RU2318184C1 - Device for inspecting air gap - Google Patents
Device for inspecting air gap Download PDFInfo
- Publication number
- RU2318184C1 RU2318184C1 RU2006128906/28A RU2006128906A RU2318184C1 RU 2318184 C1 RU2318184 C1 RU 2318184C1 RU 2006128906/28 A RU2006128906/28 A RU 2006128906/28A RU 2006128906 A RU2006128906 A RU 2006128906A RU 2318184 C1 RU2318184 C1 RU 2318184C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- detector
- additional
- receiving
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам контроля статических, а также динамических изменений зазоров между двумя металлическими объектами, связанными как с движением объектов относительно друг друга, так и с их деформацией и колебаниями (вибрацией) в процессе эксплуатации. Типичным примером таких объектов могут служить статор и ротор генераторов и мощных электродвигателей. Например, при сборке или эксплуатации больших сборных гидрогенераторов имеют место изменения формы ротора и статора и ее отклонение от идеальной формы. Такие отклонения могут быть постоянными или временными, связанными с изменениями режима работы, например мощности гидрогенератора. Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо исключить уменьшение зазора до величин меньше минимально допустимой величины. Значительная неравномерность поверхности ротора и статора, а также конструктивные особенности этих элементов делают нецелесообразным использование для таких измерений широко распространенных токовихревых проксиметров. Для проведения подобных измерений может использоваться виток провода, охватывающего сердечник статора [Dr. Mai Tu Xuan, prof. Jean-Jacques Simond, Stefan Keller, Roland Wetter. Unbalanced magnetic pull and air-gap monitoring for large hydrogenerators. Laboratory for electrical machines - Institut of Energy sciences, Lausanne, May, 2006, p.2-5].The invention relates to control devices for static as well as dynamic changes in the gaps between two metal objects associated with both the movement of objects relative to each other and their deformation and vibrations (vibration) during operation. A typical example of such objects is the stator and rotor of generators and powerful electric motors. For example, during the assembly or operation of large prefabricated hydrogenerators, there are changes in the shape of the rotor and stator and its deviation from the ideal shape. Such deviations can be permanent or temporary, associated with changes in the operating mode, for example, the power of the hydrogenerator. To prevent emergency situations, it is necessary to eliminate the reduction of the gap to values less than the minimum acceptable value. Significant non-uniformity of the surface of the rotor and stator, as well as the design features of these elements make it inappropriate to use widespread eddy current proximeters for such measurements. For such measurements, a coil of wire covering the stator core can be used [Dr. Mai Tu Xuan, prof. Jean-Jacques Simond, Stefan Keller, Roland Wetter. Unbalanced magnetic pull and air-gap monitoring for large hydrogenerators. Laboratory for electrical machines - Institut of Energy sciences, Lausanne, May, 2006, p.2-5].
Контроль изменений магнитного поля позволяет оценить форму ротора, однако такие измерения в значительной степени зависят от режима работы генератора, что определяет их низкую достоверность с точки зрения оценки деформаций ротора или статора.Monitoring changes in the magnetic field allows us to evaluate the shape of the rotor, however, such measurements largely depend on the operating mode of the generator, which determines their low reliability from the point of view of assessing the deformation of the rotor or stator.
Для оценки формы ротора и статора используются также емкостные датчики воздушного зазора в виде металлического плоского электрода, который через диэлектрическую прокладку крепится к статору [VM 3.1 Air gap capacitor sensor. Datasheet. VibrosystM, 29 april 1999] или [4000 series air gap 200 mm sensor system. Bently Nevada, Part 173544, November, 2005, p.1-2].To assess the shape of the rotor and stator, capacitive air gap sensors are also used in the form of a metal flat electrode, which is attached to the stator through a dielectric gasket [VM 3.1 Air gap capacitor sensor. Datasheet VibrosystM, 29 April 1999] or [4000 series air gap 200 mm sensor system. Bently Nevada, Part 173544, November, 2005, p.1-2].
К недостаткам таких решений следует отнести относительно низкую достоверность контроля, что связано, с одной стороны, с тем, что на результатах измерения сказываются краевые эффекты емкостного датчика, а с другой стороны, эти датчики не обеспечивают возможности контроля магнитного поля в зазоре и связи между режимом работы и магнитным полем с геометрическими характеристиками. Использование для контроля дополнительных датчиков магнитного поля с одной стороны ограничено возможной площадью установки, поскольку близкое расположение датчиков может нарушать температурный режим в зоне установки, а их удаление один от другого приводит к неадекватной связи результатов измерения этими датчиками, поскольку в этом случае их показания относятся к разным частям статора.The disadvantages of such solutions include the relatively low reliability of the control, which is associated, on the one hand, with the fact that the edge effects of the capacitive sensor affect the measurement results, and on the other hand, these sensors do not provide the ability to control the magnetic field in the gap and the connection between the mode work and magnetic field with geometric characteristics. The use of additional magnetic field sensors for monitoring on one side is limited by the possible installation area, since the proximity of the sensors can violate the temperature regime in the installation area, and their removal from one another leads to an inadequate connection of the measurement results by these sensors, since in this case their readings relate to different parts of the stator.
Для устранения краевых эффектов в конденсаторных датчиках могут использоваться кольцевые электроды, окружающие измерительные (передающий и приемный) электроды [F.N.Todd. A design methodology for low-cost, high-performance capacitive sensor. Delft university press, 1977, p.40]. При использовании такого датчика в условиях воздействия переменных магнитных полей в замкнутом контуре может возникать ток значительной величины, который будет нагревать этот замкнутый контур, что вызовет дополнительный нагрев датчика, его деформацию и приведет к дополнительным погрешностям. Возможно также повреждение датчика.To eliminate edge effects in capacitor sensors, ring electrodes surrounding the measuring (transmitting and receiving) electrodes can be used [F.N.Todd. A design methodology for low-cost, high-performance capacitive sensor. Delft university press, 1977, p. 40]. When using such a sensor under the influence of alternating magnetic fields in a closed loop, a significant current can occur that will heat this closed loop, which will cause additional heating of the sensor, its deformation and lead to additional errors. Sensor damage is also possible.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа к предложенного техническому решению является устройство контроля воздушного зазора между двумя металлическими объектами, содержащее передающий и приемный металлические электроды, которые расположены в одной плоскости и закреплены через диэлектрическую прокладку на первом металлическом объекте, генератор высокочастотных колебаний, выход которого соединен с передающим электродом, приемный электрод соединен с входом детектора профиля локальной области второго металлического объекта, выход которого соединен с входом детектора профиля второго металлического объекта, выход которого соединен с входом детектора минимального расстояния, а выходы всех детекторов соединены с входом формирователя аналогового сигнала зазора [Air gap measurement system. Vibro-meter. SA /267-005/ October, 2003, p.1-2].The closest and selected as a prototype to the proposed technical solution is a device for monitoring the air gap between two metal objects, containing transmitting and receiving metal electrodes that are located in the same plane and are fixed through a dielectric strip on the first metal object, the high-frequency oscillation generator, the output of which is connected with a transmitting electrode, the receiving electrode is connected to the input of the profile detector of the local area of the second metal object and whose output is connected to an input of the second detector Profile metal object, whose output is connected to an input of the minimum distance detector, and the outputs of all the detectors connected to the analog input of the gap [Air gap signal measurement system. Vibro-meter. SA / 267-005 / October, 2003, p.1-2].
Недостатком этого устройства является относительно низкая достоверность измерений, что связано с отсутствием контроля в измерительной точке за величиной магнитного поля и влияние краевых эффектов на электрическое поле между передающим и приемным электродами.The disadvantage of this device is the relatively low reliability of the measurements, which is associated with the lack of control at the measuring point of the magnetic field and the influence of edge effects on the electric field between the transmitting and receiving electrodes.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение достоверности измерения взаимного расположения и состояния первого и второго объектов.The present invention is aimed at improving the reliability of measuring the relative position and condition of the first and second objects.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве измерения воздушного зазора между двумя металлическими объектами, содержащее передающий и приемный металлические электроды, которые расположены в одной плоскости и закреплены на диэлектрической прокладке, генератор высокочастотных колебаний, выход которого соединен с передающим электродом, выход детектора профиля локальной области соединен с входом детектора профиля второго металлического объекта, выход детектора профиля второго металлического объекта соединен с входом детектора минимального расстояния, а выходы всех детекторов соединены с входом формирователя сигнала величины зазора, на другой стороне диэлектрической прокладки симметрично приемному электроду выполнен дополнительный приемный электрод, между дополнительным приемным электродом и первым металлическим объектом введена дополнительная диэлектрическая прокладка, передающий электрод выполнен в виде незамкнутого контура вокруг приемного электрода, а вокруг передающего и приемного электродов их плоскости сформирован дополнительный электрод в виде незамкнутого контура, концы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с дополнительным входом формирователя сигнала зазора, в устройство также введен синхронный детектор, прямой и инверсный входы которого соединены с приемным и дополнительным приемными электродами, управляющий вход соединен с выходом генератора высокочастотных колебаний, а выход подключен к входу детектора профиля локальной области.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the air gap between two metal objects, containing transmitting and receiving metal electrodes that are located in the same plane and are mounted on a dielectric gasket, a high-frequency oscillation generator, the output of which is connected to the transmitting electrode, the output of the local profile detector the area is connected to the input of the profile detector of the second metal object, the output of the profile detector of the second metal object is connected to the minimum distance of the detector, and the outputs of all the detectors are connected to the input of the signal conditioner of the gap, on the other side of the dielectric strip symmetrically to the receiving electrode an additional receiving electrode is made, between the additional receiving electrode and the first metal object an additional dielectric strip is introduced, the transmitting electrode is made in the form of an open loop around the receiving electrode, and around the transmitting and receiving electrodes of their plane formed an additional the second electrode in the form of an open circuit, the ends of which are connected to the inputs of a differential amplifier, the output of which is connected to the input of the amplitude detector, the output of which is connected to an additional input of the gap signal driver, a synchronous detector is also introduced into the device, the direct and inverse inputs of which are connected to the receiving and additional receiving electrodes, the control input is connected to the output of the high-frequency oscillation generator, and the output is connected to the input of the local area profile detector.
Дифференциальный усилитель выполнен на операционном усилителе, входы которого соединены через первый и второй резисторы с входами дифференциального усилителя, между входами операционного усилителя включен конденсатор, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен через третий резистор с общей шиной, выход операционного усилителя является выходом дифференциального усилителя и соединен с инвертирующим входом операционного усилителя через четвертый резистор.The differential amplifier is made on an operational amplifier, the inputs of which are connected through the first and second resistors to the inputs of the differential amplifier, a capacitor is connected between the inputs of the operational amplifier, the non-inverting input of the operational amplifier is connected through a third resistor to a common bus, the output of the operational amplifier is the output of the differential amplifier and connected to the inverting the input of the operational amplifier through the fourth resistor.
Передающий, приемный и дополнительный электроды, а также диэлектрическая прокладка могут быть выполнены в виде двухсторонней печатной платы.The transmitting, receiving and additional electrodes, as well as the dielectric gasket, can be made in the form of a double-sided printed circuit board.
Возможно также передающий, приемный и дополнительный электроды, а также диэлектрическую прокладку и дополнительную диэлектрическую прокладку выполнить в виде многослойной печатной платы.It is also possible transmitting, receiving and additional electrodes, as well as a dielectric spacer and an additional dielectric spacer, can be in the form of a multilayer printed circuit board.
Пример выполнения устройства иллюстрируется на фиг.1. На фиг.2 приведен пример выполнения электродов на диэлектрической подложке в виде двухсторонней печатной платы. На фиг.3. приведен пример структурной схемы дифференциального усилителя. На фиг.4 показан пример выполнения синхронного детектора. Фиг.5 и 6 показывают организацию устройства для измерения зазора, когда металлическими объектами являются статор и ротор генератора.An example implementation of the device is illustrated in figure 1. Figure 2 shows an example of the implementation of the electrodes on a dielectric substrate in the form of a double-sided printed circuit board. In figure 3. An example of a block diagram of a differential amplifier is given. Figure 4 shows an example implementation of a synchronous detector. 5 and 6 show the organization of the device for measuring the gap when the metal objects are the stator and rotor of the generator.
Устройство контроля воздушного зазора между двумя металлическими объектами 1 и 2, содержащее передающий 3 и приемный 4 металлические электроды, которые расположены в одной плоскости и закреплены через диэлектрическую прокладку 5 на первом металлическом объекте 1. Устройство также содержит генератор высокочастотных колебаний 6, выход которого соединен с передающим электродом 3, выход детектора 7 соединен с входом детектора 8 профиля второго металлического объекта 2, выход которого соединен с входом детектора 9 минимального расстояния, а выходы всех детекторов 7-9 соединены с входом формирователя 10 аналогового сигнала зазора. Передающий электрод 3 выполнен в виде незамкнутого контура вокруг приемного электрода 4. На другой стороне диэлектрической прокладки симметрично приемному электроду выполнен дополнительный приемный электрод, между дополнительным приемным электродом и первым металлическим объектом введена дополнительная диэлектрическая прокладка. Вокруг передающего 3 и приемного 4 электродов в их плоскости сформирован дополнительный электрод 11 в виде незамкнутого контура, концы которого соединены с входами дифференциального усилителя 12, выход которого соединен с входом амплитудного детектора 13, выход которого соединен с дополнительным входом формирователя сигнала зазора. 10. На другой стороне диэлектрической прокладки 5 симметрично приемному электроду 4 выполнен дополнительный приемный электрод 14, между дополнительным приемным электродом 14 и первым металлическим объектом 1 введена дополнительная диэлектрическая прокладка 15. Устройство также содержит синхронный детектор 16, прямой и инверсный входы которого соединены с приемным 4 и дополнительным 14 приемными электродами, управляющий вход соединен с выходом генератора высокочастотных колебаний 6, а выход подключен к входу детектора 7 профиля локальной области.A device for controlling the air gap between two
Передающий 3, приемный 4 и дополнительный электрод 11 в виде незамкнутого контура и диэлектрическая прокладка 5 выполнены в виде односторонней печатной платы, пример расположения электродов на которой показан на фиг.2.Transmitting 3, receiving 4 and an
Дифференциальный усилитель 12 может быть выполнен на операционном усилителе 17, входы которого соединены через первый 18 и второй 19 резисторы с входами 20 и 21 соответственно дифференциального усилителя 12, между входами операционного усилителя 17 включен конденсатор 22, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен через третий резистор 23 с общей шиной 24, выход операционного усилителя 17 является выходом 25 дифференциального усилителя и соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 17 через четвертый резистор 26.The
Синхронный детектор 16 может быть выполнен на дифференциальном усилителе 27, прямой и инверсный входы которого являются прямым и инверсным входами синхронного детектора 16, прямой и инверсный выходы дифференциального усилителя 27 соединены с аналоговыми входами мультиплексора 28, управляющий вход которого является управляющим входом синхронного детектора 16, выход которого соединен с выходом фильтра нижних частот 29, вход которого соединен с выходом мультиплексора 28.The synchronous detector 16 can be performed on a
Устройство работает следующим образом. Генератор 6 формирует электрический сигнал высокой частоты, который поступает на передающий электрод 3. Этот электрод формирует электрическое поле, которое распространяется как в сторону первого объекта, например статора 1, так и в сторону второго объекта, например ротора 2. Поле также попадает на приемный электрод 4 и дополнительный приемный электрод 14. На фиг.1 пунктиром показаны линии электрического поля в воздушном зазоре статор - ротор. В зависимости от расстояния между статором и ротором, т.е. от величины воздушного зазора меняется величина емкости между электродами 3 и 4 и между электродами 3 и 14. Поскольку величина этой емкости невелика, важно снизить влияние краевых эффектов. Это обеспечивается дополнительным электродом 11, который подключен к входам дифференциального усилителя 12. Для сигналов генератора 6, наводок и помех эквивалентное сопротивление емкостей между электродами существенно выше входного сопротивления дифференциального усилителя 12. Другими словами, для таких сигналов, наводок и помех потенциал дополнительного электрода близок к потенциалу «виртуальной земли» входов операционного усилителя 14. Кроме того, поскольку форма электрода 11 симметрична для таких сигналов, можно считать, что его потенциал постоянный для всего этого электрода. Поскольку передающий электрод 4 окружает приемные 4 и 14, передающий электрод 4 оказывает экранирующее воздействие по отношению к внешним наводкам.The device operates as follows. The generator 6 generates an electrical signal of high frequency, which is supplied to the transmitting
Поскольку выходное сопротивление генератора 6 относительно мало, передающий электрод для наводимых помех можно считать заземленным. Благодаря этому чувствительный приемный электрод будет в значительной степени экранирован от внешних электрических помех, что повышает достоверность проводимых измерений.Since the output impedance of the generator 6 is relatively small, the transmitting electrode for induced interference can be considered grounded. Due to this, the sensitive receiving electrode will be largely shielded from external electrical noise, which increases the reliability of the measurements.
Сигналы с электрода 4 и дополнительного приемного электрода 14 поступают на дифференциальные входы синхронного детектора 16. В силу симметричности указанных электродов синфазные помехи, наводимые на них, подавляются. Кроме этого, синхронный детектор обеспечивает выделение только тех составляющих, которые коррелированны по частоте и фазе с сигналом от высокочастотного генератора 6. Таким образом, на выходе синхронного детектора сигнал практические не будет зависеть от помех. Этот сигнал поступает на детектор 7 профиля локальной области ротора, находящейся в текущее время над электродами 3 и 4. Этот детектор формирует оценку профиля данной области по текущей величине зазора, например описывает форму одного полюса ротора. Минимальное или среднее значение характеризует расстояние от статора до данного полюса. Постоянная времени этого детектора должна быть меньше времени прохождения полюса над электродами. Детектор профиля 8 отслеживает минимальные или средние значения для последовательно проходящих полюсов, т.е. описывает уже форму ротора как последовательность оценок расстояний каждого из полюсов ротора от статора. Контроль общего минимального расстояния, выполняемого детектором 9, позволяет оценить возможность задеваний ротора за статор. Формируемые оценки передаются на регистрирующую, сигнализирующую или управляющую аппаратуру через формирователь сигналов зазора 10.The signals from the
Переменное магнитной поле от ротора воздействует на дополнительный электрод 11, формируя в нем ЭДС, которая зависит от величины магнитного поля. Эта ЭДС поступает на входы дифференциального усилителя 12, который подавляет симметричные составляющие и позволяет выделить указанную ЭДС. Наличие конденсатора позволяет снизить влияние высокочастотных составляющих, наводимых на дополнительный электрод 11. Выходной сигнал дифференциального усилителя 12 поступает на амплитудный детектор 13, на выходе которого формируется сигнал, характеризующий «магнитную» форму ротора. Эта форма зависит от режима работы контролируемого объекта, а также от наличия в нем дефектов, например межвитковых замыканий. Одновременный синхронный контроль геометрической и магнитной форм в одной и той же измерительной точке предлагаемым устройством 31 позволяет выявить наличие дефектов и отклонений в работе оборудования. Следует учитывать, что поскольку сопротивление источника ЭДС весьма мало, возможно использование дифференциального усилителя с относительно низким входным сопротивлением, что обеспечивает простую реализуемость экранирования дополнительным электродом.An alternating magnetic field from the rotor acts on the
Для контроля формы неподвижной части - статора - предлагаемое устройство может быть расположено и на роторной части (фиг.6), в этом случае результаты могут передаваться на регистрирующую, сигнализирующую или управляющую аппаратуру через формирователь сигналов зазора 10 через токосъемные контакты или через беспроводные каналы связи, информацию для которых передает в соответствующей форме (в виде оптических или радиосигналов) формирователь 10.To control the shape of the fixed part - the stator - the proposed device can also be located on the rotor part (Fig.6), in this case, the results can be transmitted to the recording, signaling or control equipment through the signal generator of the gap 10 through current collector contacts or via wireless communication channels, information for which transmits in the appropriate form (in the form of optical or radio signals) shaper 10.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006128906/28A RU2318184C1 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Device for inspecting air gap |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006128906/28A RU2318184C1 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Device for inspecting air gap |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2318184C1 true RU2318184C1 (en) | 2008-02-27 |
Family
ID=39279042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006128906/28A RU2318184C1 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Device for inspecting air gap |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2318184C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU198311U1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-06-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | DEVICE FOR CONTROL OF EXPLOSION OF ROTOR IN THE LUBRICANT LAYER |
US11365988B2 (en) | 2016-11-28 | 2022-06-21 | Wobben Properties Gmbh | Measuring system and a measuring method for the measurement of a stator of a gearless wind turbine |
-
2006
- 2006-08-09 RU RU2006128906/28A patent/RU2318184C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11365988B2 (en) | 2016-11-28 | 2022-06-21 | Wobben Properties Gmbh | Measuring system and a measuring method for the measurement of a stator of a gearless wind turbine |
RU198311U1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-06-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | DEVICE FOR CONTROL OF EXPLOSION OF ROTOR IN THE LUBRICANT LAYER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8564281B2 (en) | Noncontact measuring of the position of an object with magnetic flux | |
US5942893A (en) | Shielded eddy current sensor for enhanced sensitivity | |
Qian et al. | High sensitivity detection of partial discharge acoustic emission within power transformer by sagnac fiber optic sensor | |
CN101627311B (en) | High bandwidth open-loop current sensor | |
KR101697975B1 (en) | Inductive Displacement Sensor Using Frequency Modulation | |
CN102047084B (en) | Method for monitoring electrodynamic motor | |
JP2004226394A (en) | Capacitative electromagnetic flowmeter | |
KR0157967B1 (en) | Magnetic bearing device | |
CN102412685A (en) | Asynchronous motor with features creating magnetic field disturbance | |
KR102055599B1 (en) | Extended stroke position sensor | |
RU2318183C1 (en) | Device for measuring air space | |
RU2318184C1 (en) | Device for inspecting air gap | |
JPH1073451A (en) | Induction displacement sensor | |
RU2735380C1 (en) | Inductive sensor | |
US4963827A (en) | Intermittently activated magnetic shield arrangement for reducing noise and offsets in solid state magnetic field sensors | |
RU2318182C1 (en) | Device for measuring air space | |
US20150042343A1 (en) | Object finder | |
JPH0886773A (en) | Method for detecting metal | |
US2987671A (en) | Electric current generator | |
JP2001027676A (en) | Electromagnetic induction type detecting apparatus | |
KR102656037B1 (en) | Magnetic-field detecting apparatus | |
JP2004170273A (en) | Displacement sensor | |
JPH035405Y2 (en) | ||
JPH0278974A (en) | Electric apparatus | |
SU666597A1 (en) | Magnetic aerial-induction-type cable detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100810 |