專利名稱:用于離線測試電機的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于檢測電機(例如感應(yīng)電機和異步電機)中的轉(zhuǎn)子和定子故障
的方法和設(shè)備。
背景技術(shù):
電機具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。例如在工業(yè)生產(chǎn)中,電機被用于驅(qū)動泵、傳送帶、高架吊車、風(fēng)扇等。適用于特定應(yīng)用的電機為用戶提供了許多優(yōu)點,這主要是由于電機的長壽命以及只需要有限的維護。對于長電機壽命的一個基本要求是在電機的轉(zhuǎn)子或定子中沒有任何故障或缺陷。普通類型的轉(zhuǎn)子故障是例如轉(zhuǎn)子條中出現(xiàn)斷開或裂縫/折斷、在轉(zhuǎn)子的焊縫或焊接接點處的過高電阻、過大的氣孔(鑄造轉(zhuǎn)子的結(jié)果)以及在氣隙內(nèi)相對于定子的轉(zhuǎn)子偏移。普通類型的定子故障是例如繞組各匝間的絕緣故障、同相各繞組之間的絕緣故障、不同相繞組之間的絕緣故障、繞組和地/電機殼體之間的絕緣故障、污染的繞組(也就是雜質(zhì),例如濕氣、灰塵或由于過熱而燒焦的絕緣)、在三角形連接的電機中繞組匝的斷開以及在繞組端部和外部連接之間的接觸問題。 在測試三相電機時,通常是測量運行期間電流的基波分量,并比較三相的測量數(shù)據(jù)。通常,在這些測量中使用專用傳感器來獲得測量數(shù)據(jù)。 可以進(jìn)行在線測量和離線測量是公知的。在運行期間執(zhí)行的測量方法(在線測量)對于電網(wǎng)內(nèi)的干擾是很敏感的,所述電網(wǎng)內(nèi)的干擾也就是由與同一電網(wǎng)相連的其它機器(例如開關(guān)電源、熒光管設(shè)備等)產(chǎn)生的基波。這些干擾導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果,并且甚至可能會使得無法在電機上進(jìn)行測量。 當(dāng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)離線測試定子時,具有高能量含量的強力浪涌電壓被提供給電機,隨后分析獲得的指數(shù)衰減響應(yīng)以識別定子內(nèi)可能存在的故障。這種測量方法具有許多缺點,例如該方法可能會引起或加速/帶來完成初期的絕緣故障;該方法需要費時和復(fù)雜的計算以及解釋/分析;由于L和C的影響該方法會導(dǎo)致繞組內(nèi)脈沖傳播的問題;該方法需要與運輸/安裝問題相關(guān)的龐大且笨重的設(shè)備;并且該方法是一種昂貴的方法。W02005/106514公開了一種用于安全檢查電機的方法。該方法公開了在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時測量定子繞組的物理量,例如電流(D、電感(L)或阻抗(Z)。由此獲得與物理量相關(guān)的周期性測量數(shù)據(jù),并采集與至少兩個周期的周期性測量數(shù)據(jù)有關(guān)的測量數(shù)據(jù)。對于絕大多數(shù)三相異步電機來說,在轉(zhuǎn)子位置和物理量(1、L或Z)之間存在正弦關(guān)系,其在每一個相內(nèi)關(guān)于X軸對稱。根據(jù)該方法,對采集到的測量數(shù)據(jù)的兩個或多個半周期的至少基波之間的對稱性進(jìn)行對比。測量數(shù)據(jù)中的不對稱就表明轉(zhuǎn)子和/或定子故障。 在執(zhí)行W02005/106514中公開的方法時,轉(zhuǎn)子必須以相同大小的固定步長旋轉(zhuǎn)或者以恒定的速率連續(xù)旋轉(zhuǎn)。如果轉(zhuǎn)子未以固定步長或恒定速率旋轉(zhuǎn),則在測量數(shù)據(jù)中就會出現(xiàn)不對稱。通常,這種不對稱將表明轉(zhuǎn)子/定子故障,但是也可能是由于非連續(xù)的旋轉(zhuǎn)造成的。因此,以固定步長旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子或連續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子對于獲得可靠的結(jié)果是非常重要的。由于在某些情況下無論是通過連續(xù)旋轉(zhuǎn)還是以固定步長旋轉(zhuǎn)可能都難以獲得理想的轉(zhuǎn)子旋
4轉(zhuǎn),特別是在手動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時更是如此,因此在這些情況下,上述方法的這種要求可能就難
以f兩足。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供對上述方法和現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。 具體的目標(biāo)是提供一種有助于測量和分析/檢測轉(zhuǎn)子和定子故障并且消除了誤差來源的方法和設(shè)備,由此在執(zhí)行本發(fā)明的方法和使用本發(fā)明的設(shè)備時獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。 進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種用于測量和分析/檢測轉(zhuǎn)子和定子故障的方法和設(shè)備,
消除或減少了對于以恒定速率或通過固定且相等的步長旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的要求。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提供了一種用于離線測試電機的方法,該電機包括至少
一個定子繞組以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子。該方法包括 向至少一個定子繞組施加周期性的測試信號, 在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期采集與至少一個
定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù), 檢測第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值, 基于所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù), 檢測針對至少一個定子繞組的所述第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值, 確定至少一部分所述第二峰值的分布, 如果所述分布超出了預(yù)定的閾值,則提供表明所述轉(zhuǎn)子故障的信號。 上述方法的一個優(yōu)點是轉(zhuǎn)子不再如現(xiàn)有技術(shù)中要求的那樣必須以恒定速率或者
用固定且相等的步長旋轉(zhuǎn)。由于不再像現(xiàn)有技術(shù)中那樣必須對比第二測量數(shù)據(jù)的對稱性,
因此不需要連續(xù)的旋轉(zhuǎn),從而簡化了本發(fā)明的方法。在本發(fā)明的方法中,僅需要確定第二測
量數(shù)據(jù)的峰值以用于在測試期間指示轉(zhuǎn)子中的故障。 此外,已經(jīng)去除或減小了在現(xiàn)有技術(shù)中由于轉(zhuǎn)子的非連續(xù)旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的不對稱性所帶來的誤差源,獲得了更可靠的測試結(jié)果。 而且,在使用本發(fā)明的方法時,可以識別在出現(xiàn)至少一部分所述第二峰值的分布
時轉(zhuǎn)子中存在故障。所以不需要再進(jìn)行另外的測試以確認(rèn)故障是存在于定子中還是存在于
轉(zhuǎn)子中。因此,本發(fā)明的方法比現(xiàn)有技術(shù)的解決方案省時并且更加準(zhǔn)確。 物理量可以是定子繞組的電感(L)。測量定子繞組電感的優(yōu)點在于通常的定子和
轉(zhuǎn)子故障都會導(dǎo)致該特定繞組的電感的變化。因此,定子繞組的電感能夠被用于指示定子
/轉(zhuǎn)子故障。通過測量定子繞組的電感,不需要考慮定子繞組的內(nèi)部電阻。 物理量可以是定子繞組的阻抗(Z)。測量定子繞組阻抗的優(yōu)點在于通常的定子和
轉(zhuǎn)子故障都會導(dǎo)致該特定繞組的阻抗的變化。因此,定子繞組的阻抗能夠被用于指示定子/
轉(zhuǎn)子故障。測量定子繞組的阻抗通常是非常簡單的,這在繞組的內(nèi)部電阻已知時是很有利的。 電機可以是三相異步電機。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面,提供了一種用于離線測試電機的方法,該電機包括具有至少兩個定子繞組的定子以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子。該方法包括
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向至少兩個定子繞組施加周期性的測試信號, 在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期中采集與至少兩個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù), 檢測針對每一個所述定子繞組的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值, 基于針對每一個所述定子繞組的所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù), 形成針對每一個所述定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)的平均值, 如果所述平均值不同于預(yù)定模式,則提供表明所述定子故障的信號。 上述方法的一個優(yōu)點是轉(zhuǎn)子不再如現(xiàn)有技術(shù)中要求的那樣必須以恒定速率或者
用固定且相等的步長旋轉(zhuǎn)。由于不再像現(xiàn)有技術(shù)中那樣必須對比第二測量數(shù)據(jù)的對稱性,
因此不需要連續(xù)的旋轉(zhuǎn),從而簡化了本發(fā)明的方法。在本發(fā)明的方法中,僅需要確定第二測
量數(shù)據(jù)的平均值以用于在測試期間指示定子中的故障。 另外,在現(xiàn)有技術(shù)中由于轉(zhuǎn)子的不連續(xù)旋轉(zhuǎn)造成的不對稱所產(chǎn)生的誤差源已經(jīng)被消除或減少,從而得到了更加可靠的測試結(jié)果。 而且,在使用本發(fā)明的方法時,可以識別在平均值不同于預(yù)定模式時定子故障。所以不需要再進(jìn)行另外的測試以確認(rèn)故障是存在于定子還是轉(zhuǎn)子中。因此,本發(fā)明的方法比現(xiàn)有技術(shù)的解決方案省時并且更加準(zhǔn)確。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面,提供了一種用于離線測試電機的設(shè)備,該電機包括至少
一個定子繞組以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子。該設(shè)備包括 用于向至少一個定子繞組施加周期性的測試信號的裝置, 用于在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期中采集與至
少一個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù)的裝置, 用于檢測第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值的裝置, 用于基于所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù)的裝置, 用于檢測針對至少一個定子繞組的所述第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值的裝置, 用于確定至少一部分所述第二峰值的分布的裝置, 用于如果所述分布超出了預(yù)定的閾值,那么就提供信號指示所述轉(zhuǎn)子內(nèi)故障的裝置。 根據(jù)本發(fā)明的第四方面,提供了一種用于離線測試電機的設(shè)備,該電機包括具有至少兩個定子繞組的定子以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子。該設(shè)備包括
用于向至少兩個定子繞組施加周期性的測試信號的裝置, 用于在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期中采集與至少兩個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù)的裝置, 用于檢測針對每一個所述定子繞組的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值的裝置, 用于基于針對每一個所述定子繞組的所檢測的第一峰值構(gòu)成第二測量數(shù)據(jù)的裝
置, 用于構(gòu)成針對每一個所述定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)的平均值的裝置, 用于如果所述平均值不同于預(yù)定模式,那么就提供信號指示所述定子內(nèi)故障的裝置。 這兩種設(shè)備集中了先前所述方法的所有優(yōu)點。因此,先前討論的內(nèi)容也可以分別
6應(yīng)用于這些創(chuàng)造性的設(shè)備。
以下將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明,附圖示出了本發(fā)明的作為非限制性示例的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的優(yōu)選實施例的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于離線測試電機的方法的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于離線測試電機的方法的流程圖。 圖4是三相定子繞組的所檢測到的第二峰值和由該峰值構(gòu)成的平均值的示意圖。
具體實施例方式
首先參照圖1介紹可以在其中應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)。 參見圖1的框圖,現(xiàn)在介紹根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備13的優(yōu)選實施例。測量設(shè)備13包括控制單元l,其優(yōu)選地包括CPU la,程序存儲器lb,數(shù)據(jù)存儲器lc, A/D轉(zhuǎn)換器ld,電壓參考le,第一定時器(A)lf,第二定時器(B) lg,以及硬件乘法器lh。
測量設(shè)備13可以包括連接至控制單元1的顯示屏2。 測量設(shè)備13包括與控制單元相連的波形發(fā)生器3,其優(yōu)選地包括D/A轉(zhuǎn)換器3a,重構(gòu)濾波器3b和功率放大器3c。 測量設(shè)備13包括兩個通道的測量放大器4,其優(yōu)選地包括可調(diào)放大器4a,整流器4b,零點檢測器4c和電平轉(zhuǎn)換器4d。 測量設(shè)備13包括開關(guān)單元5,用于對測試對象IO提供輸入和輸出。連接至測量放
大器4輸入端的開關(guān)單元優(yōu)選地包括繼電器5a和模擬多路復(fù)用器5b。 此外,測量設(shè)備13還包括參考測量電阻6,其連接在開關(guān)單元5和測量放大器4的
輸入端之間。 測量設(shè)備13包括電源設(shè)備8,其優(yōu)選地包括一個或多個電池8a,電池充電設(shè)備8c,一個或多個電壓調(diào)節(jié)器8c以及LCD偏壓發(fā)生器。 此外,測量設(shè)備優(yōu)選地還包括一個或多個模擬輸入9a和數(shù)字輸入9b 。控制單元1根據(jù)存儲在存儲器lb中的程序指令監(jiān)視和控制顯示屏2、波形發(fā)生器3、測量放大器4、開關(guān)單元5、參考測量電阻6、高壓發(fā)生器7和電源設(shè)備8,并根據(jù)特定的程序指令記錄和計算輸出數(shù)據(jù),結(jié)果可以在顯示屏2上示出。更具體地,控制單元1控制波形發(fā)生器3以產(chǎn)生正弦信號,其頻率范圍優(yōu)選為25-800Hz,并且其電壓優(yōu)選為1Vrms。產(chǎn)生的電壓通過功率放大器3c和開關(guān)單元5被加至測試對象10。這樣產(chǎn)生的電流在測量電阻6的兩端產(chǎn)生電壓,測量放大器4被控制用于分別測量測試對象和測量電阻6兩端的電壓。 第一過零點檢測器4c的第一輸入端連接至波形發(fā)生器3的輸出端。該輸出表示測試對象IO兩端的電壓的相移。第二過零點檢測器4c連接至放大器4a的輸出端,該放大器4a是可調(diào)的,以便和測量電阻6匹配,并且其輸出信號代表通過測試對象10的電流的相移,由此測量相角Fi。 上述的連接使得能夠計算通過測試對象10的電流(I)。其還使得能夠計算阻抗(Z)、電感(L)和電阻(R)。還測量了相角Fi??刂茊卧猯需要用于實現(xiàn)上述測量/計算的
7程序指令被存儲在存儲器lb中。 在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子測試中,轉(zhuǎn)子位置l影響定子繞組中的電流(D、阻抗(Z)、電感(L)和相角(Fi)的測量值。這些測量值根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的位置而在最小值/最大值之間變化。通過在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間測量至少一個定子繞組中的任意的I,Z,L和Fi,確定測量量的第一峰值,形成第二測量數(shù)據(jù),然后根據(jù)第二測量數(shù)據(jù)確定峰值,并最終確定第二峰值的至少一部分的分布,即可檢測到任何存在的轉(zhuǎn)子不平衡,也就是說,如果至少一部分第二峰值的分布超出了預(yù)定閾值,則給出了在轉(zhuǎn)子內(nèi)有故障的指示??蛇x地,可以確定至少一部分第二峰值中的模式。如上所述,第二峰值的確定值取決于轉(zhuǎn)子的同心度,并且任何的定中心(centering)的誤差都將在第二峰值的數(shù)值中提供包絡(luò)線。因此即可檢測這樣的同心模式,表明轉(zhuǎn)子中的故障。 在轉(zhuǎn)子測試中,角度傳感器ll可以被連接至軸,其中測量值可以與轉(zhuǎn)子位置有關(guān),由此,該位置在例如在顯示屏2上呈現(xiàn)測量結(jié)果時成為控制因素。 在根據(jù)本發(fā)明的定子測試中,轉(zhuǎn)子位置l影響定子繞組中的電流(D、阻抗(Z)、電感(L)和相角(Fi)的測量值。這些測量值根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的位置而在最小值/最大值之間變化。通過在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間測量至少兩個定子繞組中的任意的I,Z,L和Fi,確定每一個定子繞組的測量量的第一峰值,形成第二測量數(shù)據(jù),然后根據(jù)每一個定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)確定峰值,然后基于每一個被測量的定子繞組的所述第二檢測峰值形成平均值,即可檢測到定子繞組中的測量量之間的任何異常。正常工作的轉(zhuǎn)子上的測量將產(chǎn)生基本幅值相等的平均值。因此,如果平均值不同于預(yù)定模式,則在定子中存在故障。可選地,可以檢測平均值的分布,其中取決于例如進(jìn)行測量時的環(huán)境因素,超出預(yù)定閾值的分布表明定子中的故障。如以下將要介紹的那樣,模式可以根據(jù)被測試電機的類型而有所不同。
現(xiàn)在參照圖2中的流程圖介紹根據(jù)本發(fā)明的用于表明轉(zhuǎn)子故障的測量方法。
在步驟200,啟動波形發(fā)生器3,由此產(chǎn)生周期性的測試信號,優(yōu)選地處于25-800Hz的范圍內(nèi)以及為1Vrms,并通過功率放大器3c和開關(guān)單元5被連接至測試對象10。 在步驟201,在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時采集與物理量有關(guān)的第一測量數(shù)據(jù),所述
物理量例如是電流I,阻抗Z或電感L。第一測量數(shù)據(jù)是從所施加的測試信號的一個或多個
波形周期中采集的。對于本發(fā)明的方法,不需要轉(zhuǎn)子的均勻連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 在步驟202,檢測在步驟201中采集的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值。 在步驟203,基于第一測量數(shù)據(jù)的第一檢測峰值形成第二測量數(shù)據(jù)。更具體地,在
該步驟中,提取第一峰值以形成第二測量數(shù)據(jù)。 在步驟204,檢測在步驟203中形成的第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值。 在步驟205,針對至少一個定子繞組確定第二測量數(shù)據(jù)的至少一部分峰值的分布
或模式。被用于確定分布或模式的該部分第二峰值可以分別全部是正值或者全部是負(fù)值。
可選地,如果使用了第二峰值的絕對值,那么可以更加自由地選擇該部分,例如前十個確定
的峰值,在檢測區(qū)間的中間段檢測到的十個確定的峰值,每個第三個確定的峰值或確定的
第二峰值中的任意其他部分。 在步驟206,如果分布超出了預(yù)定閾值或者如果模式不同于預(yù)定模式,則提供表明轉(zhuǎn)子故障的信號。如上所述,預(yù)定閾值被用于去除任何在測量任意其他變量時的不期望的
8干擾和誤差。信號可以被傳輸至顯示屏,并被變換為視覺表達(dá),或者信號可以被以任意其他的方式變換,以便與人或計算機交流以執(zhí)行和/或監(jiān)視測試。 現(xiàn)在參照圖3中的流程圖介紹根據(jù)本發(fā)明的用于表明定子故障的測量方法。
在步驟300,啟動波形發(fā)生器3,由此產(chǎn)生周期性的測試信號,優(yōu)選地處于25-800Hz的范圍內(nèi)并且為1Vrms,并通過功率放大器3c和開關(guān)單元5連接至測試對象10。周期性的測試信號在測試轉(zhuǎn)子的情況下被加至至少兩個定子繞組,其原因在于隨后要比較涉及不同定子繞組的數(shù)據(jù)。 在步驟301,在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,采集與物理量有關(guān)的至少兩個定子繞組的第一測量數(shù)據(jù),所述物理量是例如電流I,阻抗Z或電感L。第一測量數(shù)據(jù)是從施加的測試信號的一個或多個波形周期中采集的。對于該本發(fā)明的方法,不需要轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
在步驟302,檢測在步驟301中采集的針對每一個定子繞組的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值。 在步驟303,基于針對每一個定子繞組的第一檢測峰值形成第二測量數(shù)據(jù)。更具體地,在該步驟中,提取第一峰值以形成第二測量數(shù)據(jù)。 在步驟304,檢測在步驟303中形成的第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值。 在步驟305,形成針對每一個定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值的平均值。 在步驟306,確定所述平均值之間的相互關(guān)系。 在步驟307,如果該相互關(guān)系偏離預(yù)定關(guān)系或預(yù)定模式,那么就提供表明定子故障的信號。對于具有普通定子繞組的定子,預(yù)定模式可以是超出預(yù)定閾值的平均值分布。對于具有同心繞組的定子,預(yù)定模式可以是類似于階躍的形式,其中平均值的差是相同的(uniform)。 信號可以被傳輸至顯示屏,并被變換為視覺表達(dá),或者信號可以被以任意其他的方式變換,以便與人或計算機交流以執(zhí)行和/或監(jiān)視測試。 在步驟200和300中向定子繞組施加測試信號時,可以在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時通過在定子繞組連接的兩端進(jìn)行測量來采集步驟201和301中的第一測量數(shù)據(jù)。
電機可以是三相異步電機,或者是適合用于根據(jù)公開的方法進(jìn)行測試的其他類型的電機。 參照圖4A和4B,示出了檢測的第二峰值401a-n的示意圖。在圖中繪出了定子繞組AB的檢測的第二峰值401a-n。類似地,在圖中還繪出了每一個定子BC和CA的檢測第二峰值。如圖4A中所示,峰值401a-n具有的相互關(guān)系是它們具有相等的幅值,這表明轉(zhuǎn)子在正常工作,也就是說表明轉(zhuǎn)子正常工作的預(yù)定關(guān)系可以是峰值的幅值相等或者峰值由于轉(zhuǎn)子的設(shè)計而根據(jù)預(yù)定模式排列。與圖4A中所示的峰值相比,圖4B中示出的峰值404a-n的幅值不相等,而是略微地從期望值分散。該分布表明轉(zhuǎn)子沒有在正常工作,而是可能在電機內(nèi)被偏心設(shè)置??蛇x地,該分布可以是由于其他的轉(zhuǎn)子故障(例如上文提及的裂縫)造成的。 參照圖4A,對于每一個定子繞組AB、 BC和CA形成檢測的第二峰值的平均值402,并且在本發(fā)明的方法中使用三個定子繞組的平均值以確定相互關(guān)系或模式。在圖4A中,相互關(guān)系表明分別在定子繞組AB、 BC和CA之間都沒有發(fā)現(xiàn)偏離(或者沒有識別到超出預(yù)定閾值的偏離)。因此,定子在正常工作。
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相反,如果如圖4B中所示分別在定子繞組AB、BC和CA之間檢測到偏離,那么在定 子中就存在故障。該偏離可以是從預(yù)定的模式偏離,或者該偏離可以是定子繞組之間的平 均值的分散。 作為示例,現(xiàn)在將更加詳細(xì)地介紹在上述步驟201-204和301-304中提及的用于 采集第一和第二測量數(shù)據(jù)的測量方法。 啟動波形發(fā)生器3,由此產(chǎn)生周期性的測量信號,優(yōu)選地處于25-800Hz的范圍內(nèi) 并且為1Vrms,并通過功率放大器3c以及開關(guān)單元5與測試對象10和測量電阻6相連,并 可選地通過連接器端子(圖1中由X表示)連接。更具體地,通過啟動定時器(B)lg并上 載對應(yīng)于采樣時間tl的數(shù)值來啟動波形發(fā)生器3。當(dāng)定時器向下計數(shù)至O時,便產(chǎn)生中斷, 該中斷使CPU la在程序存儲器lb中存儲的表中檢索/查找1號采樣值,該值被提供給D/ A轉(zhuǎn)換器3a。與此同時,定時器(B)lg被重新啟動并重新加載tl的值。
通過在程序存儲器lb中檢索下一個采樣并將其提供給D/A轉(zhuǎn)換器3a,重復(fù)與定時 器(B) lg的每個中斷相關(guān)的該過程,并且在定時器(B) lg的每個中斷之后重復(fù)該過程,由此 產(chǎn)生一系列表示期望波形和采樣頻率1/tl的離散電壓電平。然后把該信號發(fā)送到低通/ 重構(gòu)濾波器3b,其功能是濾除采樣頻率和任何不期望的頻率分量,使得只留下期望的波形。 在將波形施加于測試對象IO之前,必須進(jìn)行阻抗匹配。這在功率放大器3c中進(jìn)行,波形從 功率放大器3c通過開關(guān)單元5中的繼電器被中繼到測試對象10。 測試對象10和測量電阻6兩端的電壓被分別記錄在測量放大器4中。這由CPU la實現(xiàn),其設(shè)置開關(guān)單元5中的繼電器5a和多路復(fù)用器5b,使得在串聯(lián)連接的測試對象10 和測量電阻6兩端的電壓被分別切換至相應(yīng)的可調(diào)放大器4a,4b。 CPU將放大器4a,4b設(shè) 置為最低的放大水平。然后把信號發(fā)送給整流器4c,在其中進(jìn)行全波整流,然后分別提供 給電平轉(zhuǎn)換器4e,其使得電平適合于A/D轉(zhuǎn)換器ld。在這種放大和開關(guān)狀態(tài)下,CPU la啟 動A/D轉(zhuǎn)換器ld,其通過基于軟件的峰值檢測器與電壓參考le —起返回兩個信號的峰值 電壓。使用這些峰值,CPU la選擇/計算每個通道的可調(diào)放大器的最佳放大水平并應(yīng)用它 們。在這些新的放大狀態(tài)下,CPU la再次啟動A/D轉(zhuǎn)換器ld,其通過基于軟件的第一峰值 檢測器與電壓參考le—起返回兩個信號的峰值電壓。使用這些峰值,CPU la驗證已經(jīng)獲得 了每個通道的可調(diào)放大器的最佳放大狀態(tài)。如果不是這種情況,也就是如果任何一個通道 被過度激勵,則CPU la可以將放大水平減小一個步長并應(yīng)用該減小的放大水平??蛇x地, 測量電阻兩端的信號可以非常低,以使得CPU將其解讀為好像沒有連接測試對象。優(yōu)選地, 波形發(fā)生器3的最大幅值也是已知的。 第一過零點檢測器的輸入端連接至波形發(fā)生器3的輸出端。輸出信號可以被認(rèn)為 表示測試對象10兩端電壓的相移。第二過零點檢測器連接至適合用于測量電阻6的可調(diào) 放大器的輸出端,且其輸出信號表示通過測試對象10的電流的相移。 然后進(jìn)行I、Z或L的測量。測量包括使用基于軟件的第一峰值檢測器采集第一測 量數(shù)據(jù)的第一峰值。在采集第一測量數(shù)據(jù)的同時以及在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間,可以同時地根據(jù)第 一測量數(shù)據(jù)形成峰值??蛇x地,可以已經(jīng)完成采集第一測量數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行根據(jù)第一測量 數(shù)據(jù)形成峰值。 然后進(jìn)行I、 Z和/或L的最小值和最大值的寄存/存儲的初始化。 隨后執(zhí)行基于軟件的第二峰值檢測,以便從轉(zhuǎn)子特征包絡(luò)線所得到的波形中檢測
10多個最小/最大周期。第二峰值檢測可以基本上基于與第一峰值檢測相同的軟件算法,但 是在輸入數(shù)據(jù)和處理的波形方面有所不同。用于第二峰值檢測器的輸入數(shù)據(jù)是從一個或多 個測量周期得到的測量結(jié)果,也即,來自第一峰值檢測器的輸出數(shù)據(jù)。測量的波形是獲得最 小值/最大值的基礎(chǔ),該測量的波形是轉(zhuǎn)子的特征包絡(luò)線,特征包絡(luò)線是正弦或其它形狀, 其來自足夠多數(shù)量的采集的測量結(jié)果之后形成的包絡(luò)線。 隨后,可以根據(jù)步驟205ff和305ff在后續(xù)的測量數(shù)據(jù)的分布或平均值確定中使 用從第二峰值檢測得到的結(jié)果。 另外,在進(jìn)行上述測量之前,設(shè)備優(yōu)選地通過測量輸入的自動轉(zhuǎn)換來啟動,目的是
為了測量由于外部干擾場而可能引發(fā)的任何干擾電壓電平(Uemi)(如果有的話)。如果該
電平太高,則在設(shè)備的顯示屏上顯示,從而允許用戶采取不同的措施來試圖降低干擾電平,
例如將測試對象接地等。因此,設(shè)備的確定過大干擾電壓電平(Uemi)的能力是一個非常有
利的特征,其原因在于過大的干擾電壓電平會導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果。 如果干擾電平足夠低,則設(shè)備優(yōu)選地自動進(jìn)行以下量的測量和/或計算 電阻(R),其被用于檢測連接器或繞組中的斷開、松動的連接、接觸電阻和直接短路。 阻抗(Z)和電感(L),其被組合起來用于檢測繞組中不同雜質(zhì)的存在。所述雜質(zhì)例 如可以是灰塵、濕氣或(由于過熱而)燒焦的絕緣的形式,所有這些都會導(dǎo)致被測繞組的電 容的微小變化。在大多數(shù)情況下,電容增加,這會造成阻抗Z的減小。此外,由于施加的測 試信號具有低的幅值因而電容值甚至更加起到支配作用,因此容性阻抗對阻抗具有較大的 影響(歐姆定律)。 在由于過熱而導(dǎo)致燒焦的絕緣的情況下,電容可能會反而減小,由此導(dǎo)致一相或 多相中的阻抗的增加。 如上所述,在所有的測量量當(dāng)中,電感L是最不容易由于定子故障而改變的量。由 于這個"慣性",對于L的測量結(jié)果可以被用作某種形式的參考或基準(zhǔn)線,用于和Z的改變相 比較。 不過,根據(jù)電機的類型,L和Z的值可能會不幸地在各相之間不同程度地變化。這 種變化的原因是轉(zhuǎn)子位置對轉(zhuǎn)子和定子之間的相對電感的影響在每一相中可能都是不同 的。 應(yīng)該理解本文中介紹的實施例可以有多種變形,這些變形仍將落在本發(fā)明由所附 權(quán)利要求定義的保護范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種用于離線測試電機的方法,該電機包括至少一個定子繞組以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子,該方法包括向至少一個定子繞組施加周期性的測試信號,在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期采集與至少一個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù),檢測第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值,基于所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù),檢測針對至少一個定子繞組的所述第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值,確定至少一部分所述第二峰值之間的相互關(guān)系,如果所述相互關(guān)系偏離了預(yù)定關(guān)系,則提供表明所述轉(zhuǎn)子故障的信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于至少一部分第二峰值的分布,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述分布超出預(yù)定的閾值的時刻。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于至少一部分第二峰值的模式,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述模式從至少一部分第二峰值的所述值的預(yù)定模式偏離的時刻。
4. 如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的方法,其中所述物理量是定子繞組的電感(L)。
5. 如權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的方法,其中所述物理量是定子繞組的阻抗(Z)。
6. 如權(quán)利要求1-5中的任意一項所述的方法,其中所述電機是三相異步電機。
7. —種用于離線測試電機的方法,該電機包括具有至少兩個定子繞組的定子以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子,該方法包括向至少兩個定子繞組施加周期性的測試信號,在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期采集與至少兩個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù),檢測針對每一個所述定子繞組的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值,基于針對每一個所述定子繞組的所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù),形成針對每一個所述定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)的平均值,確定所述平均值之間的相互關(guān)系,如果所述相互關(guān)系偏離了預(yù)定關(guān)系,則提供表明所述定子故障的信號。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于平均值的分布,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述分布超出預(yù)定的閾值的時刻。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于平均值的模式,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述模式從所述平均值的預(yù)定模式偏離的時刻。
10. 如權(quán)利要求7-9中的任意一項所述的方法,其中所述物理量是定子繞組的電感(L)。
11. 如權(quán)利要求7-10中的任意一項所述的方法,其中所述物理量是定子繞組的阻抗(Z)。
12. 如權(quán)利要求7-11中的任意一項所述的方法,其中所述電機是三相異步電機。
13. —種用于離線測試電機的設(shè)備,該電機包括至少一個定子繞組以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子,該設(shè)備包括用于向至少一個定子繞組施加周期性的測試信號的裝置,用于在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期采集與至少一個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù)的裝置,用于檢測第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值的裝置,用于基于所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù)的裝置,用于檢測針對至少一個定子繞組的所述第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值的裝置,用于確定至少一部分所述第二峰值之間的相互關(guān)系的裝置,用于如果所述相互關(guān)系偏離了預(yù)定關(guān)系,則提供表明所述轉(zhuǎn)子故障的信號的裝置。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于至少一部分第二峰值的分布,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述分布超出預(yù)定的閾值的時刻。
15. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于至少一部分第二峰值的模式,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述模式從至少一部分第二峰值的所述值的預(yù)定模式偏離的時刻。
16. —種用于離線測試電機的設(shè)備,該電機包括具有至少兩個定子繞組的定子以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子,該設(shè)備包括用于向至少兩個定子繞組施加周期性的測試信號的裝置,用于在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時,從測試信號的一個或多個波形周期采集與至少兩個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù)的裝置,用于檢測針對每一個所述定子繞組的第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值的裝置,用于基于針對每一個所述定子繞組的所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù)的裝置,用于形成針對每一個所述定子繞組的第二測量數(shù)據(jù)的平均值的裝置,用于確定所述平均值之間的相互關(guān)系的裝置,用于如果所述相互關(guān)系偏離了預(yù)定關(guān)系,則提供表明所述定子故障的信號的裝置。
17. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于平均值的分布,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述分布超出預(yù)定的閾值的時刻。
18. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備,其中所述相互關(guān)系對應(yīng)于平均值的模式,并且所述關(guān)系的偏離對應(yīng)于所述模式從所述平均值的預(yù)定模式偏離的時刻。
19. 如權(quán)利要求13-18中的任意一項所述的設(shè)備,其中所述物理量是定子繞組的電感(L)。
20. 如權(quán)利要求13-19中的任意一項所述的設(shè)備,其中所述物理量是定子繞組的阻抗(Z)。
全文摘要
公開了一種用于離線測試電機的方法,該電機包括至少一個定子繞組以及沿旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子。該方法包括向至少一個定子繞組施加周期性的測試信號,在轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,從測試信號的一個或多個波形周期中采集與至少一個定子繞組的物理量相關(guān)的第一測量數(shù)據(jù),檢測第一測量數(shù)據(jù)的第一峰值,基于所檢測的第一峰值形成第二測量數(shù)據(jù),檢測針對至少一個定子繞組的所述第二測量數(shù)據(jù)的第二峰值,確定至少一部分所述第二峰值之間的相互關(guān)系,如果所述相互關(guān)系偏離了預(yù)定關(guān)系,則提供表明所述轉(zhuǎn)子故障的信號。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于檢測定子內(nèi)故障的方法以及一種用于執(zhí)行所公開的方法的設(shè)備。
文檔編號G01R31/34GK101755221SQ200880025383
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者B·庫普 申請人:薩伯希股份公司