交流勵磁機電樞線圈極性檢測儀的設計與運用

吳謝生

（匯能電機有限公司，廣東潮州 521021）

0 引言

無刷勵磁發電機是由同步發電機（以下簡稱同步機）和交流勵磁機（以下簡稱交勵機）兩部分組成。交流勵磁機為旋轉電樞式同步發電機[1]，交勵機的電樞在生產制作過程中，由于鐵芯極間距窄，線圈數量多，容易造成極性接反的問題。檢驗方法的局限性以及缺乏復檢校驗設備，造成無法及時發現接線錯誤的線圈，從而影響生產進程以及產品質量。需要開發出一種能夠快速校驗檢測交勵機電樞線圈接線的設備。

1 電樞線圈極性檢測儀的設計初衷

某單位原檢驗交勵機電樞線圈的方法：線圈在裝配至鐵芯后，首先進行試連線，然后在每一相通入約50 A的直流電，使用指南針來判別各個線圈極性是否正確，由于交勵機電樞線圈多，鐵芯極間距小，而且50 A的電流比較大，通電時間不宜過長，否則會對線圈造成損傷。因此檢測時要迅速，不過檢測時就存在一定的誤判率。

案例：2017年1～2月期間，生產SFW200-12/850-W發電機配套的TFLW14/327-140型交勵機，采用的是一相14個線圈并聯的形式，有兩臺都出現線圈極性接反的問題，在線圈極性檢測中未能及時發現錯誤，進入下一道工序，直至在發電機整機校驗時才被發現，繼而返工修復，導致產品延誤出廠，造成了一定的經濟損失。

2 電樞線圈極性檢測儀的設計

針對原交勵機線圈極性檢測方法存在的不足，對新設備提出的兩點要求：

（1）能夠快速檢測交勵機電樞線圈，正確判別各線圈的極性，檢測線圈焊接接頭是否良好，以及是否存在斷線情況；

（2）適用于各種型號的交流勵磁機。

2.1 檢測儀的設計原理

三相交勵機電樞線圈在接線正確以及接觸良好的情況下，將其中一相通入20～60 A交流電流，此時短路另外兩相，這兩相的交流電流應完全一致，將這兩相電流串入電流表，并引入自制專用的電流互感器（參考零序電流互感器的工作原理制作的專用電流互感器，零序電流互感器實質上是一種零序電流-電壓變換器，可用作交流電子式漏電脫扣器的信號檢測環節[2]，在中性點不直接接地系統中，零序電流互感器與接地繼電器等構成單相接地保護裝置。系統正常運行時，通過零序電流互感器一次線圈中的三相電流的矢量和等于零〔3〕），互感器初級線圈中電流方向相反，兩相電流在互感器中產生的磁通相互抵消，互感器二次側無感應電流信號輸出。

如果這兩相中出現極性錯誤或者斷線情況時，兩相電流之間會出現一定的偏差，互感器二次側產生一定量的電流信號，對此電流信號進行放大并驅動聲光指示器，發出報警信號，交替更換線圈輸入端，完成整個電樞線圈各相的檢查。這種方法通過電流表和聲光指示器的指示情況可以快速判別各相電樞線圈是否存在錯誤。

電樞線圈極性檢測儀的電氣原理圖如圖1所示。

圖1 電氣原理圖

2.2 檢測儀的制作

為適用于某單位生產的各種型號的交勵機線圈的校驗檢測，因此檢測儀適用范圍要廣。測試時通入20～60 A的交流電流，是根據某單位生產的交勵機各個機型的電流計算以及實際測試過程中得出。

首先要制作電源變壓器，并且將變壓器初、次級線圈制作為帶抽頭的，使之輸出各級電流。初級抽頭3個：分為強、中、弱三檔，出線端用萬能轉換開關作為檔位選擇開關。次級抽頭1個，分為A1檔和A檔，A1檔一般適用于線圈并聯路數在10路以上的，A檔在10路以下的，這樣輸出測量端一共就有六檔，在校驗檢測線圈時可以適用不同型號的交勵機電樞線圈。次級線圈還有另外一組線圈輸出12 V，作為信號檢測放大插件的工作電源。電源變壓器的鐵芯選用E型截面積是11.2 cm2，初級線圈選用直徑0.47 mm的漆包線，抽頭3個；次級線圈選用截面積為4 mm2的銅芯塑料線11匝，5匝抽頭1個；

專用電流互感器初級線圈選用截面積2.5 mm2的銅芯電纜線，繞兩匝半兩組，次級線圈選用直徑0.47 mm的漆包線繞制520匝。

選用LW26-63A（0723/3）型萬能轉換開關作為檔位選擇開關；交流電流表采用44L1型5A電流表；YHAD-22SM/31聲光指示器作為報警器；CJ-03檢測放大插件則是某單位其它產品的配件，已經使用多年，性能可靠；檢測放大電路中整流二極管選用1N5815肖基特二極管，正向電阻非常低，幾乎不存在貯存電荷，因此它傳輸損耗小，開關速度高〔4〕，可以減少壓降，提高靈敏度。

將所有器件安裝至器件安裝板，按照原理圖接線完成后再將其固定于電氣箱內。檢測儀出線測量端選用截面積為4 mm2的銅芯電纜線，電源輸入端選用截面積為6 mm2的銅芯電纜線。

2.3 檢測儀的測量方法

（1）首先將導線N連接到交勵機電樞線圈N點，將電源端導線A連接至電樞線圈U相，導線C1、C2接至電樞線圈的V、W相。接線牢固無誤后，打開電源，將電流強度切換開關依次從弱、中、強，切換輸出電流的強度，使被測量端C1、C2電流表電流顯示在約3 A。3～4 A電流也是在多次實驗測試中被確定為最合適的測量電流，電流太低沒有信號輸出，電流太高會影響線圈性能。

（2）觀察故障指示器是否有報警，如果有報警信號發出，那么電流小的被測線圈存在問題，關閉電源后，更換電源端和被測量端電樞線圈的接線。用相同的方法進行檢測，完成三相線圈的校驗檢查，找出存在問題的線圈，重新修改制作完成。

3 實踐效果和取得的成效

電樞線圈極性檢測儀于2017年4月制作完成，對某單位各種型號交勵機電樞線圈進行測量，并人為制造極性接反、斷線等錯誤，檢測儀均能準確進行識別，發現錯誤，校驗效果良好，并且適用于各個機型。檢測儀測試的部分機型如表1所示。

表1 測試的部分機型

4 結論

自從電樞線圈極性檢測儀投入使用后，由于能夠及時發現線圈的接線錯誤，在隨后的一年時間里，再未出現由于線圈接線出錯漏檢，繼而進入下一個生產工序的情況。電樞線圈極性檢測儀的使用，不僅增加質檢部門檢驗線圈的方法，而且提高了檢測效率，更重要的是能夠準確發現問題產品，為產品質量提供了保障。