一種電機故障檢測設備及系統的製作方法

2023-05-17 16:24:31 1

專利名稱：一種電機故障檢測設備及系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機檢測技術領域，尤其涉及一種電機故障檢測設備及系統。
背景技術：
電能是現代社會最重要的能源之一。發電機是將其它形式的能源轉換成電能的設 備，發電機的工作原理基於電磁感應定律和電磁力定律，通過適當的導磁和導電材料構成 互相進行電磁感應的磁路和電路，以產生電磁功率，達到能量轉換的目的。發電機通常由定 子、轉子、端蓋及軸承等部件構成，由軸承及端蓋將發電機的定子及轉子連接起來，使轉子 在定子中旋轉，作切割磁力線運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出到迴路中，便產 生了電流。其中，定子本體、定子繞組(或線圈)、轉子本體和轉子繞組(或線圈)組成發電 機的基本電氣結構。在發電機的運行過程中，絕大多數故障源於發電機繞組(包括定子繞組和轉子繞 組)，發電機各種異常運行對發電機繞組也極易產生破壞影響，因此對發電機繞組的電氣故 障的有效檢測對系統的安全穩定供電意義重大。現有技術中，普遍採用直流電阻檢測儀對 發電機繞組的直流電阻進行檢測，採用絕緣電阻檢測儀(兆歐表)對發電機繞組的絕緣電 阻進行檢測，以定位發電機繞組的電氣故障，維護系統的安全穩定供電。

實用新型內容本實用新型提供一種電機故障檢測設備及系統，用以實現對發電機繞組的直流電 阻和絕緣電阻的多功能檢測。本實用新型提供的電機故障檢測設備，包括操作鍵盤(100)、主控制器晶片 (101)、恆流電源(102)、高壓電源(103)、信號採集模塊(104)、數字/模擬A/D轉換器
(105)、顯示電路(106)和顯示屏(107)，其中主控制器晶片(101)，用於監控用戶通過操作鍵盤(100)觸發的檢測事件，當檢測 事件為測量直流電阻的第一檢測事件時，控制恆流電源(102)的開啟和關閉以完成對被測 發電機繞組的充電，在對被測發電機繞組充電完成後控制信號採集模塊(104)採集直流電 阻信號；當檢測事件為測量絕緣電阻的第二檢測事件時，控制信號採集模塊(104)採集絕 緣電阻信號，並控制高壓電源(103)開啟以對被測發電機繞組充電，在對被測發電機繞組 充電過程中控制信號採集模塊(104)採集設定時間點的高壓充電電阻信號；以及在接收到 A/D轉換器(105)輸出的直流電阻值或者絕緣電阻值時觸發顯示電路(106)，在接收到A/ D轉換器(105)輸出的設定時間點的高壓充電電阻值時確定絕緣電阻參數並觸發顯示電路
(106)；信號採集模塊(104)，用於在主控制器晶片(101)的控制下，通過第一接口採集充 電完成的被測發電機繞組的直流電阻信號，通過第二接口採集被測發電機繞組的絕緣電阻 信號和設定時間點的高壓充電電阻信號；A/D轉換器(105)，用於對信號採集模塊(104)採集到的直流電阻信號、絕緣電阻信號、以及設定時間點的高壓充電電阻信號進行模數轉換，分別得到直流電阻值、絕緣電阻 值以及設定時間點的高壓充電電阻值；顯示電路(106)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，控制顯示屏(107)顯示被 測發電機繞組的檢測結果。較佳的，該電機故障檢測設備，還包括消弧電路(108)，用於在第一檢測事件完成之後，對電機故障檢測設備進行消弧。為了實現與上位機的通信，該電機故障檢測設備，還包括數據接口(109)，其中主控制器晶片(101)，還用於通過數據接口(109)與上位機進行通信，上報被測發 電機繞組的檢測結果。較佳的，該電機故障檢測設備，還包括聲光報警電路(110)，其中主控制器晶片(101)，還用於當檢測結果滿足設定的報警條件時，觸發聲光報警電 路(110)；聲光報警電路(110)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，發出聲報警信號和光
報警信號。較佳的，該電機故障檢測設備，還包括溫溼傳感器(111)，其中主控制器晶片(101)，還用於在監控到檢測事件時，同步觸發溫溼傳感器(111)；溫溼傳感器(111)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，向主控制器晶片(101) 返回測量得到的環境溫度值和環境溼度值，以便在顯示被測發電機繞組的檢測結果的同時 顯示所述環境溫度值和環境溼度值。較佳的，該電機故障檢測設備，還包括存儲器(112)，用於存儲被測發電機繞組的檢測結果。本實用新型提供一種電機故障檢測系統，包括上述的電機故障檢測設備(10)和 上位機(20)，電機故障檢測設備(10)具有數據接口(109)，電機故障檢測設備(10)的數據 接口(109)通過數據線與上位機(20)的數據接口(200)相連，其中所述上位機(20)，用於接收電機故障檢測設備(10)上報的被測發電機繞組的檢 測結果，對所述檢測結果進行智能分析，定位被測發電機發生電氣故障的部位以及造成電 氣故障的原因。本實用新型提供的電機故障檢測設備，集數據採集和故障診斷於一體，是電機電 磁特性檢測的全面解決方案，可全面診斷電機空載、輕載和滿載三種運行狀態下的軸承故 障、定子故障和轉子故障，徹底取代萬用表、兆歐表、電橋、匝間短路實驗儀及電流分析儀器 等設備。本實用新型實施例提供的電機故障檢測設備，採用先進的恆流電源技術，大大降低 了設備的體積、重量與功耗，縮短了測量時間，保證了測量結果的穩定可靠性。本實用新型提供的基於電機故障檢測設備的電機故障檢測系統，能夠準確定位發 電機的電氣故障，為故障排查打下基礎，從而及時、有效的避免安全隱患的發生。本實用新型的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優點可通過 在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1為本實用新型實施例提供的電機故障檢測設備的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的電機故障檢測系統的結構框圖。
具體實施方式
本實用新型旨在提供一種電機故障檢測設備及系統，用以實現對發電機繞組的直 流電阻和絕緣電阻的多功能檢測，從而提升定位發電機繞組電氣故障的便利性，有效維護 系統的安全穩定供電。以下結合說明書附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描 述的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型，並且在不衝突 的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。檢測發電機繞組的直流電阻為了檢測發電機繞組(或線圈)的質量及迴路的完整 性，以發現製造或設備運行過程中造成的導線斷裂、接頭開焊、接觸不良、匝間短路等缺陷。 主要包括以下幾項檢測目的檢測發電機繞組內部導線和引線的焊接質量；檢測發電機繞組或引線有無折斷處；檢測並聯支路的正確性，是否存在由幾條並聯導線繞成的繞組發生一處或幾處斷 線的情況。發電機繞組的直流電阻測量包括如下測量直流電阻的檢測事件(為了便於區分 稱為第一檢測事件)1、UV相直流電阻測試，對應的檢測結果為UV相直流電阻值；2、VW相直流電阻測試，對應的檢測結果為VW相直流電阻值；3、WU相直流電阻測試，對應的檢測結果為WU相直流電阻值。檢測發電機繞組的絕緣電阻為了檢測發電機繞組(或線圈)的絕緣狀態，以發現 影響設備絕緣的異物，絕緣體局部或整體受潮和髒汙，絕緣油嚴重劣化，絕緣擊穿和嚴重熱 老化等缺陷。主要包括以下幾項檢測目的檢測絕緣電阻值，可以發現絕緣嚴重受潮、髒汙和貫穿性的絕緣缺陷；測量絕緣吸收比和絕緣極化指數，可以判斷絕緣的受潮程度。發電機繞組的絕緣電阻測量包括如下測量絕緣電阻的檢測事件(為了便於區分 稱為第二檢測事件)1、相間絕緣電阻測試，對應的檢測結果為相間絕緣電阻值、相間絕緣吸收比(R6CIs/ R15s，第60s相間高壓充電電阻值與第15s相間絕緣電阻值之比)和相間絕緣極化指數 (R_s/R6CIs，第600s相間絕緣電阻值與第60s相間絕緣電阻值之比)，所述的相間絕緣電阻 具體分為UV相間絕緣電阻、VW相間絕緣電阻和WU相間絕緣電阻，即相間絕緣電阻測試具 體對應三個檢測事件；2、相與機殼絕緣電阻測試，對應的檢測結果為相與機殼絕緣電阻值、相與機殼絕 緣吸收比(r6cis/r15s)和相與機殼絕緣極化指數(r6(icis/r6j，所述的相與機殼絕緣電阻具體分 為U相與機殼絕緣電阻、V相與機殼絕緣電阻和W相與機殼絕緣電阻，即相與機殼絕緣電阻 測試具體對應三個檢測事件；
6[0045]3、勵磁線圈與機殼絕緣電阻測試，對應的檢測結果為勵磁線圈與機殼絕緣電阻 值、勵磁線圈與機殼絕緣吸收比和勵磁線圈與機殼絕緣極化指數(r_s/R6J，所 述的勵磁線圈與機殼絕緣電阻具體分為u相勵磁線圈與機殼絕緣電阻、v相勵磁線圈與機 殼絕緣電阻和w勵磁線圈相與機殼絕緣電阻，即勵磁線圈與機殼絕緣電阻測試具體對應三 個檢測事件。本實用新型實施例提供了一種電機故障檢測設備，電機故障檢測設備自身可以採用 兩種供電方式一種是220V交流供電，另一種是蓄電池直流供電。如圖1所示，電機故障檢測 設備包括操作鍵盤(100)、主控制器晶片(101)、恆流電源(102)、高壓電源(103)、信號採集模塊 (104)、A/D(數字/模擬)轉換器(105)、顯示電路(106)和顯示屏(107)。具體實施中，高壓電 源(103)提供的電壓值一般為1000V，恆流電源(102)提供的電流值一般為2A。其中主控制器晶片(101)，用於監控用戶通過操作鍵盤(100)觸發的檢測事件，當檢測 事件為測量直流電阻的第一檢測事件時，控制恆流電源(102)的開啟和關閉以完成對被測 發電機繞組的充電，在對被測發電機繞組充電完成後控制信號採集模塊(104)採集直流電 阻信號；當檢測事件為測量絕緣電阻的第二檢測事件時，控制信號採集模塊(104)採集絕 緣電阻信號，並控制高壓電源(103)的開啟以對被測發電機繞組充電，在對被測發電機繞 組充電過程中控制信號採集模塊(104)採集設定時間點的高壓充電電阻信號；以及在接收 到A/D轉換器(105)輸出的直流電阻值或者絕緣電阻值時觸發顯示電路(106)，在接收到 A/D轉換器(105)輸出的設定時間點的高壓充電電阻值時確定絕緣電阻參數並觸發顯示電 路(106)；具體實施中絕緣電阻參數包括絕緣吸收比和絕緣極化指數(具體分為相間、相與 機殼、勵磁線圈與機殼三種情況)，如果第二檢測事件為相間絕緣電阻測試，則相間絕緣電 阻測試中設定時間點的高壓充電電阻值一般選取第15秒的相間絕緣電阻值R15s、第60秒 的高壓充電電阻值R6(1s和第600秒的高壓充電電阻值R_s，相間絕緣吸收比通過R6(1s/R15s確 定，相間絕緣極化指數通過R_s/R6(1s確定；信號採集模塊(104)，用於在主控制器晶片(101)的控制下，通過第一接口採集充 電完成的被測發電機繞組的直流電阻信號，或者通過第二接口採集被測發電機繞組的絕緣 電阻信號和設定時間點的高壓充電電阻信號；A/D轉換器(105)，用於對信號採集模塊(104)採集到的直流電阻信號、絕緣電阻 信號、以及設定時間點的高壓充電電阻信號進行模數轉換，得到直流電阻值、絕緣電阻值以 及設定時間點的高壓充電電阻值；顯示電路(106)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，控制顯示屏(107)顯示被 測發電機繞組的檢測結果。需要說明的是，絕緣電阻測量開始之前應拆除被測發電機的電源及所有對外連 線，並將被試發電機接地放電至少lmin(電容量較大的發電機應至少放電2min)，以避免觸 電並且提升檢測結果的準確性。直流電阻測量完成之後，需要對電機故障檢測設備進行消弧，較佳的，該電機故障 檢測設備還包括消弧電路(108)，用於在第一檢測事件(即對直流電阻的測量)完成之後， 對電機故障檢測設備進行消弧。消弧是為了防止漏電或者過壓，能夠有效保護電機故障檢 測設備，提高電機故障檢測設備的運行安全性和供電可靠性。具體實施中，需要保證至少30秒的消弧時間才能達到完全消弧的目的。電機故障檢測設備還可以與上位機進行通信以上報檢測結果，由上位機對檢測結 果進行傅立葉變換、自適應濾波、短時傅立葉變換等處理，以圖形、報表等形式展現檢測結 果。由於電機故障檢測的複雜性，電機故障檢測設備結合上位機實現電機電氣故障的準確 定位至關重要，上位機通過對檢測結果的智能分析(包括頻譜、波形、故障現象的結果)定 位發生電氣故障的部位以及造成電氣故障的原因等。為了使電機故障檢測設備具體通信功 能，實現與上位機的通信，該電機故障檢測設備還包括數據接口(109)，其中主控制器晶片(101)通過數據接口(109)與上位機進行通信，上報被測發電機繞 組的檢測結果。具體實施中，所述的數據接口可以為RS232接口、或者USB (UniversalSerial Bus，通用串行總線)接口。具體實施中，為了提升安全性，電機故障檢測設備還具備聲光報警功能，以便在檢 測出發電機發生故障時及時報警，則所述電機故障檢測設備還包括聲光報警電路(110)，其 中主控制器晶片(101)，還用於當檢測結果滿足設定的報警條件時，觸發聲光報警電 路(110)；聲光報警電路(110)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，發出聲報警信號和光
報警信號。具體實施中還可以設定故障級別，不同級別的故障觸發不同的聲光報警信號，例 如故障輕微則蜂鳴器響一聲並且二極體指示燈以黃色閃爍，故障嚴重則蜂鳴器發出連續的 嘀嘀聲並且二極體指示燈以紅色閃爍。具體實施中，電機故障檢測設備還可同時具備溫溼度檢測功能，該電機故障檢測 設備還可包括溫溼傳感器(111)，其中主控制器晶片(101)，還用於在監控到檢測事件時，同步觸發溫溼傳感器(111)；溫溼傳感器(111)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，向主控制器晶片(101) 返回測量得到的環境溫度值和環境溼度值，以便在顯示被測發電機繞組的檢測結果的同時 顯示測量得到的環境溫度值和環境溼度值。較佳的，該電機故障檢測設備還包括存儲器(112)，用於存儲被測發電機繞組的檢 測結果，以備用戶查詢。具體的，存儲器(112)可以採用SRAM (Static Random Access Memory，靜態隨機存 儲器)、DRAM(動態隨機存儲器，Dynamic RAM)等。本實用新型實施例提供的電機故障檢測設備，集數據採集和故障診斷於一體，是 電機電磁特性檢測的全面解決方案，可全面診斷電機空載、輕載和滿載三種運行狀態下的 軸承故障、定子故障和轉子故障，徹底取代萬用表、兆歐表、電橋、匝間短路實驗儀及電流分 析儀器等設備；本實用新型實施例提供的電機故障檢測設備，採用先進的恆流電源技術，大大降 低了設備的體積、重量與功耗，縮短了測量時間，保證了測量結果的穩定可靠性；本實用新型實施例提供的電機故障檢測設備，提供RS-232通信接口和USB通信接 口，可方便與上位機通信。[0069]在上述電機故障檢測設備的基礎上，本實用新型實施例同時提供了一種電機故 障檢測系統，如圖2所示，包括電機故障檢測設備(10)和上位機(20)，電機故障檢測設備 (10)具有數據接口(109)，電機故障檢測設備(10)的數據接口(109)通過數據線與上位機 (20)的數據接口(200)相連，具體的，數據接口(109)和數據接口(200)可以採用RS232接 口、USB接口等。其中上位機(20)，用於接收電機故障檢測設備(10)上報的被測發電機繞組的檢測結 果，對該檢測結果進行智能分析，定位被測發電機發生電氣故障的部位以及造成電氣故障 的原因。本實用新型實施例提供的基於電機故障檢測設備的電機故障檢測系統，能夠準確 定位發電機的電氣故障，為故障排查打下基礎，從而及時、有效的避免安全隱患的發生。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用 新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及 其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求一種電機故障檢測設備，其特徵在於，包括操作鍵盤(100)、主控制器晶片(101)、恆流電源(102)、高壓電源(103)、信號採集模塊(104)、數字/模擬A/D轉換器(105)、顯示電路(106)和顯示屏(107)，其中主控制器晶片(101)，用於監控用戶通過操作鍵盤(100)觸發的檢測事件，當檢測事件為測量直流電阻的第一檢測事件時，控制恆流電源(102)的開啟和關閉以完成對被測發電機繞組的充電，在對被測發電機繞組充電完成後控制信號採集模塊(104)採集直流電阻信號；當檢測事件為測量絕緣電阻的第二檢測事件時，控制信號採集模塊(104)採集絕緣電阻信號，並控制高壓電源(103)開啟以對被測發電機繞組充電，在對被測發電機繞組充電過程中控制信號採集模塊(104)採集設定時間點的高壓充電電阻信號；以及在接收到A/D轉換器(105)輸出的直流電阻值或者絕緣電阻值時觸發顯示電路(106)，在接收到A/D轉換器(105)輸出的設定時間點的高壓充電電阻值時確定絕緣電阻參數並觸發顯示電路(106)；信號採集模塊(104)，用於在主控制器晶片(101)的控制下，通過第一接口採集充電完成的被測發電機繞組的直流電阻信號，通過第二接口採集被測發電機繞組的絕緣電阻信號和設定時間點的高壓充電電阻信號；A/D轉換器(105)，用於對信號採集模塊(104)採集到的直流電阻信號、絕緣電阻信號、以及設定時間點的高壓充電電阻信號進行模數轉換，分別得到直流電阻值、絕緣電阻值以及設定時間點的高壓充電電阻值；顯示電路(106)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，控制顯示屏(107)顯示被測發電機繞組的檢測結果。
2.如權利要求1所述的電機故障檢測設備，其特徵在於，還包括消弧電路(108)，用於在第一檢測事件完成之後，對電機故障檢測設備進行消弧。
3.如權利要求1或2所述的電機故障檢測設備，其特徵在於，還包括數據接口(109)， 其中主控制器晶片(101)，還用於通過數據接口(109)與上位機進行通信，上報被測發電機 繞組的檢測結果。
4.如權利要求1所述的電機故障檢測設備，其特徵在於，還包括聲光報警電路(110)， 其中主控制器晶片(101)，還用於當檢測結果滿足設定的報警條件時，觸發聲光報警電路 (110)；聲光報警電路(110)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，發出聲報警信號和光報警信號。
5.如權利要求1所述的電機故障檢測設備，其特徵在於，還包括溫溼傳感器(111)，其中主控制器晶片(101)，還用於在監控到檢測事件時，同步觸發溫溼傳感器(111)；溫溼傳感器(111)，用於在主控制器晶片(101)的觸發下，向主控制器晶片(101)返回 測量得到的環境溫度值和環境溼度值，以便在顯示被測發電機繞組的檢測結果的同時顯示 所述環境溫度值和環境溼度值。
6.如權利要求1所述的電機故障檢測設備，其特徵在於，還包括存儲器(112)，用於存儲被測發電機繞組的檢測結果。
7. 一種電機故障檢測系統，其特徵在於，包括如權利要求1所述的電機故障檢測設備 (10)和上位機(20)，電機故障檢測設備(10)具有數據接口 (109)，電機故障檢測設備(10) 的數據接口(109)通過數據線與上位機(20)的數據接口(200)相連，其中所述上位機(20)，用於接收電機故障檢測設備(10)上報的被測發電機繞組的檢測結 果，對所述檢測結果進行智能分析，定位被測發電機發生電氣故障的部位以及造成電氣故 障的原因。
專利摘要本實用新型公開了一種電機故障檢測設備及系統，用以實現對發電機繞組的直流電阻和絕緣電阻的多功能檢測。所述電機故障檢測設備包括操作鍵盤(100)、主控制器晶片(101)、恆流電源(102)、高壓電源(103)、信號採集模塊(104)、數字/模擬A/D轉換器(105)、顯示電路(106)和顯示屏(107)。本實用新型提供的電機故障檢測設備，集數據採集和故障診斷於一體，是電機電磁特性檢測的全面解決方案。
文檔編號G01R27/02GK201607510SQ20092035078
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者孫海昌, 張佳甜 申請人:北京瑞威泰克軌道技術有限公司