CN103176125A - 电机多功能电刷信号监测器 - Google Patents

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Abstract

电机多功能电刷信号监测器，属于测量技术，用于在线监测轴电流、轴电压、轴放电以及轴电刷脱落，克服现有的监测装置结构复杂、制造成本高、环面积大、易受干扰、现场安装选位和检修不便等不足。由轴电流监测耦合器、轴电压监测耦合器、前置信号调理器、轴电刷信号接入端子或接口、接远端显示装置的信号远传线连接端子或接口及组装电气元件构成整体监测器的载体组成。本发明的积极效果是：具有轴电流监测、轴电压监测、轴电刷接触脱落监测、轴放电监测的多路信号输出功能。结构紧凑、抗干扰、便于安装和维修，为电机轴承安全提供了保障。

Description

电机多功能电刷信号监测器
技术领域
本发明属于测量技术，具体涉及与电机轴承安全相关的轴电流、轴电压、轴放电、轴电刷可靠性的在线监测装置。
背景技术
电枢磁场的不对称分布将在发电机大轴产生感应电压即轴电压。一般汽轮发电机轴电压在0.5-2V之间,水轮发电机轴电压在10-30V之间。旋转机械在高速旋转过程中还将产生静电,为保护带电的转子和轴承，汽轮机轴在驱动侧通过滑环或电刷接地，水轮机发电机则通过水轮机大轴和水流接地。如果转子一侧的轴承座接地，通过大轴形成的回路阻抗变得很小，轴电压就主要施加在轴承的油膜上，一旦油膜遭到破坏，将会产生强大的轴电流，从而导致轴承严重受损。另外，如果在大轴、油膜、轴承之间出现频繁的放电现象，也会造成油膜劣化和轴承表面腐蚀，引起轴承润滑性能下降、温度升高，甚至导致事故的发生。因此，监测轴电压、轴电流是评估发电机轴承绝缘状况、防止事故发生的有效手段。 
 传统的轴电流互感器是一种特殊的含有铁芯的电流互感器，为实现精确的监测和信号远传，需要电流互感器具有较大的输出阻抗，因而要求铁芯具有很高的导磁率和较多的线圈绕组匝数，铁芯叠片的加工和成型工艺更是十分复杂，因此制造成本很高。此外，轴电流互感器含有较重的铁芯并具有较大的环面积，容易受到转子泄漏磁场的干扰，现场安装选位和检修也十分困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机多功能电刷信号监测器，用于在线监测轴电流、轴电压、轴放电以及轴电刷脱落，克服现有的监测装置结构复杂，制造成本高。环面积大，易受干扰、现场安装选位和检修不便等不足。
本发明的多功能电刷监测器，由轴电流监测耦合器、轴电压监测耦合器、前置信号调理器、轴电刷信号接入端子或接口、接远端显示装置的信号远传线连接端子或接口及组装电气元件构成整体监测器的载体组成。其中的轴电流监测耦合器包括电流互感器、低频、中频、高频阻抗匹配电路。其中的轴电压监测耦合器包括电压互感器、低频、中频、高频阻抗匹配电路。其中的前置信号调理器包括中频激励源、低通滤波、高通滤波、窄带滤波、信号调理单元。
为避免过大轴电流、轴电压超限损坏机组轴承组件或监测器电路元件，在轴电流监测耦合器中的互感器原边线圈与轴电刷构成的回路中串联限流保护组件；在轴电压监测耦合器中的互感器原边线圈与轴电刷构成的回路中串联过压保护组件。
本发明中选用的限流保护组件由一个慢速熔丝和一个静电泄放电阻并联组成。过压保护组件由一个快速熔丝和一组并联的分压电阻和高频旁路电容组成。
本发明中选用的高稳定性中频激励信号源是提供100KHz中频信号的信号源。
本发明的多功能电刷信号监测器以圆筒形环氧玻璃丝绝缘壳体作为载体：各元、部件置于壳体内，壳体上端设置轴电流信号接线端子和轴电压信号接线端子，壳体下部设置轴电流信号远传线接口、轴电压信号远传线接口、电刷接触可靠性信号远传线接口、轴放电信号远传线接口及电路工作电源接口，壳体内充硅胶，壳体下端配置兼作接地的不锈钢安装法兰。绝缘壳体内各元件的连接关系是：壳体上端轴电流信号接线端子连接轴电流监测电刷，接线端子位于绝缘壳体内的下端连接柔性导线连接环，连接环的下侧连接限流保护组件，限流组件下端连接电流互感器原边线圈，线圈的另一端作为接地点的底座。电流互感器副边线圈接阻抗匹配电路。绝缘壳体上端的轴电压信号接线端子连接轴电压监测电刷，位于绝缘壳体内的端子下端连接柔性导线连接环，柔性导线连接环下侧连接并联的分压电阻和高频旁路电容组成的过压保护组件，过压保护组件另一端连接电压互感器原边线圈，电压互感器原边线圈的另一端经快速熔丝接底座。电压互感器副边线圈接阻抗匹配电路。轴电流监测耦合器中的阻抗匹配电路和轴电压监测耦合器中的阻抗匹配电路共同接前置信号调理器。前置信号调理器的信号输出对应连接绝缘壳体下部的信号远传接口。
本发明的积极效果是：具有轴电流监测、轴电压监测、轴电刷接触脱落监测、轴放电监测的多路信号输出功能。结构紧凑，抗干扰、便于安装和维修，为电机轴承安全提供了保障。
附图说明
图1为本发明监测器主视图。
图2为本发明监测器俯视图。
图3为本发明监测器主视剖视图。
图4为电刷、电机轴位置关系图。
图5为本发明电流监测耦合电路原理图。
图6为本发明电压监测耦合电路原理图。
图7为本发明前置信号调理器中的中频激励及滤波、信号调理工作框图。
具体实施方式
参阅图5、图6、图7，设定元件参数并组成用于电流监测耦合的低频、中频、高频阻抗匹配电路，用于电压耦合的低频、中频、高频阻抗匹配电路，频率100KHz的中频信号激励源27-1、27-2，低通滤波器28-1、28-2，中频窄带滤波器29-1、29-2、高频宽带滤波器30。低频信号调理电路31-1、31-2，中频窄带信号调理电路32-1、32-2，高频信号调理电路33的前置信号调理器。
参阅图1、图2，在环氧树脂玻璃纤维绝缘圆筒25上配置上盖24和与绝缘圆筒下端配合的法兰底座8。上盖24与绝缘圆筒25之间有密封圈11。在上盖固定轴电流信号接线端子1、轴电压信号接线端子2。绝缘圆筒下部固定轴电流信号远传线接口3、轴电压信号远传线接口4、电刷接触信号远传线接口5-1（5-2）、轴放电信号远传线接口6、前置信号处理器工作电源接入口7。法兰盘上有接地螺钉9、安装螺杆孔23、安装螺杆10。
参阅图3、图4，绝缘筒内各元件的连接关系是：上盖上的轴电流信号接线端子1位于绝缘筒外的上端连接轴电流监测电刷34，位于绝缘筒内的下端连接柔性导线连接环12，连接环12的下侧连接由并联的慢速熔丝13（图5中F1）和静电泄放电阻14（图5中RI）构成的限流保护组件，慢速熔丝13和静电泄放电阻14的下端连接电流互感器原边线圈17的一端，线圈17的另一端接底座8。电流互感器副边线圈19接前置信号调理器21。上盖上的轴电压信号接线端子2位于绝缘筒外的上端连接轴电压监测电刷35，位于绝缘筒内的下端连接柔性导线连接环，柔性导线连接环下侧连接并联的分压电阻15（图6中RV）和高频旁路电容16（图6中CV）组成的过压保护组件，分压电阻15和高频旁路电容16的另一端连接电压互感器原边线圈18的一端，电压互感器原边线圈18的另一端经快速熔丝22（图6中的F2）接底座。电压互感器副边线圈20接前置信号调理器21。壳体内填充硅胶26。
本实施例的工作过程是：
1、电刷接触的可靠性监测
参阅图4、图5、图6，当电刷保持良好接触，折算到互感器副边19，20的等效阻抗很小；当电刷接触失效，折算到互感器副边19，20的等效阻抗很大。前置信号调理器内的中频信号源27-1、27-2经分压电阻R01、R02对电流、电压互感器副边19，20给定100kHz中频信号至T2(T5),C3、R1 (及C8、R4)构成中频高通网络，导通中频信号，阻断低频信号；C3-C4、R2-R3构成高频高通网络，导通高频信号（1MHz-20MHz），阻断中、低频信号。L1-L2 、C1-C2 ，L3-L4 、C6-C7，构成低通网络，旁路低频信号，阻断中、高频信号。电压、电流互感器副边 19，20 的中频电压信号通过窄带中频滤波器29经中频信号调理器30解调出轴电刷接触可靠性信号，连接到输出端子5，从而实现对电刷接触的可靠性监测。
2、监测轴电流信号
参阅图4、图5、图7，轴电流信号接入端子1，经慢速熔丝F1输入到电流互感器原边17，副边线圈检测出的交变电流经L1-L2 、C1-C2构成的低通网络引出（T1）连接到标准电阻Rref转变为电压信号输入到前置信号调理器，通过低通滤波器28-1，经低频信号调理电路31-1接信号远传连线电气接口3。一旦轴电流超过2A，慢速熔丝F1将熔断,切断轴电流的通路，对机组轴承起到保护作用。熔丝熔断后，RI充当临时的静电泄放电阻，大轴通过RI接地。
3、监测轴电压信号
参阅图4、图6、图7，轴电压信号经接线端子2，连接到分压电阻RV （CV为高频旁路电容）和电压互感器原边18，副边线圈20检测出的电压信号经L3-L4 、C6-C7构成的低通网络滤波后输入到前置信号调理器，通过低通滤波器28-2，经低频信号调理电路31-2接信号远传连线电气接口4。22（图6中 F2）为快速熔丝，若大轴误接入高电压，快速熔丝22瞬时熔断，切断电流通路。
4、监测轴放电信号
参阅图5、图6、图7，电流或电压互感器副边线圈18，20监测出的信号包含轴放电高频信号，通过C3、C4、C5、R1、R2、R3，C8 、C9、C10、R4、R5、R6阻容网络构成的高通滤波电路检出（T3 或T6），连接到前置信号调理器，经宽带有源滤波器30和高频信号调理电路33输至信号远传连线电气接口（6）。

Claims (5)

1.电机多功能电刷信号监测器，其特征是：由轴电流监测耦合器，轴电压监测耦合器，前置信号调理器，轴电刷信号接入端子或接口、连接远端显示装置的信号远传线连接端子或接口及组装电气元件构成整体监测器的载体组成；其中的轴电流监测耦合器包括电流互感器，低频、中频、高频阻抗匹配电路；其中的轴电压监测耦合器包括电压互感器，低频、中频、高频阻抗匹配电路；其中的前置信号调理器包括中频激励源、低通滤波、高通滤波、窄带滤波、信号调理单元。
2.根据权利要求1所述的电机多功能电刷信号监测器，其特征是：在轴电流监测耦合器中的互感器原边线圈与轴电刷构成的回路中串联限流保护组件；在轴电压监测耦合器中的互感器原边线圈与轴电刷构成的回路中串联过压保护组件。
3.根据权利要求2所述的电机多功能电刷信号监测器，其特征是：限流保护组件由一个慢速熔丝和一个静电泄放电阻并联组成；过压保护组件由一个快速熔丝和一组并联的分压电阻和高频旁路电容组成。
4.根据权利要求1所述的电机多功能电刷信号监测器，其特征是：其中的高稳定性中频激励信号源是提供100KHz中频信号的信号源。
5.根据权利要求1所述的电机多功能电刷信号监测器，其特征是：以圆筒形环氧玻璃丝绝缘壳体为载体：各元、部件置于壳体内，壳体上端设置轴电流信号接线端子和轴电压信号接线端子，壳体下部设置轴电流信号远传线接口、轴电压信号远传线接口、电刷接触可靠性信号远传线接口、轴放电信号远传线接口及电路工作电源接口，壳体内充硅胶，壳体下端配置兼作接地的不锈钢安装法兰，绝缘壳体内各元件的连接关系是：壳体上端轴电流信号接线端子连接轴电流监测电刷，接线端子位于绝缘壳体内的下端连接柔性导线连接环，连接环的下侧连接限流保护组件，限流组件下端连接电流互感器原边线圈，线圈的另一端作为接地点的底座，电流互感器副边线圈接阻抗匹配电路，绝缘壳体上端的轴电压信号接线端子连接轴电压监测电刷，位于绝缘壳体内的端子下端连接柔性导线连接环，柔性导线连接环下侧连接并联的分压电阻和高频旁路电容组成的过压保护组件，过压保护组件另一端连接电压互感器原边线圈，电压互感器原边线圈的另一端经快速熔丝接底座，电压互感器副边线圈接阻抗匹配电路，轴电流监测耦合器中的阻抗匹配电路和轴电压监测耦合器中的阻抗匹配电路共同接前置信号调理器，前置信号调理器的信号输出对应连接绝缘壳体下部的信号远传线接口。
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