本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷測控系統(tǒng)及判斷方法。

背景技術(shù)：

發(fā)電機(jī)的定子鐵芯是發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，它起著提供磁回路、支撐發(fā)電機(jī)整體、固定定子繞組線圈的重要作用。發(fā)電機(jī)定子鐵芯絕緣是否良好是影響發(fā)電機(jī)正常運行的重要因素之一。當(dāng)定子鐵芯的硅鋼片之間的絕緣出現(xiàn)損傷問題時，將使硅鋼片絕緣損傷處產(chǎn)生渦流，該渦流會由故障處沿硅鋼片表面流動，并與定位筋或穿心螺桿構(gòu)成閉合回路，由此引起定子鐵芯內(nèi)部發(fā)熱。如果該故障不能得到及時有效的解決，渦流處引起的熱量會進(jìn)一步加重絕緣損傷情況，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的發(fā)熱，由此構(gòu)成惡性循環(huán)。定子鐵芯絕緣損傷不但影響定子鐵芯本身，嚴(yán)重時還會破壞故障點附近定子線棒絕緣性，致使線棒內(nèi)部放電加劇，進(jìn)而引起定子繞組相間短路與接地故障的發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決發(fā)電機(jī)定子鐵芯絕緣損傷影響定子鐵芯本身及破壞故障點附近定子線棒絕緣性，致使線棒內(nèi)部放電加劇，進(jìn)而引起定子繞組短路接地故障的問題。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：所述微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷測控系統(tǒng)包括：主控板模塊、激勵源模塊、信號采集模塊、信號傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)測模塊；

所述主控板模塊：包括主控板和用于給主控板供電的電源；

所述激勵源模塊：包括依次連接的第一可控放大電路、供電電纜線和鐵芯；所述第一可控放大電路還與主控板連接，第一可控放大電路的參數(shù)受主控板控制；

所述信號采集模塊：包括相連接的探測器和采樣電路；所述探測器為活動端，用于采集鐵芯各位置的磁通量變化信號，采樣電路用于將磁通量采樣信號傳遞給信號傳輸模塊；

所述信號傳輸模塊：包括依次連接的第一跟隨電路、第二可控放大電路、第二跟隨電路、帶通濾波器和a/d轉(zhuǎn)換器；所述第一跟隨電路用于接收來自采用電路的信號，再經(jīng)過第二可控放大電路放大、第二跟隨電路保持、帶通濾波器濾波后，由a/d轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后傳遞給主控板模塊；其中，第二可控放大電路與帶通濾波器均與主控板連接，第二可控放大電路與帶通濾波器的參數(shù)受主控板控制；

所述數(shù)據(jù)處理模塊：包括計算機(jī)，用于接收和處理主控板采集到的數(shù)據(jù)。

所述監(jiān)測模塊：包括示波器，用于實時監(jiān)測渦流磁場的電壓信號的變化。

進(jìn)一步地，所述探測器由纏繞漆包線的環(huán)狀鋅錳氧化體構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述主控板采用stm32控制芯片。

進(jìn)一步地，所述主控板模塊、激勵源模塊、信號采集模塊、信號傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)測模塊設(shè)置在密閉金屬銅板構(gòu)成的保護(hù)殼內(nèi)。

所述的微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷測控系統(tǒng)的故障判斷方法包括以下步驟：

步驟a、主控板控制第一可控放大電路，給供電電纜線充電，在鐵芯中形成磁通量大小能夠調(diào)節(jié)的磁場；

步驟b、探測器在鐵芯心表面的各個位置移動，接收變化的磁通量，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將磁通量的變化轉(zhuǎn)化為電信號，輸入到采樣電路；

步驟c、采樣電路輸出的電信號經(jīng)過放大，濾波，a/d轉(zhuǎn)換操作，輸入到主控板中進(jìn)行處理，獲取表征渦流磁場的電壓信號；

步驟d、將步驟c中獲取的大量渦流電壓信號的信號特征參量輸入到計算機(jī)的labview軟件中，根據(jù)產(chǎn)生異常信號的位置，鎖定故障區(qū)域，確定損傷程度，在計算機(jī)中生成鐵芯的健康報告和損傷部位的圖像。

進(jìn)一步地，在故障區(qū)域鎖定范圍過大的情況下，完成步驟a～d后，執(zhí)行步驟e、縮小故障區(qū)域鎖定范圍；具體為：主控板將繼續(xù)對可控放大電路發(fā)出放大指令，對信號進(jìn)行放大，信號傳輸給電纜線，電纜線的信號變大，鐵芯的磁通量會變得更大，進(jìn)而重新獲取故障區(qū)域并鎖定。

進(jìn)一步地，所述的步驟e執(zhí)行兩次或多次。

有益效果：

本發(fā)明通過給供電電纜線充電，在鐵芯中形成可調(diào)節(jié)大小的磁通量，探測器在鐵芯心表面的各個位置移動，接收變化的磁通量，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將磁通量的變化轉(zhuǎn)化為電信號，通過捕捉電信號的異常，能夠及時檢測出發(fā)電機(jī)定子鐵芯絕緣損傷，避免因絕緣損傷影響定子鐵芯本身及破壞故障點附近定子線棒絕緣性，致使線棒內(nèi)部放電加劇，進(jìn)而引起的定子繞組相間短路與接地故障。

附圖說明

圖1本發(fā)明的微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

具體實施方式1：結(jié)合圖1說明本實施方式，如圖1所示，本實施方式的微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷測控系統(tǒng)包括：主控板模塊、激勵源模塊、信號采集模塊、信號傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)測模塊；

所述主控板模塊：包括主控板和用于給主控板供電的電源；

所述激勵源模塊：包括依次連接的第一可控放大電路、供電電纜線和鐵芯；所述第一可控放大電路還與主控板連接，第一可控放大電路的參數(shù)受主控板控制；

所述信號采集模塊：包括相連接的探測器和采樣電路；所述探測器為活動端，用于采集鐵芯各位置的磁通量變化信號，采樣電路用于將磁通量采樣信號傳遞給信號傳輸模塊；

所述信號傳輸模塊：包括依次連接的第一跟隨電路、第二可控放大電路、第二跟隨電路、帶通濾波器和a/d轉(zhuǎn)換器；所述第一跟隨電路用于接收來自采用電路的信號，再經(jīng)過第二可控放大電路放大、第二跟隨電路保持、帶通濾波器濾波后，由a/d轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后傳遞給主控板模塊；其中，第二可控放大電路與帶通濾波器均與主控板連接，第二可控放大電路與帶通濾波器的參數(shù)受主控板控制；

所述數(shù)據(jù)處理模塊：包括計算機(jī)，用于接收和處理主控板采集到的數(shù)據(jù)。

所述監(jiān)測模塊：包括示波器，用于實時監(jiān)測渦流磁場的電壓信號的變化。

具體實施方式2：本實施方式在具體實施方式1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定所述探測器由纏繞漆包線的環(huán)狀鋅錳氧化體構(gòu)成，各線圈之間互相絕緣，使得最終感應(yīng)電動勢等于每一線圈中感應(yīng)電動勢的疊加，因此產(chǎn)生的電壓信號更強(qiáng)，更便于檢測。

具體實施方式3：本實施方式在具體實施方式1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定所述控制板采用stm32控制芯片。

具體實施方式4：本實施方式與具體實施方式1的區(qū)別在于，所述主控板模塊、激勵源模塊、信號采集模塊、信號傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)測模塊設(shè)置在密閉金屬銅板構(gòu)成的保護(hù)殼內(nèi)，保護(hù)殼隔絕了工作環(huán)境會有大量的電流信號和磁場干擾，提高了測量的準(zhǔn)確性。

工作原理：

主控板控制可控放大電路，給供電電纜線充電，在鐵芯中形成磁通量大小可調(diào)節(jié)的磁場，探測器在鐵芯心表面的各個位置移動，接收變化的磁通量，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將磁通量的變化轉(zhuǎn)化為電信號，微弱的電壓信號經(jīng)過放大，濾波，a/d轉(zhuǎn)換操作，輸入到主控板中進(jìn)行處理，獲取表征渦流磁場的電壓信號，并將大量渦流電壓信號的信號特征參量輸入到計算機(jī)的labview軟件中，確定故障區(qū)域和估計損傷程度，在計算機(jī)中生成鐵芯的健康報告和損傷部位的圖像。

具體實施方式5：本實施方式的微特電機(jī)的定子鐵心故障判斷方法，包括以下步驟：

步驟a、主控板控制第一可控放大電路，給供電電纜線充電，在鐵芯中形成磁通量大小能夠調(diào)節(jié)的磁場；

步驟b、探測器在鐵芯心表面的各個位置移動，接收變化的磁通量，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將磁通量的變化轉(zhuǎn)化為電信號，輸入到采樣電路；

步驟c、采樣電路輸出的電信號經(jīng)過放大，濾波，a/d轉(zhuǎn)換操作，輸入到主控板中進(jìn)行處理，獲取表征渦流磁場的電壓信號；

步驟d、將步驟c中獲取的大量渦流電壓信號的信號特征參量輸入到計算機(jī)的labview軟件中，鎖定故障區(qū)域，確定損傷程度，在計算機(jī)中生成鐵芯的健康報告和損傷部位的圖像。

具體實施方式6：本實施方式與具體實施方式5的區(qū)別之處在于，在故障區(qū)域鎖定范圍過大的情況下，完成步驟a～d后，執(zhí)行步驟e、縮小故障區(qū)域鎖定范圍；具體為：主控板將繼續(xù)對可控放大電路發(fā)出放大指令，對信號進(jìn)行放大，信號傳輸給電纜線，電纜線的信號變大，鐵芯的磁通會變得更大，進(jìn)而重新獲取故障區(qū)域并鎖定。

具體實施方式7：本實施方式與具體實施方式5的區(qū)別之處在于，所述的步驟e執(zhí)行兩次或多次，多次執(zhí)行步驟e后，將鎖定故障區(qū)域的工作變成鎖定故障點的工作，對故障有更精確的判斷。

理論基礎(chǔ)：

磁場強(qiáng)度hfe表示定子鐵芯虛擬磁回路中的磁場強(qiáng)度。勵磁源模塊是在較低的磁感應(yīng)強(qiáng)度下進(jìn)行的，此時鐵芯中磁導(dǎo)率hfe為空氣中磁導(dǎo)率hair的2000多倍，即hair＜＜hfe，由此可以忽略掉鐵芯部分磁場強(qiáng)度的積分值，激勵源的電流如(1)所示：

∫hdl＝∫hairdl＝∑i(1)

此時由式(2)可知，對于故障電流的測量值可近似為只與探測器本身的參數(shù)及穿過其中的磁場強(qiáng)度有關(guān)，而與鐵芯部分無關(guān)，則探測器微元長度上的磁鏈為：

dψ＝μnahairdlcosα(2)

式中：μ為空氣中磁導(dǎo)率；a為探測器上漆包線的橫截面積；n為磁位計上微元長度的漆包線繞組匝數(shù)；cosα則為該段橫截面積法向量與磁場強(qiáng)度方向夾角的余弦值。將式(2)等號兩端積分，可得整個chattock磁位計上的磁鏈總和為：

ψ＝∫dψ＝μna∫haircosαdl＝μnai(3)

式中i為探測器對應(yīng)檢測到的電流值的瞬時值。此時對磁位計上磁鏈總和進(jìn)行求導(dǎo)，則有:

式中ucoil為探測器中感應(yīng)到的電壓值。由于該電壓為工頻交流電壓，式(4)中的瞬時值可以用有效值來代替，即：

ucoil＝-μnaωi(5)

式中ω為角頻率。

探測器所感應(yīng)到的磁場來自兩部分，一部分是故障點渦流所產(chǎn)生的磁場；一部分是探測器中感應(yīng)到的勵磁電纜產(chǎn)生的磁場。由此可知，為了得到故障電流值，需要將探測器獲取的電壓信號進(jìn)行分解。