[发明专利]用于监测电机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测电机、特别是发电机的方法，所述电机具有转子结构，所述转子结构沿着可转动的轴安装在定子内且与定子一起围出气隙，其中，测量信号借助于至少一个传感器被探测和评价，所述传感器设置在气隙内或定子内，所述测量信号依赖于电机产生的磁场。

背景技术

电机将机械能转化为电能(发电机模式)或将电能转化为机械能(电动机模式)。转化基于洛伦兹力，所述洛伦兹力作用于磁场中的运动物体。

示例性地而非任何限制性地，下文涉及如同发电机操作的电机。特别地，陈述涉及大的技术设备，例如大的同步发电机、例如用于工业发电的那些同步发电机。

发电机具有转子，所述转子安装在轴上且在静止的定子内以转子转动频率转动。在转动过程中，电机产生旋转的恒定磁场，所述磁场在定子绕组中感生出正弦电压，从而产生正弦电流。转子的恒定磁场通过有电流流过的绕组产生，且绕组设置在与转动轴线平行地延伸的槽中。在大的技术设备中，绕组例如包括空心金属条，所述金属条的外表面借助于塑料层彼此电绝缘。冷却介质通常在空心金属条的内部中循环。

电机、特别是大型发电机在操作过程中被监测，特别是以便在早期识别轴的振动或其原因，以及以这种方式使得可避免损坏机器。

轴的振动优选以扭转振荡、摆动振荡和/或弯曲振荡的形式产生。扭转振荡是使得沿着轴具有不一致的转动频率从而在轴中产生扭转的振荡。示例性地，它们可由陡然的负载变化引起。扭转振荡是非常小的振荡，通常相位幅度为0.01°左右，但可在轴上产生非常高的载荷。扭转振荡发生的频率依赖于材料特性、轴的粗度、与轴连接的质量以及设备尺寸。

摆动振荡是工频(通常为50或60Hz)左右的轴的转动频率的准周期阻尼变化，这例如由成电源的电涌的形式的干扰引起，且同样对轴具有扭转作用。然而，与已经提及的扭转振荡相比，摆动振荡通常使得轴转动的瞬时角速度和转动运动的瞬时相位产生明显较慢的变化。例如，在用于工业发电的具有通常为50或60Hz的转子额定转动频率的大型发电机的情况下，扭转振荡以100-300Hz的典型频率产生，摆动振荡以5-10Hz的典型频率产生。

而且，振动也可由转子匝间短路或通过由转子产生的磁场的非均匀的极布置引起。

为了防止损坏电机，在较大的振动产生时关断电机。

US 3,506,914公开了一种方法，借助于所述方法，转子匝间短路可被探测到，如上所述，转子匝间短路可导致振动。所谓的杂散场测量用于探测转子匝间短路，其中，由转子产生的且与转子表面相切的杂散磁场借助于气隙传感器探测，所述气隙传感器在气隙中装配在转子与定子之间。这利用了以下事实：匝间短路使得杂散场产生了可在气隙中测量的变化。

公开于多个文献例如US 3,934,459，US 3,885,420，US 4,148,222，US 4,137,780，US 4,317,371中的用于确定轴振荡的另一方法在于，带齿的轮连接到轴，以在转子和定子的外部探测轴的扭转振荡，所述带齿的轮在轴的转动过程中在一个或多个圆周布置的传感器中产生周期性的测量信号，其周期依赖于齿的数目和轴的转动频率。轴的扭转振荡产生探测的信号的相位或频率调制。然而，该方法具有的不足是，带齿的轮必须被提供作为信号发射器。事后安装可能是不可能的或是困难的，且可能与相当高的成本有关。

从US 4,444,064公知的一种用于探测扭转振荡的方法是，首先向轴施加磁性图案，所述磁性图案在操作过程中充当脉冲发射器。

US 4,793,186公开了一种用于扭转测量的测量仪器，所述测量仪器连接到永磁发电机的相位绕组端子，所述绕组端子耦合到发电机的轴。扭转振荡通过评价产生的电压推出，即借助于锁相环技术通过频率解调推出。该方法仅可用于具有永磁体发电机的系统，而且相当不准确。

另一种用于探测沿着发电机轴的扭转振荡的可能方法描述于JP 52110449中。这基于对发电机中的相位端子电流的测量和评价。该方法也相当不准确，而且对于相对较高的频率需要电流变换器。

上述方法仅涉及扭转振荡的测量，而不涉及探测弯曲振荡。

相比，EP 1 537 390 B1公开了一种方法，借助于所述方法，不仅扭转振荡、而且摆动振荡和弯曲振荡都可被探测。为此，在轴上产生的轴电流和/或轴电压被引出并在发电机的外部被评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于监测电机、特别是发电机的方法，以便能够可靠地探测沿着轴产生的基本所有的振荡形式。为此，需要尽可能低成本的、且也可根据使用时的发电机翻新的措施。