用于測量定子端繞組處的偏移的測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測量定子端繞組處的偏移的測量方法及裝置。具體而言，本公開內(nèi)容涉及一種用于測量電機(jī)的定子端繞組處的偏移的方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序。公開了一種用于測量電機(jī)的定子端繞組處的振動(dòng)的測量方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序，具有以下步驟：將傳感器布置在定子端繞組處的不同位置處，利用傳感器測量振動(dòng)，利用傳感器測量徑向振動(dòng)和切向振動(dòng)的幅度和相位，借助于徑向振動(dòng)和切向振動(dòng)的測得的幅度和/或相位推斷由于振動(dòng)引起的定子端繞組的位移。
【專利說明】
用于測量定子端繞組處的偏移的測量方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開內(nèi)容涉及一種用于測量電機(jī)的定子端繞組處的偏移的方法及裝置。
[0002 ]該電機(jī)特別是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，諸如連接至燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)(渦輪發(fā)電機(jī))的同步發(fā)電 機(jī)，或連接至水輪機(jī)(水力發(fā)電機(jī))的同步發(fā)電機(jī)，或異步發(fā)電機(jī)，或者同步或異步電動(dòng)機(jī)， 或其它類型的電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003] 導(dǎo)電繞組由電機(jī)中的導(dǎo)體條與電氣線圈構(gòu)成。這些線圈或繞組通常由銅制成。繞 組置于電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子的芯板中的槽口中。繞組的端件在槽口上突出，且在高能發(fā)電機(jī) 的情況下關(guān)于容納在槽口中的主繞組部分彎曲。這里，尤其考慮了端繞組，或只考慮電機(jī)的 定子的端繞組。繞組的端件(在下文中稱為端繞組或定子端繞組)具有支撐件，其承載和加 強(qiáng)從定子的芯板突出的端繞組的高質(zhì)量(high mass)。發(fā)現(xiàn)在操作中，支撐件和端繞組以一 定頻率振動(dòng)。此外，發(fā)現(xiàn)這些振動(dòng)可引起對(duì)定子的破壞。盡管所有零件都高精度制造，但這 由電磁場和轉(zhuǎn)子失衡引起。因此，提出了對(duì)于測試操作和現(xiàn)實(shí)世界操作測量定子端繞組的 振動(dòng)。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，這借助于布置在定子端繞組處的普通振動(dòng)傳感器來完成。振動(dòng)傳 感器分別測量對(duì)應(yīng)的端繞組的偏移。隨后關(guān)于彼此評(píng)估偏移。在評(píng)估之后，可針對(duì)沿定子的 整個(gè)圓周的偏移采取措施來推斷出偏移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于測量定子端繞組處的偏移的備選方法及裝置。
[0005] 為此，提供了一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的測量方法、測量裝置，以及用于處理測量方 法的計(jì)算機(jī)程序。
[0006] 本發(fā)明的其它示例在從屬權(quán)利要求中描述。
【附圖說明】
[0007] 其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從通過附圖中的非限制性示例示出的測量方法、測量裝置和計(jì) 算機(jī)程序的優(yōu)選但非排他的實(shí)施例變得更清楚，在附圖中： 圖1示出了定子內(nèi)部的透視圖的一部分，定子具有分布成六個(gè)節(jié)段的端繞組和支承件， 其中用于傳感器的三個(gè)位置在終端處由數(shù)字1、2、3標(biāo)記； 圖2在簡化示意圖中示出為圓錐的類似于圖1的定子端繞組的視圖，以及坐標(biāo)系； 圖3示出了定子端繞組的兩種不同位移，其中對(duì)應(yīng)的圖表示出了關(guān)于由旋轉(zhuǎn)角度表示 的沿定子端繞組的位置的X軸上的沿定子端繞組的角度以及y軸上的位移長度； 圖4示出了類似于圖2的定子端繞組的示意圖，具有在傳感器的三個(gè)位置處的操作中的 定子端繞組的徑向、切向和軸向位移的計(jì)數(shù)方向、用于接收測量數(shù)據(jù)的測量裝置，以及計(jì)算 測量數(shù)據(jù)的位移的計(jì)算裝置； 圖5示出了復(fù)雜域中的兩個(gè)相量圖，其中左側(cè)為測得的共同旋轉(zhuǎn)的徑向和切向相量，且 右側(cè)為計(jì)算的共同旋轉(zhuǎn)的徑向和切向相量，其具有錯(cuò)誤推斷的共同旋轉(zhuǎn)的徑向和切向相 量。
[0008] 參考標(biāo)號(hào) 1定子 2定子端繞組 3支承件 4定子殼體 5測量裝置 6傳感器 8計(jì)算單元 10顯示器。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 參看附圖，這些示出了根據(jù)本發(fā)明的示例的測量方法和測量裝置的原理，其中相 似的參考標(biāo)號(hào)表示貫穿若干視圖的等同或?qū)?yīng)的部分。
[0010]圖1示出了定子1的一部分的透視圖，定子1具有端繞組2、布置在端繞組2處的支承 件3,以及在定子1的外面處的定子殼體4?？煽吹降氖牵ǔ６ㄗ拥睦@組在定子1內(nèi)部平行于 定子1的凹口對(duì)準(zhǔn)。如圖1中可見，用語端繞組2是指在兩端上突出定子1的凹口且通常彎曲 的端部。如圖1中可見，當(dāng)單獨(dú)的導(dǎo)體條向外彎曲時(shí)，端繞組2從圓錐形的定子內(nèi)部突出。端 繞組2終止于定子1的開口處，其中端繞組2連接至終端以傳導(dǎo)電流。詳圖以加粗的彎曲線標(biāo) 出以將圓周分成六個(gè)節(jié)段，其中三段圓周為1、2、3以示出傳感器6的位置。傳感器位置具有 與彼此的均勻距離，即，120°角距離的距離。因此，傳感器6的定位是等距的。傳感器6適于測 量定子端繞組2的偏移，傳感器6例如為三軸傳感器6,其布置成測量相對(duì)于定子端繞組2(尤 其是形成圓周的定子端繞組2的端部)的徑向和切向方向上的位置變化。
[0011] 圖2以簡化示意圖示出了類似于圖1的定子端繞組2的視圖，其中沿定子端繞組2的 內(nèi)部的線示出了定子1的徑向指引的端繞組2,以及端繞組2的圓錐形狀。普通的3維坐標(biāo)系 以代表普通空間定向的X軸、y軸和z軸示出。角度ξ繪制為示出沿由加粗的彎曲節(jié)段線示出 的定子端繞組2的邊緣的圓周在X軸和y軸的2維空間中的旋轉(zhuǎn)角。定子端繞組2的偏移沿定 子端繞組2的邊緣的圓周限定，其與沿圓周的路徑、偏移和位置非常相關(guān)。在圖2中，不存在 偏移，端繞組2的邊緣形成理想的圓周。
[0012] 圖3在左側(cè)示出了具有與理想圓周形狀不同的偏移或變形的兩個(gè)定子端繞組2的 示意性透視圖。在左上方，標(biāo)為A的位置處的變形沿向上的方向，在位置A處由方向向上的箭 頭示出。在與位置A有120°旋轉(zhuǎn)角距離的以B標(biāo)出的位置處，位移關(guān)于端繞組2的圓錐形幾何 形狀由一個(gè)箭頭在徑向方向且由另一個(gè)箭頭在切向方向限定。這同樣適用于與位置A和B有 120°旋轉(zhuǎn)角距離的以C標(biāo)出的位置。對(duì)應(yīng)于這些示例性位移或發(fā)生在電機(jī)的操作中的暫時(shí) 變形，在圖3的右上方示出的圖表指出左上方的定子端繞組2的位移。圖表的y軸示出了距始 點(diǎn)處的零變形的距離，變形的幅度。圖表的X軸示出了沿如所述的定子端繞組2的圓周從0° 到360°的角位置，其為ξ。定子端繞組2處的位置A、B、C也在圖表中以90°處的A、210°處的B和 330°處的C繪出。如圖表中可見，徑向位移在位置A處給出了+ 1作為標(biāo)稱大小。在位置B處，位 移以-0.5給出，在位置C處，位移以-0.5給出。假定的徑向位移以圖表中連接點(diǎn)A、B、C的實(shí)線 示出。圍繞整個(gè)圓周的位移為假定值或內(nèi)插值，因?yàn)樵谠撌纠?，位移僅在三個(gè)位置A、B、C 處測量。在定子端繞組2的邊緣處沿切向方向的位移由圖表中的虛線示出。切向方向?yàn)橛膳c 定子端繞組2和定子1的殼體4相切的箭頭表示的方向。如圖可見，沿切向方向的位移在位置 A處為零，在位置B處為-0.87,且在位置C處為-0.5。此類變形由2節(jié)點(diǎn)形狀表示。在2節(jié)點(diǎn)形 狀中，呈現(xiàn)了沿垂直和/或水平方向的移動(dòng)。用語節(jié)點(diǎn)在IEC CD 60034-23規(guī)范（2015-01-23)中限定。大體上，在節(jié)點(diǎn)處，測量不到沿徑向方向的變形。在左下方的定子端繞組2的示 意圖中，定子端繞組2的位移不同于左上方的位移。此不同位移由位置B、C處沿徑向方向和 切向方向的不同方向的箭頭示出。如圖3中可見，該示例中的圓錐相比上方的圓錐在水平方 向上受到更強(qiáng)壓縮，使得水平直徑暫時(shí)減小。此類變形由4節(jié)點(diǎn)形狀表示，相比于上方圓錐 的一個(gè)瓣，該變形具有兩個(gè)瓣。4節(jié)點(diǎn)形狀具有圓錐的正面圓的橢圓變形，這意味著兩個(gè)直 徑相對(duì)的點(diǎn)處的向外的徑向移動(dòng)，以及另外兩個(gè)直徑相對(duì)的點(diǎn)處的向內(nèi)的徑向移動(dòng)。定子 端繞組2的變形由若干節(jié)點(diǎn)形狀(2節(jié)點(diǎn)、4節(jié)點(diǎn)、6節(jié)點(diǎn)、8節(jié)點(diǎn)）的限定構(gòu)成，這里2節(jié)點(diǎn)和4節(jié) 點(diǎn)形狀以其對(duì)應(yīng)的份數(shù)測量。因此，節(jié)點(diǎn)根據(jù)定義沒有徑向方向的變形，變形關(guān)于節(jié)點(diǎn)測 量。沿徑向方向測得的位移在底部示例中等同于上方的示例的位移。徑向位移分別在位置 A、B、C處再次為+ 1.0、-0.5、-0.5。底部圓錐處的臨時(shí)變形沿垂直方向和水平方向，8卩，底部 圓柱的邊緣水平地且垂直地移位。兩個(gè)示例（2節(jié)點(diǎn)形狀和4節(jié)點(diǎn)形狀)是操作中的典型偏 移。通過根據(jù)圖3的該示例，闡釋了定子端繞組2的明確位移不能僅從徑向位移的測量推斷 出。這至少對(duì)于三個(gè)位置處的測量是如此。底部示例中的切向位移在分別以A、B、C標(biāo)出的 120°角距離的位置處測得為0、+0.43、-0.43。切向位移由圖表中的虛線示出。切向位移基 本上貢獻(xiàn)了定子端繞組2的整個(gè)位移。如圖3中所示，在現(xiàn)有技術(shù)水平下完成且由實(shí)線示出 的徑向位移的測量并未提供振動(dòng)的全部效果。通過僅測量徑向幅度和相位，左上方和左下 方的變形解釋為相同的，盡管存在不同變形。這導(dǎo)致了上方和下方的兩個(gè)示例的變形相同 的錯(cuò)誤結(jié)論。如本發(fā)明公開那樣，將切向幅度和相位的測量結(jié)果加入徑向幅度和相位的測 量結(jié)果確保了操作者可接收到足夠的數(shù)據(jù)來斷定實(shí)際的變形或位移。因此，本發(fā)明提供了 真實(shí)形狀分析。將觀察到，這些真實(shí)形狀分析通常僅在應(yīng)用典型地六個(gè)傳感器(最少5個(gè)傳 感器)的情況下實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明允許了僅以三個(gè)傳感器6來測量物理變形。由此，考慮了變形的 2節(jié)點(diǎn)和4節(jié)點(diǎn)份數(shù)。
[0013]圖4示出了類似于圖2的定子端繞組2的示意圖。在定子端繞組2處，三個(gè)傳感器6附 接在位置A、B、C處。傳感器6適合用于測量由電機(jī)的操作或維護(hù)中的振動(dòng)引起的位移。根據(jù) 本發(fā)明的示例，傳感器6測量定子端繞組2沿徑向方向的給定的三個(gè)位置處的位移。傳感器6 還測量定子端繞組2沿切向方向的位移。測量數(shù)據(jù)從傳感器6傳輸至接收和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的測量 裝置5。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)基本上為在圖3下描述且在圖表中示出的數(shù)據(jù)。來自測量裝置5的測量數(shù) 據(jù)傳輸至計(jì)算單元8。在計(jì)算單元8中儲(chǔ)存了查找表，以將來自定子端繞組2的測量數(shù)據(jù)與儲(chǔ) 存的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。關(guān)于徑向位移的數(shù)據(jù)和關(guān)于切向位移的數(shù)據(jù)分配到定子端繞組2的 位移方案。例如，來自圖3的上方的數(shù)據(jù)在徑向方向上為+1.0/-0.5/-0.5,在切向方向上為 0.0/-0.87/+0.87,其分配到根據(jù)圖3的左上方的變形圖。類似地，來自圖3的底部的數(shù)據(jù)在 徑向方向上為+1.〇/-〇. 5/-0.5，在切向方向上為0.0/+0.43/-0.43，其分配到根據(jù)圖3的左 下方的變形圖。為了找出真實(shí)（即，物理上存在）的定子端繞組2處的共同旋轉(zhuǎn)和反旋轉(zhuǎn)波， 可使用以下兩個(gè)物理特征： 1.如果使用用于振動(dòng)測量的圓柱坐標(biāo)系，則切向振動(dòng)具有90度的滯后相位。這意味著 對(duì)于共同旋轉(zhuǎn)波的-90度和對(duì)于反旋轉(zhuǎn)波的+90度的相移。
[0014] 2.兩節(jié)點(diǎn)形狀的切向振幅與徑向振動(dòng)具有相同幅度，但僅在另一個(gè)位置。然而， 切向振動(dòng)的幅度為4節(jié)點(diǎn)形狀中的徑向振幅的一半。兩個(gè)特征均可用于制定從2節(jié)點(diǎn)分析獲 取"真實(shí)"2節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的數(shù)學(xué)方程。復(fù)雜的徑向和切向相量在圖5的圖中在左側(cè)示出，具有徑 向共同旋轉(zhuǎn)空間相量和切向共同旋轉(zhuǎn)空間相量。在圖5的右側(cè)，示出了由計(jì)算單元8 中儲(chǔ)存和運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算單元8中實(shí)現(xiàn)的分解之后的對(duì)應(yīng)的復(fù)雜圖表。在圖5中的 右側(cè)，示出了計(jì)算的共同旋轉(zhuǎn)相量，其代表沿徑向方向的正確位移，真實(shí)旋轉(zhuǎn)波。相應(yīng) 地，示出了計(jì)算的共同旋轉(zhuǎn)相量，其代表沿切向方向的正確位移，且從％,；：，旋轉(zhuǎn)-90°。 對(duì)于:| :<;和:|$.，還示出了錯(cuò)誤地推斷的空間相量焉^和1^，其在未應(yīng)用本發(fā)明的情況下 計(jì)算出。關(guān)于位移的這些錯(cuò)誤推斷尤其在類似于圖3底部所示的這些的4節(jié)點(diǎn)形狀中出現(xiàn)。
[0015] 對(duì)于以下方程，應(yīng)用了以下約束條件。
[0016] Μ m代表徑向振動(dòng)的物理共同旋轉(zhuǎn)和反旋轉(zhuǎn)2節(jié)點(diǎn)波的相量； 代表徑向振動(dòng)的物理共同旋轉(zhuǎn)和反旋轉(zhuǎn)4節(jié)點(diǎn)波的相量； A ^對(duì)于徑向振動(dòng)測量獲得的用于2節(jié)點(diǎn)形狀分析的計(jì)算結(jié)果； / ，對(duì)于切向振動(dòng)測量獲得的用于2節(jié)點(diǎn)形狀分析的計(jì)算結(jié)果； 以下是用于共同旋轉(zhuǎn)空間相量的分解的方程（1)。
[0017] 以下是用于反旋轉(zhuǎn)空間相量的分解的方程(2)。
[0018] 對(duì)于4節(jié)點(diǎn)形狀的共同旋轉(zhuǎn)相量，應(yīng)用以下方程(3)。
[0019] 對(duì)于4節(jié)點(diǎn)形狀的反旋轉(zhuǎn)相量，應(yīng)用以下方程(4)。 》：.、u..?.,.???.Ι. '令）
[0020] 測量數(shù)據(jù)和分配的變形圖在連接到計(jì)算單元8的顯示器10處顯示給操作者。可改 變顯示數(shù)據(jù)的格式以移動(dòng)圖，該圖實(shí)時(shí)示出圍繞定子端繞組2的圓周，和/或繪出頻域或譜 域中的數(shù)據(jù)。允許操作者在操作中獲得定子端繞組2的偏移形狀。
[0021] 盡管參照其示例性實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚在不脫 離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行各種改變，且使用等同方案。出于圖示和描述的目的呈現(xiàn) 了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以上描述。不意在使其為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于公開的精確形 式，且改型和變型根據(jù)以上教導(dǎo)內(nèi)容是可能的，或可從本發(fā)明的實(shí)施獲得。選擇和描述了實(shí) 施例，以便闡釋本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用，以允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員以適于構(gòu)想的特定 使用的各種實(shí)施例來使用本發(fā)明。意在使本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于測量電機(jī)的定子端繞組(2)處的振動(dòng)的測量方法，具有以下步驟： 一將傳感器(6)布置在所述定子端繞組(2)處的不同位置處， 一利用所述傳感器(6)測量所述振動(dòng)， 一利用所述傳感器(6)測量徑向振動(dòng)和切向振動(dòng)的幅度和相位， 一借助于所述徑向振動(dòng)和所述切向振動(dòng)的測得的幅度和/或相位推斷由于振動(dòng)引起的 所述定子端繞組(2)的位移。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述推斷的位移分配到所述定子端繞 組(2)的操作偏移形狀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，用于測量所述振動(dòng)的所述傳感器(6) 布置在所述定子端繞組(2)處的等距位置處。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，所述分配的操作偏移形狀為四節(jié)點(diǎn)操 作偏移形狀，其中所述偏移形狀由所述定子端繞組(2)處的四個(gè)節(jié)點(diǎn)的偏移限定。5. 用于測量電機(jī)的定子端繞組(2)處的振動(dòng)的測量裝置(5)，包括:布置在所述定子端 繞組（2)的不同位置處的三個(gè)傳感器(6)，其測量徑向振動(dòng)和切向振動(dòng)的幅度和相位，以及 計(jì)算單元(8)，其用于借助于所述徑向振動(dòng)和所述切向振動(dòng)的測得的幅度和/或相位推斷由 于振動(dòng)引起的所述定子端繞組(2)的位移。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于測量所述定子端繞組(2)處的振動(dòng)的測量裝置(5)，其特 征在于，所述計(jì)算單元(8)將所述位移分配到所述定子端繞組(2)的操作偏移形狀。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于測量所述定子端繞組(2)處的振動(dòng)的測量裝置(5)，其特 征在于，所述計(jì)算單元(8)基于2節(jié)點(diǎn)形狀和/或4節(jié)點(diǎn)形狀推斷所述定子端繞組(2)的所述 操作偏移形狀。8. 儲(chǔ)存在計(jì)算單元(8)上以用于處理根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法的計(jì)算機(jī)程序。
【文檔編號(hào)】G01H1/12GK106017661SQ201610176238
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】P.U.阿倫德
【申請(qǐng)人】通用電器技術(shù)有限公司