且适用范围广，能够及时发现同步电机的静止励磁装置故障，保证同 步电机的正常运行。
下面结合附图对本发明作进一步详述。图1是静止励磁装置原理图； 图2是励磁系统等效电路；
图3是经简化后的励磁系统等效电路；
3图4是集电环电流分布图5是探测线圈在MI-5-1500型同步发电机组上测得的电压信号； 图6是局部电压信号的放大图7是探测线圈在MT-5-1500型同步发电机机组上测得的电压信号； 图8是探测线圈在MJF-30-6型同步发电机机组上测得的电压信号。图中及文中各标号为1、正极碳刷；1’、正极碳刷；2、负极碳刷；2’、负极碳刷；
i正极一碳刷与集电环间的接触电阻；S2、正极另一碳刷与集电环间的接触电阻；^、负 极一碳刷与集电环间的接触电阻；^、负极另一碳刷与集电环间的接触电阻m α、集电环电阻；j 、励磁绕组电阻；Jr、励磁绕组电抗；￡、励磁电势、碳刷与集电环 间接触电阻变化量；r、集电环半径；A、流过正极一碳刷的励磁电流；Z2、流过正极另一碳 刷的励磁电流；J、总励磁电流；為、电流Λ产生的轴向磁通/电流产生的轴向磁通； 0、轴向合成磁通。
具体实施例方式静止励磁装置故障最显著的特征是静止的碳刷与旋转的集电环间的接触阻抗的 变化造成的碳刷电流分配突变，本发明以一种较为简单的静止励磁装置为例，分析静止励 磁装置故障造成的同步电机局部磁场变化的基本原理，装置原理如图1。图1中1和1’两只碳刷为正极碳刷，2和2’两只为负极碳刷，同极碳刷间隔ISOt5、 异极碳刷间隔91^对称分布。图2为励磁系统的等效电路。集电环本身为铜制，相对于碳刷 与集电环间的接触电阻来讲，集电环本身的电阻非常小，即^ U <<H <<Rz
，Ri ^4,因此可以不考虑集电环自身的电阻，将电路中的U、K和^忽略,这样在 分析电路时可以采用图3的简化等效电路。令Z= Ji + JZ,在图 3 中战《丨R2 |Z| , R3 |Z|, i 4 ,假定任意时刻 发电机某极的两个碳刷至少有一个与集电环保持良好的接触，励磁电流/ 5*/|2|，为常数。以励磁电流/等于常数为前提，将正极碳刷与集电环间的接触电阻禺、氏组成的 并联电路作为研究对象，分析集电环故障造成接触电阻变化对两条支路电流的影响。正极 集电环电流Z1、Z2流通路径见图4，根据安培定则，电流产生轴向磁通我、5 ，其合成磁通为 K静止励磁装置正常状态
假设两个碳刷与集电环间的接触电阻相同，即馬，则流过两条支路的电流相等轴向磁通
权利要求
1.一种基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法，其特征是，它利用探测 线圈在线采集同步电机脉冲磁通回路中的磁信号并利用数据采集仪对该信号进行显示和 分析，若信号中包含周期性的冲击脉冲或者冲击脉冲的密度突然增加，则表明碳刷与集电 环之间存在接触不良故障。
2.根据权利要求1所述基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法，其特征 是用于采集同步电机脉冲磁通回路中磁信号的探测线圈套装于发电机转子轴承座或可倾 式分块轴瓦的轴承顶块上，或者套装于发电机转轴上。
全文摘要
一种基于磁场探测的同步电机静止励磁装置故障诊断方法，用于解决同步电机励磁装置故障的检测问题。其技术方案是该方法利用探测线圈在线采集同步电机脉冲磁通回路中的磁信号并利用数据采集仪对该信号进行显示和分析，若信号中包含周期性的冲击脉冲或者冲击脉冲的密度突然增加，则表明碳刷与集电环之间存在接触不良故障。该方法简单易行、可靠性高且适用范围广，能够使维修人员及时发现并处理同步电机的静止励磁装置故障，保证同步电机的正常运行。
文档编号G01R31/02GK102135601SQ201110046178
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者武玉才 申请人:华北电力大学(保定)