一种转子绕组交流阻抗检测电路及装置的制作方法

本发明涉及发电及相关领域，尤其涉及一种转子绕组交流阻抗检测电路及装置。

背景技术：

隐极式转子同步发电机，简称为隐极式发电机，是电力行业最常见的发电机型式。但是由于隐极式发电机的制造工艺、运输保管、运行维护等原因，使得其转子绕组在运行过程中可能有匝间短路的情况发生，进而引发机组振动、转子本体磁化等其他故障的发生。

部分隐极式发电机的转子绕组匝间短路，并非永久性、金属性短路，此类短路仅发生在特定运行条件下，如特定转速范围内。而且常规测试手段难以检测隐极式发电机转子绕组动态匝间短路，当其出现故障时，只能运回制造厂进行检测，周期长且费用高，无法满足用户现场试验的要求。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种接口电路，以解决现有技术中难以检测隐极式发电机转子绕组动态匝数短路的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种转子绕组交流阻抗检测电路，包括：电流采样电路、电压采样电路、模数转换电路、转速采样电路和微处理器；

所述电流采样电路的输入端与转子绕组串联连接，所述电流采样电路采集所述转子绕组的电流；

所述电压采样电路的输入端与所述转子绕组并联连接，所述电压采样电路采集所述转子绕组的电压；

所述模数转换电路的输入端分别与所述电流采样电路的输出端和所述电压采样电路的输出端连接，所述模数转换电路将所述电流采样电路采集的电流模拟量和所述电压采样电路采集的电压模拟量转换为数字信号；

所述转速采样电路用于采集所述转子的测速齿轮的转速脉冲信号；

所述微处理器的输入端分别与所述模数转换电路的输出端和所述转速采样电路的输出端连接，所述微处理器的输出端与所述检测电路的输出端子连接，所述微处理器分别处理所述模数转换电路输出的电流信号和电压信号以及所述转速采样电路输出的转速信号，并通过所述输出端子输出各数据。

第二方面，本发明还提供了一种转子绕组交流阻抗检测装置，所述装置包括：容纳箱，所述容纳箱设置有提手，所述容纳箱内设置有电路板，所述电路板上设置有如第一方面所述的检测电路。

在本发明实施例中，首先模数转换电路将电流采样电路采集的转子绕组的电流以及电压采集电路采集的转子绕组的电压转换成数字信号，然后通过微处理器将上述数字信号以及转速采样电路采集的转子的测速齿轮的转速脉冲信号进行处理并输出，可以通过上述数据的变化，检测转子绕组交流阻抗的变化状态，进而检测出是否存在动态匝间短路的问题。本发明实施例通过上述电路可以解决常规转子绕组交流阻抗测试装置不具备连续阻抗连续检测能力的问题，并满足了相关要求，同时可以做到小型化设计，便于试验人员现场使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种转子绕组交流阻抗检测电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种电流采样电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的一种电压采样电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的一种转速采样电路的电路图；

图5是本发明实施例提供的一种转子绕组交流阻抗检测电路的电路图。

其中，r1为第一电阻；r2为第二电阻；r3为第三电阻；r4为第四电阻；r5为第五电阻；r6为第六电阻；r7为第七电阻；r8为第八电阻；r9为第九电阻；c1为第一电容；c2为第二电容；c3为第三电容；c4为第四电容；c5为第五电容；c6为第六电容；c7为第七电容；ta为电流互感器；u1为第一放大器；tv为电压互感器；u2为第二放大器；u3为触发器；s为磁电转速传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种转子绕组交流阻抗检测电路及装置，实现了发电机升/降转速过程中，转子绕组交流阻抗的动态连续检测，具有实时显示及存储(例如工业级sd卡)、输出(例如usb2.0接口)功能，允许查阅和导出试验历史数据，例如不同转速下连续测量的阻抗曲线及曲线上各转速点对应的电压、电流、阻抗值，解决了常规转子绕组交流阻抗测试装置不具备连续阻抗连续检测能力的问题，满足了现有的相关要求，同时做到小型化设计，便于试验人员现场使用。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种转子绕组交流阻抗检测电路的结构框图。如图所示，该转子绕组交流阻抗检测电路可以包括：电流采样电路、电压采样电路、模数转换电路、转速采样电路和微处理器。

其中，电流采样电路的输入端与转子绕组串联连接，电流采样电路采集转子绕组的电流。电压采样电路的输入端与转子绕组并联连接，电压采样电路采集转子绕组的电压。模数转换电路的输入端分别与电流采样电路的输出端和电压采样电路的输出端连接，模数转换电路将电流采样电路采集的电流模拟量和电压采样电路采集的电压模拟量转换为数字信号。转速采样电路用于采集转子的测速齿轮的转速脉冲信号。微处理器的输入端分别与模数转换电路的输出端和转速采样电路的输出端连接，微处理器的输出端与检测电路的输出端子连接，微处理器分别处理模数转换电路输出的电流信号和电压信号以及转速采样电路输出的转速信号，并通过输出端子输出各数据。

在本发明实施例中，首先模数转换电路将电流采样电路采集的转子绕组的电流以及电压采集电路采集的转子绕组的电压转换成数字信号，然后通过微处理器将上述数字信号以及转速采样电路采集的转子的测速齿轮的转速脉冲信号进行处理并输出，可以通过上述数据的变化，检测转子绕组交流阻抗的变化状态，进而检测出是否存在动态匝间短路的问题。本发明实施例通过上述电路可以解决常规转子绕组交流阻抗测试装置不具备连续阻抗连续检测能力的问题，并满足了相关要求，同时可以做到小型化设计，便于试验人员现场使用。

在本发明的一个可能的实施方式中，如图2所示，为本发明实施例提供的一种电流采样电路的电路图。如图所示，该电流采样电路可以包括：电流互感器ta、滤波电路、第一放大器u1、第三电阻r3、第二电容c2、第三电容c3和第四电阻r4。

具体地，电流互感器ta的输入端与转子绕组连接，电流互感器ta的输出端与滤波电路连接；其中，电流互感器ta与转子绕组的具体连接关系为转子绕组的励磁回路导体穿过电流互感器ta中间的孔。

第一放大器u1的同相输入端与滤波电路连接，第一放大器u1的反相输入端与第三电阻r3的第一端连接，第一放大器u1的正电源输入端分别与正极电源端子和第二电容c2的第一端连接，第一放大器u1的负极电源输入端分别与负极电源端子和第三电容c3的第一端连接，第一放大器u1的输出端分别与第三电阻r3的第二端、第四电阻r4的第一端和模数转换电路的输入端连接；

第二电容c2的第二端、第三电容c3的第二端和第四电阻r4的第二端均接地。

其中，正极电源端子和负极端子可以外接电源，也可以接该检测电路中的电源电路，以为电流采样电路供电。外接电源的取值可以根据电路的实际情况确定，例如15v、12v等等，在此不做限定。

在本发明实施例中，采用上述电流采样电路进行转子绕组的电流的采集，在其他实施例中，也可以采用其他电流采样电路，只要是可以起到采集转子绕组的电流的作用即可。

在本发明实施例中，电流互感器ta输出电流信号，将电流信号通过电阻转换为电压信号后，由第一放大器u1进行隔离跟随，输入模数转换电路中。

在本发明的一个可能的实施方式中，滤波电路可以包括：第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1。

具体地，第一电阻r1的第一端分别与电流互感器ta的第一端和第二电阻r2的第一端连接，第一电阻r1的第二端分别与电流互感器ta的第二端和第一电容c1的第一端连接。第二电阻r2的第二端分别与第一电容c1的第二端和第一放大器u1的同相输入端连接。第一电阻r1的第一端接地。

在本发明实施例中，采用上述滤波电路进行滤波，在其他实施例中，也可以采用其他滤波电路，只要是可以起到为电流互感器ta进行滤波的作用即可。

在本发明的一个可能的实施方式中，如图3所示，为本发明实施例提供的一种电压采样电路的电路图。如图所示，该电压采样电路可以包括：电压互感器tv、第二放大器u2、第八电阻r8、第四电容c4、第五电阻r5、第六电阻r6、第五电容c5、第七电阻r7、第六电容c6、第七电容c7和第九电阻r9。

具体地，电压互感器tv的输入端通过第八电阻r8与转子绕组连接，电压互感器tv的第一输出端分别与第四电容c4的第一端、第六电阻r6的第一端、第五电容c5的第一端和第二放大器u2的反相输入端连接，电压互感器tv的第二输出端接地。第六电阻r6的第二端与第五电阻r5的第一端连接。第五电容c5的第二端与第七电阻r7的第一端连接。第二放大器u2的同相输入端接地，第二放大器u2的正电源输入端分别与正极电源端子和第六电容c6的第一端连接，第二放大器u2的负极电源输入端分别与负极电源端子和第七电容c7的第一端连接，第二放大器u2的输出端分别与第四电容c4的第二端、第五电阻r5的第二端、第七电阻r7的第二端和第九电阻r9的第一端连接。第六电容c6的第二端和第七电容c7的第二端均接地。第九电阻r9的第二端与模数转换电路的输入端连接。

其中，正极电源端子和负极端子可以外接电源，也可以接该检测电路中的电源电路，以为电流采样电路供电。外接电源的取值可以根据电路的实际情况确定，例如15v、12v等等，在此不做限定。

在本发明实施例中，采用上述电压采样电路进行转子绕组的电压的采集，在其他实施例中，也可以采用其他电压采样电路，只要是可以起到采集转子绕组的电压的作用即可。

在本发明实施例中，电压互感器tv采集第八电阻r8的电压，再由第而放大器进行放大、滤波后，输入模数转换电路中。

在本发明的一个可能的实施方式中，如图4所示，为本发明实施例提供的一种转速采样电路的电路图。如图所示，该转速采样电路可以包括：触发器和磁电转速传感器s。

具体地，磁电转速传感器s用于采集转子的测速齿轮的转速脉冲信号，磁电转速传感器s的第一输出端与触发器的输入端连接，磁电转速传感器s的第二输出端接地。触发器的输出端与微处理器的输入端连接。

其中，磁电转速传感器s靠近转子的测速齿轮设置，以便测量的数据更为准确。

在本发明实施例中，触发器可以采用施密特触发器u3。施密特触发器u3可以将模拟信号的波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且其具有滞回特性，抗干扰能力较强。

在本发明实施例中，采用上述转速采样电路进行转子的测速齿轮的电压的采集，在其他实施例中，也可以采用其他测速采样电路，只要是可以起到采集转子的测速齿轮的转速脉冲信号的作用即可。

在本发明实施例中，转速脉冲信号通过磁电转速传感器s转为脉冲信号，经过施密特触发器u3进行波形整形后，直接进入微处理器进行计数，并计算转速。

在本发明的一个可能的实施方式中，模数转换电路可以采用任何一种芯片，在本实施例中，采用ad7656型号的芯片。模数转换电路负责将采样电路采集的电压、电流模拟信号转换为高精度16位数字信号，并自带有正负电源输入，配合放大器的正负电源，使得信号无损捕获。

在本发明的一个可能的实施方式中，第一放大器u1和第二放大器u2的型号可以采用相同型号的放大器，也可以采用不同型号的放大器，采用的型号可以是任意一种型号。在本发明实施例中，第一放大器u1和第二放大器u2采用的均是op27gs型号的放大器。

在本发明的一个可能的实施方式中，如图5所示，为本发明实施例提供的一种转子绕组交流阻抗检测电路的电路图。如图所示，该转子绕组交流阻抗检测电路还可以包括：电源电路。

具体地，该电源电路的输出端分别与电流采样电路、电压采样电路、转速采样电路、模数转换电路和微处理器连接，并为其提供电能。

在本发明的一个可能的实施方式中，该转子绕组交流阻抗检测电路还可以包括：稳压电路。

具体地，该稳压电路的第一输入端与电源电路的输出端连接，稳压电路的第二输入端接地，稳压电路的输出端分别与电流采样电路、电压采样电路、转速采样电路、模数转换电路和微处理器连接。

在本发明实施例中，稳压电路可以采用任一种电路结构，本发明不做具体限定。

在本发明的一个可能的实施方式中，该转子绕组交流阻抗检测电路还可以包括：显示电路和存储模块。

具体地，该显示电路的输入端与微处理器的输出端连接，显示电路显示微处理器处理后的电流数据、电压数据和转速数据。该存储模块的输入端与微处理器的输出端连接，存储模块存储微处理器处理后的电流数据、电压数据和转速数据。

在本发明实施例中，显示电路可以是任意一种显示电路，在本发明中不做具体限定。

其中，存储模块可以采用sd卡存储器，将上述采集的所有数据均存储在sd卡存储器中，以方便后续查阅及导出历史数据。

在本发明的一个可能的实施方式中，该转子绕组交流阻抗检测电路还可以包括：外接接口。以用于与外界进行交互，例如，可以接交互按键，实现数据的查询。还可以接usb接口，以导出数据。

在本发明实施例中，电源电路不仅可以为电流采样电路、电压采样电路、转速采样电路、模数转换电路、微处理器提供电能，还可以为该转子绕组交流阻抗检测电路的输出端子连接的电路提供电能，例如存储模块、显示电路、交互按键等。

在本发明的一个可能的实施方式中，微处理器的型号也不做限定，只要能实现本发明中的所有功能的型号均可。

微处理器用于将采集的转速脉冲计算为转速，并读取模数转换电路中的数字数据，并控制三者进行同步采样，以使得采集的数据同步。通过微处理器中的计算模块，将电压、电流的比值，即阻抗确定为纵坐标，将转速确定为横坐标，然后生成各种转速下的阻抗坐标点，在显示电路对应的显示器上显示，并且可以通过外接接口向外传输，进而生成转子升/降转速全过程件的交流阻抗变化情况曲线。上述各采样电路的采样频率均不低于10hz，在连续采样时，同一转速下可能会采集多次数据，取该转速下的首次采样的电压、电流数据和由此计算出的阻抗值作为显示值。转速显示分辨率可以为1转/分钟(1r/min)，即转速采用取整的方式，每变化1r/min，生成一个阻抗坐标点。

本发明实施例提供的检测电路具有实时显示、存储及输出功能，可供查阅和导出试验历史数据，即任意转速下的电压值、电流值、阻抗值以及某次试验转速变化期间的连续阻抗曲线。

本发明实施例还提供了一种转子绕组交流阻抗检测装置。该装置可以包括：容纳箱，该容纳箱设置有提手，该容纳箱内设置有电路板，该电路板上设置有上述任一所述的检测电路。

进一步地，该装置还可以包括：滚轮，该滚轮安装在容纳箱上。

在安装滚轮的同时，该容纳箱还可以安装有拉杆，便于携行。

在本发明的一个可能的实施方式中，该容纳箱箱体的防护等级不低于ip65，具备防水、防潮、防尘、防机械冲击和电磁屏蔽功能。箱体采用拉杆箱结构，便于携行。

该容纳箱还设置有面板，该面板带有显示屏、导航按键、试验电源输入、输出端子及转速输入端子，面板自带装置工作电源插口(ac220v)及数据导出usb2.0插口，数据存储介质可以采用工业级sd卡。

在本发明的一个可能的实时方式中，容纳箱可以采用合金材质或工程塑料材质，箱盖内部附缓冲海绵内衬，面板采用绝缘材质。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。