交流发电机定子线棒股线电流测试系统的制作方法

本实用新型涉及发电机定子线棒检测领域，具体涉及交流发电机定子线棒股线电流测试系统。

背景技术：

大型交流发电机定子线棒由很多根扁铜股线并绕后，在鼻端由并头套连接，另外为了增加大型交流发电机定子线棒的牢固性，采用挤压和胶化的方式将定子线棒各根股线紧密连接在一起，使得股线之间毫无缝隙。

由于定子线棒各根扁铜股线在端部和槽部所处的位置不同，导致所交链的漏磁通不同，使各根扁铜股线所产生的漏磁感应电动势不同，进而使股线间产生循环电流和环流损耗，最终引起各股线温度分布不均，严重影响大型交流发电机的安全运行。为了减小定子绕组环流损耗，改善股线温度分布，交流发电机定子线棒股线采用换位的方式，即将股线进行编织换位，改变定子线棒各股线在端部或槽部所处的位置。

为了衡量换位方式对循环电流的抑制效果，测量交流发电机定子绕组换位股线电流有重要意，目前的电磁式电流互感器、霍尔式电流互感器、Rogowski线圈式电流互感器等传感器都不能在定子线棒股线间进行埋设。

目前，为了方便对定子线棒股线电流的测量，将定子线棒端部的股线打开，以使每根股线间形成一定的间隙，然后埋设电流互感器进而测量出定子线棒各股线电流，该方法虽能实现股线电流的测量，但其破坏了大型交流发电机定子线棒结构，使得定子线棒各股线所交链的漏磁通与实际定子线棒各股线所交链的漏磁通不相同，导致测量的定子线棒股线电流不够准确，另一方面该方法对定子线棒结构将会造成永久性破坏性，不利于大型交流发电机定子线棒股线电流检测。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的交流发电机定子线棒股线电流测试系统，在不需要破坏定子线段端部结构就能够实现股线电流的测量。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种交流发电机定子线棒股线电流测试系统，其包括电源平台、定子线棒测试平台和定子线棒股线电流测试平台，电源平台包括两个电源装置，定子线棒测试平台包括具有凹槽的铁心和两根定子线棒，两根定子线棒呈上下排布的方式放置于铁心的凹槽内，每根定子线棒两端与一个电源装置连接；

定子线棒股线电流测试平台包括磁场采集器和信号转换模块，每根定子线棒的任一端部相同位置的两侧均设置有一个磁场采集器，两个磁场采集器通过信号转换模块与上位机通信，磁场采集器包括若干测量用PCB板，所有测量用PCB板通过连接件等间距固定于一体，每个测量用PCB板的板面边缘设置有一个霍尔元件。

进一步地，磁场采集器与其所在定子线棒端部的高度方向垂直，每个磁场采集器的测量用PCB板数目为定子线棒股线数量一半，每个磁场采集器的所有霍尔元件的测量位置均靠近所在定子线棒。

进一步地，霍尔元件的焊接位置处还设置有一与其连接的电容元件。

进一步地，相邻的测量用PCB板之间设置有尼龙垫片，尼龙垫片所在位置处的测量用PCB板上开设有定位孔，所有的测量用PCB板通过定位孔与连接件相配合固定为一体。

进一步地，连接件包括尼龙螺丝和与尼龙螺丝配合的尼龙螺母。

进一步地，每个电源装置包括相互连接的交流可调电源与单相降压变压器，每台单相降压变压器与一根定子线棒两端连接，两台单相降压变压器与两根定子线棒同一侧端部连接的线路上均设置有一个电流互感器，两个电流互感器均与同一多功能仪表连接。

进一步地，铁心由若干等间距排布、且具有凹槽的铁心段组成，相邻的铁心段之间的间隙构成通风沟。

进一步地，定子线棒股线电流测试平台还包括信号放大电路，磁场采集器通过信号放大电路与信号转换模块连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本方案在进行股线电流测量过程，直接将磁场采集器安装于定子线棒端部的两侧，可以在不破坏定子线棒端部结构的情况下，采用磁场采集器的多个霍尔元件对定子线棒端部不同位置的磁场进行采集，之后通过构建的定子线棒各股线电流和定子线棒端部不同位置磁场的关联方程得到每根股线电流。

通过这种方式实现了定子线棒同相槽和异相槽股线电流的准确测量，有利于大型交流发电机定子线棒环流检测，并可以对定子线棒换位方法做出优劣评价。

由于本方案的磁场采集器是由若干测量用PCB板等间距组装，方便组装和拆卸，方便测量定子线棒端部不同位置磁场，有利于构建定子线棒各股线电流和定子线棒端部不同位置磁场的关联方程，最终方便于定子线棒同相槽和异相槽股线电流的计算。

附图说明

图1为交流发电机定子线棒股线电流测试系统的简化原理框图。

图2为交流发电机定子线棒股线电流测试系统的细化原理框图。

图3和图4分别为磁场采集器的结构和安装位置示意图。

图5为焊接有霍尔元件和电容元件后测量用PCB板的结构示意图。

其中，1、电源平台；11、交流可调电源；12、单相降压变压器；13、电流互感器；14、多功能仪表；2、定子线棒测试平台；21、定子线棒；211、单根股线截面；22、铁心；221、铁心段；222、通风沟；3、定子线棒股线电流测试平台；31、磁场采集器；311、测量用PCB板；3111、霍尔元件；3112、电容元件；3113、定位孔；312、尼龙螺丝；313、尼龙垫片；314、尼龙螺母；32、信号放大电路；33、信号转换电路；34、上位机。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，该交流发电机定子线棒股线电流测试系统包括电源平台1、定子线棒测试平台2和定子线棒股线电流测试平台3。

如图2所示，电源平台1包括两个电源装置，每个电源装置包括交流可调电源11和单相降压变压器12，两个电源装置可分别独立为两个定子线棒21提供幅值和频率相同但相位不同的电流，定子线棒测试平台2包括具有凹槽的铁心22和两根定子线棒21，铁心22的凹槽内放置有两根呈上下排布的定子线棒21，每根定子线棒21两端与一个电源装置中的单相降压变压器12连接。

实施时，本方案优选采用的两根定子线棒均为槽部股线扭转换位，端部股线不扭转换位，采用这种方式后，可以降低定子线棒各股线电流和定子线棒端部不同位置磁场的关联方程的构建难度，方便股线电流的快速计算。

在实施时，本方案两台交流可调电源11均采用加州仪器CSW系列的高性能可编程交直流电源，两台单相降压变压器12均采用BK-7000VA，两台单相变压器12分别与两根定子线棒21两端连接，两台单相降压变压器12与两根定子线棒21同一侧端部连接的线路上均设置有一个电流互感器13，两个电流互感器13均与同一多功能仪表14连接，电流互感器13和多功能仪表14采用一体的ETCR4700三相相位伏安表。

两个电流互感器13分别用于测量两根定子线棒21的电流幅值、频率和相位，多功能仪表14用于显示和监测两个电流互感器13分别测量的两根定子线棒21的电流幅值、频率和相位，两个电流互感器13与两个电源装置相结合可以实现两根定子线棒21同相槽和异相槽的股线电流测量。

如图2所示，定子线棒股线电流测试平台3包括磁场采集器31和信号转换模块33，磁场采集器31通过信号转换模块33与外部的上位机34进行通信，磁场采集器31用于测量定子线棒21端部不同位置磁场，在实施时信号转换模块采用PCI1255数据采集卡。

如图3所示，磁场采集器31包括若干测量用PCB板311，所有测量用PCB板311通过连接件等间距固定于一体，每个磁场采集器31的测量用PCB板311数目为定子线棒21股线数量一半，测量用PCB板311的板面边缘设置有一个霍尔元件3111。

如图4所示，每根定子线棒21任一端部相同位置的两侧均固定有一个磁场采集器31，每个磁场采集器31的所有霍尔元件3111的测量位置均靠近所在定子线棒21，单根股线截面211为定子线棒21的端部股线截面，实施时，优选两根定子线棒21均在同一侧端部安装磁场采集器31。

磁场采集器31采用这种结构后，其可以在不破坏定子线棒21端部的股线结构，就能够实现其所在位置处磁场的采集，霍尔元件3111位置的设置可以使霍尔元件3111更邻近定子线棒21的股线，保证霍尔元件3111采集的磁场信号较强。

在本实用新型的一个实施例中，相邻的测量用PCB板311之间设置有尼龙垫片313，尼龙垫片313所在位置处的测量用PCB板311上开设有定位孔3113，所有的测量用PCB板311通过在定位孔3113与连接件相配合固定为一体。连接件包括尼龙螺丝312和与尼龙螺丝312配合的尼龙螺母314。

如图2所示，磁场采集器31固定于定子线棒21端部，并与定子线棒21端部的高度方向垂直，所有霍尔元件3111的焊接位置均邻近所在定子线棒21，一方面方便于测量定子线棒端部不同位置磁场，另一方面方便于定子线棒各股线电流与定子线棒端部不同位置磁场的关联方程的建立。

如图5所示，在霍尔元件3111的焊接位置处还设置有一与其连接的电容元件3112，电容元件3112可以保证霍尔元件3111供电电压稳定。实施时，本方案选用的霍尔元件3111采用贴片式A1324，供电电压为5V，电容元件3112采用0604封装的贴片电容。

如图2所示，实施时，本方案选用的具有凹槽的铁心22由若干等间距排布、且具有凹槽的铁心段221组成，相邻的铁心段221之间的间隙构成通风沟222，通风沟222的宽度为6mm。

铁心体22采用这种结构后，可以很好的模拟大型交流发电机内部的通风沟，这样可以尽量降低股线电流测量时的误差，以达到无限接近模拟大型交流发电机定子铁心结构。另外，通风沟222还可以方便定子线棒中的热量快速散出，避免定子线棒的电阻增大影响最终股线电流测量的准确性。

如图2所示，定子线棒股线电流测试平台3还包括信号放大电路32，磁场采集器31通过信号放大电路32与信号转换模块33连接，信号放大电路32用于将霍尔元件3111采集的电压进行放大和消除静态输出电压，之后再通过信号转换模块33将放大后的多路电压信号(多个霍尔元件3111采集的电压信号)转化成数字信号存储于上位机34内。

上位机34通过霍尔元件3111输出电压和其灵敏系数得到霍尔元件3111所在位置的磁场强度，之后再采用得到的磁场强度和构建的定子线棒21各股线电流和定子线棒21端部不同位置磁场的关联方程得到每根股线的电流。

该交流发电机定子线棒股线电流测试系统测量股线电流的方法为：

将磁场采集器31安装于每根定子线棒21端部两侧，并记录每个霍尔元件3111位于定子线棒21端部所处的测量位置，在安装磁场采集器31时，需将磁场采集器31沿定子线棒21端部的高度方向上垂直固定，且所有霍尔元件3111的位置靠近所测定子线棒21，以便测量较大磁场。

调节电源装置电压幅值和电压相位，直至两根定子线棒21上的电流幅值和频率相等，同时记录两套电源装置中的交流可调电源11的输出电压幅值和电压相位。

当两根定子线棒21为同相槽或异相槽时，获取每个霍尔元件3111输出的电压；当两根定子线棒21上的电流幅值和频率相等，且两根定子线棒21的相位差为0°时为同相槽；当两根定子线棒21上的电流幅值和频率相等，且两根定子线棒21的相位差为30°时为异相槽。

计算霍尔元件3111所在测量位置处的磁场强度：

其中，B为霍尔元件所在测量位置处的磁场强度；U_H为霍尔元件输出电压；k_H为霍尔元件的灵敏系数。

采用构建的定子线棒21各股线电流与定子线棒21端部不同位置磁场的关联方程，计算两根定子线棒21的每根股线的股线电流：

其中，I₁～I_2n分别为第1～2n根股线电流；B₁～B_2n分别为第1～2n个霍尔元件3111在定子线棒21端部测量的磁场强度；k_(1,1)～k_(2n,2n)分别为霍尔元件3111所在测量位置的磁场与各股线电流的比例系数；k_(1,1)～k_(1,2n)为第一个霍尔元件3111所在测量位置的磁场与第1～2n股线电流的比例系数；k_(1,1)～k_(2n,1)为第1～2n个霍尔元件3111所在测量位置的磁场与第一个股线电流的比例系数；n为两根定子线棒21的股线数。

本方案通过霍尔元件3111测量得到的磁场，结合所构建的定子线棒21各股线电流与定子线棒21端部不同位置磁场的关联方程，能够在不破坏定子线棒21端部结构的情况，准确地测量两根定子线棒21每根股线的股线电流。