專利名稱：空心線圈軸電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
空心線圈軸電流互感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及大中型電機(jī)軸電流在線監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
電樞磁場的不對稱分布將在電機(jī)大軸產(chǎn)生感應(yīng)電壓即軸電壓，軸電壓包含大量的高次諧波。其波形和幅度與機(jī)組的類型和尺寸有夫。一般汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓在0.5-2V之間，水輪發(fā)電機(jī)軸電壓在10-30V之間。為保護(hù)帶電的轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)軸在驅(qū)動(dòng)側(cè)通過滑環(huán)或電刷接地，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)則通過水輪機(jī)大軸和水流接地。如果轉(zhuǎn)子另ー側(cè)的軸承座接地，軸電壓就施加在軸承油膜上。由于通過大軸形成的回路阻抗很小，一旦油膜破壞，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的軸電流，從而導(dǎo)致軸承嚴(yán)重受損。小于IA的軸電流對機(jī)組不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重危害。監(jiān)測軸電流是評估發(fā)電機(jī)軸承絕緣狀況、防止事故發(fā)生的重要措施和有效手段。以往，監(jiān)測軸電流多使用鐵芯型軸電流互感器，此種監(jiān)測裝置，為實(shí)現(xiàn)精確的監(jiān)測和信號遠(yuǎn)傳，取得一定的負(fù)載能力和帶寬。由于需要較大的輸出阻抗，因而要求鐵芯具有很高的磁導(dǎo)率和較多的副邊線圈匝數(shù)，較大的軸電流的產(chǎn)生，又將造成鐵芯飽和?；谏鲜鲈颍F芯型軸電流互感器的量程、帶寬、線性度都受到限制。鐵芯疊片的加工和成型エ藝十分復(fù)雜，大尺寸軸電流互感器具有較大的重量，不僅制造成本很高，現(xiàn)場安裝和維修也十分困難。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供ー種空心線圈軸電流互感器，用于電機(jī)軸電流在線監(jiān)測，克服以往使用鐵芯型軸電流互感器存在的量程、帶寬、線性度受限，現(xiàn)場安裝和維修難度大，成型エ藝較復(fù)雜，用材多、重量重，制造、使用成本高等不足。本發(fā)明的互感器由兩個(gè)縱向呈半個(gè)圓環(huán)形狀的空心線圈，固定在空心線圈兩端、能將兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈連接成完整圓環(huán)形線圈的兩組機(jī)械接頭，連接空心線圈的前置信號調(diào)理器組成。空心線圈上有屏蔽和絕緣護(hù)套。每組機(jī)械接頭上有接通兩個(gè)半圓環(huán)空心線圈繞組的電氣插頭、外部供電電源接ロ、連接遠(yuǎn)端顯示裝置的遠(yuǎn)傳信號線接ロ，對接成整圓環(huán)空心線圈的末端引線經(jīng)空心線圈內(nèi)從首端引出，引線在線圈內(nèi)的部分作為逆向回環(huán)。空心線圈的引線接前置信號調(diào)理器，前置信號調(diào)理器的輸出端接遠(yuǎn)傳信號線電氣接ロ，前置信號調(diào)理器所需的外部供電電源接機(jī)械接頭上的電源接ロ。為實(shí)現(xiàn)對空心線圈輸出的信號的優(yōu)化處理，本發(fā)明中的前置信號調(diào)理器包括阻抗匹配器，由高頻積分網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、低頻積分網(wǎng)絡(luò)、直流増益限制網(wǎng)絡(luò)、信號調(diào)理單元組成的前置有源積分放大器，信號調(diào)單元及外部隔離電源。為確?？招木€圈不受外界磁場干擾，本發(fā)明的進(jìn)ー步完善是在絕緣護(hù)套外增加屏蔽層，使空心線圈具有內(nèi)、外兩層屏蔽層。外屏蔽層上包圍絕緣保護(hù)層。為獲取環(huán)形空心線圈較好的整體強(qiáng)度及利用已形成商品的原材料以方便空心線圈的制作，本發(fā)明中的空心線圈以帶有薄銅管內(nèi)襯的塑封管作為骨架和絕緣護(hù)套，骨架上的薄銅管內(nèi)襯作為逆向回環(huán)連接在線圈末端與引出線之間。絕緣護(hù)套上的薄銅管內(nèi)襯作為屏蔽層。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈之間牢固連接及便于兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈之間的連接與拆分，本發(fā)明中機(jī)械接頭的每組兩個(gè)對接頭中，以ー側(cè)對接頭端部的外螺紋和嵌在另ー側(cè)對接頭端部的螺帽連接，每組接頭的兩端均為線圈端頭插入孔。線圈端頭插入孔位置有透過孔壁用于緊固線圈的螺釘，在一組機(jī)械接頭的兩個(gè)對接頭的軸向孔內(nèi)，分別安裝連通兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈的插頭和插座，電氣插頭、插座引腳與相鄰線圈繞組端頭及作為回流環(huán)的塑封管薄銅管內(nèi)襯之間導(dǎo)體連接。本發(fā)明的積極效果是基于羅可夫斯基線圈原理，利用其具有無飽和、高線性、寬頻帶等固有的優(yōu)點(diǎn)，以相應(yīng)的前置信號調(diào)理器與其組合，消除其低頻靈敏度低，易引入高頻干擾的不利因素。實(shí)現(xiàn)了對軸電流高靈敏度、高穩(wěn)定性的信號監(jiān)測功能。和以往使用的鐵芯型軸電流互感器相比，大大減輕了傳感器重量、縮小了體積，方便了現(xiàn)場的安裝和維護(hù)，降低了制造、使用成本。

圖I為鐵芯型軸電流互感器的等效原理圖。圖2為空芯線圈型互感器的等效原理圖。圖3為本發(fā)明中環(huán)形空芯線圈徑向整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中環(huán)形空芯線圈圓周橫剖面圖圖5為本發(fā)明中環(huán)形空芯線圈瞬時(shí)電流走向圖。圖6為圖3所示的左側(cè)半圓環(huán)空心線圈上端頭上的機(jī)械接頭局部剖視圖。圖7為圖3所示的右側(cè)半圓環(huán)空心線圈上端頭上的機(jī)械接頭局部剖視圖。 圖8為圖3所示的左側(cè)半圓環(huán)空心線圈下端頭上的機(jī)械接頭局部剖視圖。圖9為圖3所示的右側(cè)半圓環(huán)空心線圈下端頭上的機(jī)械接頭局部剖視圖。圖10為本發(fā)明中前置信號調(diào)理器電路原理圖。具體的實(shí)施方式參閱圖3、圖4，在兩個(gè)從有薄銅管內(nèi)襯的塑封管上截取的管段并彎曲成半個(gè)圓環(huán)作為線圈骨架2，在骨架2上纏繞組5形成空心線圈，骨架的薄銅管內(nèi)襯6作為線圈回環(huán)導(dǎo)體。本實(shí)施例中繞組匝數(shù)為1000匝，用O. 5mm直徑漆包線?？招木€圈繞組外面套有與線圈骨架形狀相同、帶有薄銅管內(nèi)襯的塑封管，套在繞組外的帶有薄銅管內(nèi)襯的塑封管的塑管部分作為絕緣護(hù)套4，薄銅管內(nèi)襯部分作為內(nèi)屏蔽層3。繞組與內(nèi)屏蔽層之間的空隙充填硅膠。護(hù)套4外面套有外屏蔽網(wǎng)8。外屏蔽網(wǎng)外纏繞絕緣膠帶防護(hù)層9。參閱圖3、圖6、圖7、圖8、圖9，將兩個(gè)半環(huán)線圈連接成整環(huán)的兩組機(jī)械接頭7_1、7-2的每組兩個(gè)對接頭中，以ー側(cè)對接頭端部的外螺紋10、12和嵌在另ー側(cè)對接頭端部的螺帽11、13連接，每組接頭的兩端均為線圈端頭插入孔。線圈端頭插入孔位置有透過孔壁用于緊固線圈的螺釘14，連通兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈的電氣插頭16和插座15分別安裝在圖6、圖7組成的一組機(jī)械接頭的兩個(gè)對接頭的軸向孔內(nèi)，機(jī)械接頭上有分別緊固電氣插頭16和插座15的螺釘17和18。前置信號調(diào)理器19裝在另ー組機(jī)械接頭的內(nèi)腔中。左側(cè)半圓環(huán)空心線圈位于下端起點(diǎn)I-A及同一端的骨架內(nèi)薄銅管6的端頭(即經(jīng)逆向回環(huán)引出的環(huán)形線圈終點(diǎn)1-B)與前置信號調(diào)理器19相連接。前置信號調(diào)理器19輸出經(jīng)同軸電纜20接遠(yuǎn)傳信號線電氣接ロ 21。左側(cè)半圓環(huán)空心線圈上端的終點(diǎn)22與接通兩個(gè)半圓環(huán)空心線圈的電氣插座15的引腳15-1相連。同一端骨架內(nèi)薄銅管6的端頭以接點(diǎn)23與電氣插座15的引腳15-2相連。右側(cè)半圓環(huán)空心線圈位于上端的起點(diǎn)24接電氣插頭16上的引腳16-1。同一端骨架內(nèi)薄銅管端頭接點(diǎn)25與電氣插頭16的引腳16-2相連。右側(cè)半圓環(huán)空心線圈位于下端的終點(diǎn)26連接骨架內(nèi)的薄銅管。半圓環(huán)空心線圈端頭部分漏出的絕緣護(hù)套4插在機(jī)械接頭7-1、7_2的孔中，以緊固螺釘14鎖定后，形成一個(gè)完整圓環(huán)形空心線圈即軸電流互感器。線圈骨架內(nèi)薄銅管形成回流環(huán)，電流的瞬時(shí)走向如圖4所示，雙環(huán)產(chǎn)生的反向磁場抵消，消除軸向泄漏磁場的干擾。 參閱圖10，前置信號調(diào)理器由隔離電源32、積分放大器28、高頻積分網(wǎng)絡(luò)27、低頻積分網(wǎng)絡(luò)29、直流増益限制網(wǎng)絡(luò)30、信號調(diào)理單元31、電氣接ロ 21組成。前置信號調(diào)理器的工作過程為隔離電源32為信號調(diào)理器提供±12V隔離電源，空心線圈監(jiān)測輸出的軸電流信號經(jīng)阻尼器電阻Rin連接到積分放大器28，放大器的積分增益為IAiCi= l/RinCin，適當(dāng)選取元件參數(shù)使得當(dāng)高頻電流通過時(shí)，l/ Cin<<Rin ,1/coCiくく Ri，Rin，Cin組成高頻積分網(wǎng)絡(luò)27，運(yùn)算放大器、Ri，Ci等效為跟隨器；當(dāng)?shù)皖l電流通過時(shí)，Rin << I / Cin，Ri << I/CoCi, Ri ,Ci組成低頻積分網(wǎng)絡(luò)29，Rin，Cin等效為跟隨器；對于超低頻信號，直流増益限制網(wǎng)絡(luò)30的等效阻抗Z << l/ Ci，限制了電路增益，對與設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)的信號，1/ (； くく Z,電路增益為正常的積分增益。積分放大器輸出經(jīng)信號調(diào)理單元31處理，輸出0-5V或4-20mA遠(yuǎn)傳信號，連接到電氣接ロ 21。
權(quán)利要求1.空心線圈軸電流互感器，其特征是由兩個(gè)縱向呈半個(gè)圓環(huán)形狀的空心線圈，固定在空心線圈兩端、將兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈連接成完整圓環(huán)形線圈的兩組機(jī)械接頭，連接空心線圈的前置信號調(diào)理器組成；空心線圈上有屏蔽層和絕緣護(hù)套，在其中ー組機(jī)械接頭上有接通兩個(gè)半圓環(huán)空心線圈繞組的電氣插頭及插座、外部供電電源接ロ、連接遠(yuǎn)端顯示裝置的遠(yuǎn)傳信號線接ロ ；對接成整圓環(huán)空心線圈的末端引線經(jīng)空心線圈內(nèi)從首端引出，弓丨線在線圈內(nèi)的部分作為逆向回環(huán)；空心線圈的引線接前置信號調(diào)理器，前置信號調(diào)理器的輸出端接遠(yuǎn)傳信號線電氣接ロ，前置信號調(diào)理器所需的外部供電電源接機(jī)械接頭上的電源接ロ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心線圈軸電流互感器，其特征是前置信號調(diào)理器包括阻抗匹配器，由高頻積分網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、低頻積分網(wǎng)絡(luò)、直流増益限制網(wǎng)絡(luò)、信號調(diào)理單元組成的前置有源積分放大器，信號調(diào)理單元及外部隔離電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心線圈軸電流互感器，其特征是在空心線圈絕緣護(hù)套外増加屏蔽層，使空心線圈具有內(nèi)、外兩層屏蔽層，外屏蔽層上包圍絕緣保護(hù)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心線圈軸電流互感器，其特征是空心線圈用帶有薄銅管內(nèi)襯的塑封管作為骨架和線圈外的絕緣護(hù)套，骨架上的薄銅管內(nèi)襯作為逆向回環(huán)連接在線圈末端與引出線之間，絕緣護(hù)套上的薄銅管內(nèi)襯作為屏蔽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心線圈軸電流互感器，其特征是機(jī)械接頭的每組兩個(gè)對接頭中，以ー側(cè)對接頭端部的外螺紋和嵌在另ー側(cè)對接頭端部的螺帽連接，每組接頭的兩端均為線圈端頭插入孔，線圈端頭插入孔位置有透過孔壁用于緊固線圈的螺釘，在ー組機(jī)械接頭的兩個(gè)對接頭的軸向孔內(nèi)，分別安裝連通兩個(gè)半圓環(huán)形空心線圈的插頭和插座，電氣插頭、插座引腳與相鄰線圈繞組端頭及作為回流環(huán)的塑封管薄銅管內(nèi)襯之間導(dǎo)體連接。
專利摘要空心線圈軸電流互感器，屬于測量技術(shù)，用于電機(jī)軸電流在線監(jiān)測，克服以往使用鐵芯型軸電流互感器存在的量程、帶寬、線性度受限，現(xiàn)場安裝和維修難度大，制造、使用成本高等不足。由兩個(gè)縱向呈半個(gè)圓環(huán)形狀的空心線圈，固定在空心線圈兩端、將兩個(gè)半圓環(huán)形線圈連接整圓的機(jī)械接頭及接頭上的電氣插頭，連接空心線圈的前置信號調(diào)理器組成。本實(shí)用新型的積極效果是利用羅可夫斯基線圈的無飽和、高線性、寬頻帶等固有的優(yōu)點(diǎn)，以相應(yīng)的前置信號調(diào)理器與其組合，消除其低頻靈敏度低，易引入高頻干擾的不利因素。實(shí)現(xiàn)了對軸電流高靈敏度、高穩(wěn)定性的信號監(jiān)測功能。和以往使用的鐵芯型軸電流互感器相比，大大減輕了傳感器重量、縮小了體積，方便了現(xiàn)場的安裝和維護(hù)，降低了制造、使用成本。
文檔編號G01R15/18GK202394688SQ20112055305
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者林海波 申請人:哈爾濱瑞格大電機(jī)技術(shù)有限公司