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Title:
DEVICE FOR SENSING A HIGH-FREQUENCY EVENT SIGNAL IN A ROTATING ELECTRICAL MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/121700
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (4) for sensing a high-frequency event signal in a rotating electrical machine (2), at least two sensors (28) for sensing a low-frequency sensor signal being arranged in the rotating electrical machine (2), the at least two sensors (28) each comprising an antenna for coupling the high-frequency event signal out of a high-frequency electromagnetic field of the rotating electrical machine (2). According to the invention, to achieve a simple and cost-effective implementation in comparison with the prior art, the sensors (28) are connected to a common HF evaluation device (38) via a common, in particular reactive, coupling element (36), wherein the common coupling element (36) is designed to transfer the high-frequency event signal from at least one of the sensors (28) to the common HF evaluation device (38) and to decouple the low-frequency sensor signal.

Inventors:
MEYER MARTIN (DE)
SCHEIBNER DIRK (DE)
SCHIMMER JÜRGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/077305
Publication Date:
June 24, 2021
Filing Date:
September 30, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01R31/34
Foreign References:
EP0662220B11996-11-20
EP3570052A12019-11-20
US6452416B12002-09-17
DE102005027670A12007-01-11
EP0662220B11996-11-20
EP3570052A12019-11-20
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (4) zur Erfassung eines hochfrequenten Ereig nissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine (2), wobei mindestens zwei Sensoren (28) zur Erfassung eines nie derfrequenten Sensorsignals in der elektrischen rotierenden Maschine (2) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Sensoren (28) jeweils eine Antenne zur Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektrischen ro tierenden Maschine (2) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (28) über ein gemeinsames, insbesondere reakti ves, Koppelelement (36) mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung (38) verbunden sind, wobei das gemeinsame Koppelelement (36) zur Übertragung des hochfrequenten Ereignissignals von zumindest einem der Senso ren (28) an die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung (38) und zum Entkoppeln des niederfrequenten Sensorsignals ausgebildet ist.

2. Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei das gemeinsame, insbesondere reaktive, Koppelele ment (36) einen Transformator aufweist.

3. Vorrichtung (4) nach Anspruch 2, wobei der Transformator primärseitige Wicklungen (40, 42, 44) und eine sekundärseitige Wicklung (46) aufweist, wobei jedem der mindestens zwei Sensoren (28) jeweils eine primärseitige Wicklung (40, 42, 44) zugewiesen ist, wobei der HF-Auswertevorrichtung (38) die sekundärseitige

Wicklung (46) zugewiesen ist und wobei die primärseitigen Wicklungen (40, 42, 44) jeweils mit der sekundärseitigen Wicklung (46) verkoppelt sind. 4. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Transformator einen magnetischen Kern, insbesondere einen ringförmigen Ferritkern, aufweist.

5. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die primärseitigen und sekundärseitigen Wicklungen (40, 42, 44, 46) miteinander verdrillt angeordnet sind.

6. Vorrichtung (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoren (28) jeweils mit einer

NF-Auswertevorrichtung (48) zur Auswertung des niederfrequen ten Sensorsignals verbunden sind, wobei die NF-Auswertevorrichtung (48) zum Entkoppeln des hochfrequenten Ereignissignals ausgebildet ist.

7. Vorrichtung (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Sensoren (28) als Temperaturfühler ausgebildet ist.

8. Vorrichtung (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das niederfrequente Sensorsignal und das hochfrequente Ereignissignal differenzielle Signale sind.

9. Vorrichtung (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoren (28) dem gemeinsamen, insbesondere reakti ven, Koppelelement (36) jeweils einzeln zuschaltbar sind.

10. Verfahren zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissig nals in einer elektrischen rotierenden Maschine (2), wobei mindestens zwei Sensoren (28) zur Erfassung eines nie derfrequenten Sensorsignals in der elektrischen rotierenden Maschine (2) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Sensoren (28) jeweils eine Antenne zur Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektrischen ro tierenden Maschine (2) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (28) über ein gemeinsames, insbesondere reakti ves, Koppelelement (36) mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung (38) verbunden sind, wobei das hochfrequente Ereignissignal von zumindest einem der Sensoren (28) über das gemeinsame Koppelelement (36) an die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung (38) übertragen und vom niederfrequenten Sensorsignal entkoppelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das gemeinsame, insbesondere reaktive, Koppelele ment (36) als Transformator ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Transformator primärseitig Wicklungen (40, 42, 44) und eine sekundärseitige Wicklung (46) aufweist, wobei jedem der mindestens zwei Sensoren (28) jeweils eine primärseitige Wicklung (40, 42, 44) zugewiesen werden, wobei der HF-Auswertevorrichtung (38) die sekundärseitige Wicklung (46) zugewiesen wird und wobei die primärseitigen Wicklungen (40, 42, 44) jeweils mit der sekundärseitigen Wicklung (46) verkoppelt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die primärseitigen und sekundärseitigen Wicklungen (40, 42, 44, 46) miteinander verdrillt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Sensoren (28) jeweils mit einer

NF-Auswertevorrichtung (48) zur Auswertung des niederfrequen ten Sensorsignals verbunden werden, wobei die NF-Auswertevorrichtung (48) zum Entkoppeln des hochfrequenten Ereignissignals ausgebildet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das niederfrequente Sensorsignal und das hochfrequente Ereignissignal differenziell übertragen werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Sensoren (28) dem gemeinsamen, insbesondere reakti ven, Koppelelement (36) jeweils einzeln zugeschaltet werden.

17. Steuereinheit (54) mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 16.

18. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 16 bei Ablauf in einer Steuerein heit (54) nach Anspruch 17.

19. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm nach Anspruch 18.

20. Elektrische rotierende Maschine (2) mit mindestens einer Vorrichtung (4) zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignis signals nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotie renden Maschine.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinheit mit Mitteln zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer Steuereinheit .

Überdies betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm.

Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische rotierende Ma schine mit mindestens einer derartigen Vorrichtung zur Erfas sung eines hochfrequenten Ereignissignals.

Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in elektri schen rotierenden Hochspannungsmaschinen, insbesondere Hoch spannungsmotoren und Hochspannungsgeneratoren, verwendet, welche mit einer Spannung von mindestens lkV betreibbar sind.

Unter einem hochfrequenten Ereignissignal ist beispielsweise ein gepulstes Signal in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz zu verstehen. Der Puls weist eine rechteckige, eine gaußförmige oder eine andere Pulsform auf. Derartige hochfre quente Ereignissignale entstehen beispielsweise bei Teilent ladungen, die bei elektrischen rotierenden Maschinen häufig auftreten. Bei Teilentladungen handelt es sich um lokale Ent ladungen, welche beispielsweise durch Inhomogenitäten in ei nem Isolierstoff verursacht werden und unter Umständen lang fristig zum Versagen der Isolierung und damit zu einem Aus fall der Hochspannungsmaschine führen. Deshalb werden elek trische rotierende Hochspannungsmaschinen regelmäßig auf Teilentladungen untersucht. Insbesondere bei einer deutlichen Veränderung der Häufigkeit von Teilentladung ist es erforder lich, die Ursache zu finden. Insbesondere in größeren elektrischen rotierenden Maschinen können Teilentladungen nur räumlich begrenzt erkannt werden. Es werden daher mehrere Sensoren ausgewertet, um eine möglichst lückenlose Überwa chung zu erreichen.

Die Patentschrift EP 0 662220 Bl beschreibt ein Verfahren zur Auskopplung eines hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld in einer elektrischen Großmaschine mit einem, eine elektrische Wick lung tragenden, und mit zumindest einem Temperaturfühler be stückten Ständer. Das hochfrequente Ereignissignal ist von dem als Antenne benutzten Temperaturfühler abzunehmen. Auf diese Weise wird der apparative Aufwand zur Auskopplung des Ereignissignals geringgehalten, und bei Verwendung einer Vielzahl von Temperaturfühlern ist eine Ortung eines Scha dens, wo das Ereignissignal verursacht wurde, möglich.

Die Offenlegungsschrift EP 3 570 052 Al beschreibt ein Ver fahren zur Messung eines gepulsten hochfrequenten Ereignis signals, insbesondere einer Teilentladung, in einer elektri schen rotierenden Maschine. Um im Vergleich zum Stand der Technik, eine einfache und kostengünstige Implementierung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Ereignissignal aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld mit Hilfe eines Sensors während eines Betriebes der elektrischen rotierenden Maschine ausgekoppelt wird, wobei aus dem ausgekoppelten Er eignissignal mit Hilfe einer Hochfrequenz-Detektorschaltung ein pulsförmiges niederfrequentes Hüllkurvensignal ermittelt wird, wobei, wenn eine Amplitude des Hüllkurvensignals einen Schwellwert überschreitet, ein Ereignissignal erfasst wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine anzugeben, welche, im Ver gleich zum Stand der Technik, einfach und kostengünstig zu implementieren ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine gelöst, wobei mindestens zwei Sensoren zur Erfassung eines niederfrequenten Sensorsig nals in der elektrischen rotierenden Maschine angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Sensoren jeweils eine Antenne zur Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektrischen rotierenden Maschine umfassen, wobei die Sensoren über ein gemeinsames, insbesondere reaktives, Koppelelement mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung verbunden sind, wobei das gemeinsame Koppelelement zur Übertragung des hochfrequenten Ereignissignals von zumindest einem der Sensoren an die ge meinsame HF-Auswertevorrichtung und zum Entkoppeln des nie derfrequenten Sensorsignals ausgebildet ist.

Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Ver fahren zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine gelöst, wobei mindes tens zwei Sensoren zur Erfassung eines niederfrequenten Sen sorsignals in der elektrischen rotierenden Maschine angeord net sind, wobei die mindestens zwei Sensoren jeweils eine An tenne zur Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektri schen rotierenden Maschine umfassen, wobei die Sensoren über ein gemeinsames, insbesondere reaktives, Koppelelement mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung verbunden sind, wo bei das hochfrequente Ereignissignal von zumindest einem der Sensoren über das gemeinsame Koppelelement an die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung übertragen und vom niederfrequenten Sensorsignal entkoppelt wird.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Steuerein heit mit Mitteln zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gelöst.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer Steuereinheit gelöst.

Überdies wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Computer programmprodukt mit einem Computerprogramm gelöst.

Zudem wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine elektrische rotierende Maschine mit mindestens einer derartigen Vorrich tung zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals ge löst.

Die in Bezug auf die Vorrichtung nachstehend angeführten Vor teile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren, die Steuereinheit, das Computerprogramm, das Computerprogrammprodukt und die elektrische rotierende Maschine übertragen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, ein hochfrequen tes Ereignissignal, beispielsweise eine Teilentladung, wäh rend des Betriebes einer elektrischen rotierenden Maschine mit minimalem Hardware-Aufwand zu erfassen. Zur elektrischen rotierenden Maschine gehören auch mit der Maschine verbundene Komponenten wie Kabel, Transformatoren, Filter, usw., in wel chen ein derartiges hochfrequentes Ereignissignal erfassbar ist. Da, insbesondere in elektrischen rotierenden Hochspan nungsmaschinen, hochfrequente Ereignissignale nur räumlich begrenzt detektierbar sind, werden mindestens zwei Sensoren verwendet, die über ein gemeinsames, insbesondere reaktives, Koppelelement mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung verbunden sind. Ein reaktives Koppelelement ist ein, insbe- sondere passives, elektronisches Bauelement, welches im We sentlichen aus energiespeichernden Komponenten wie Spulen und Kondensatoren aufgebaut ist. Ein reaktives Bauelement ist da her sehr verlustarm. Auf diese Weise sind mehrere Sensoren über eine HF-Auswertevorrichtung auswertbar, was aufgrund des reduzierten Hardware-Aufwands zu einer Kostenreduktion führt. Ferner ist die Schaltung kleiner und einfacher.

Die Sensoren sind beispielsweise als kapazitive oder indukti ve Kopplungsvorrichtung, als Richtkoppler, als Temperaturfüh ler oder als ein anderer Sensor ausgestaltet. Da die Sensoren zur Erfassung eines niederfrequenten Sensorsignals in der elektrischen rotierenden Maschine bereits vorhanden sind, ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich und es ist nicht er forderlich, die elektrische rotierende Maschine für die Er fassung des hochfrequenten Ereignissignals zu modifizieren. Ein niederfrequentes Sensorsignal ist beispielsweise ein Sig nal mit einer Frequenz von weniger als 1 kHz, während das hochfrequente Ereignissignal in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz liegt. Die Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektrischen rotierenden Maschine erfolgt mittels einer Antenne, wobei beispielsweise Zuleitungen der Sensoren als Antenne verwendet werden, wodurch keine zusätzlichen Mo difikationen erforderlich sind. Das gemeinsame Koppelelement weist beispielsweise eine Bandpasscharakteristik oder eine Hochpasscharakteristik auf, sodass es, neben der Übertragung des hochfrequenten Ereignissignals von zumindest einem der Sensoren an die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung, zur Ent kopplung des niederfrequenten Sensorsignals ausgebildet ist.

Durch eine Steuereinheit wird der Verfahrensablauf gesteuert. Die Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfassen ein Com puterprogramm und beispielweise einen Mikrocontroller oder einen anderen programmierbaren Logikbaustein. Die Steuerein heit ist beispielsweise dem Mikrocontroller zugeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das gemeinsame, insbesondere reaktive, Koppelelement einen Transformator auf. Ein Transformator bietet eine sehr gute Entkopplung zwischen den Sensoren und der HF-Auswertevorrichtung im Frequenzbe reich des niederfrequenten Sensorsignals. Ferner weist ein Transformator geringe Verluste im Frequenzbereich des hoch frequenten Ereignissignals auf und ist sowohl kostengünstig als auch kompakt zu realisieren.

Besonders vorteilhaft weist der Transformator primärseitige Wicklungen und eine sekundärseitige Wicklung auf, wobei jedem der mindestens zwei Sensoren jeweils eine primärseitige Wick lung zugewiesen ist, wobei der HF-Auswertevorrichtung die se kundärseitige Wicklung zugewiesen ist und wobei die primär seitigen jeweils mit der sekundärseitigen Wicklung verkoppelt sind. Die Wicklungen weisen beispielsweise Leiter aus Kupfer auf, um, insbesondere ohmsche, Verluste zu minimieren.

Wird beispielsweise ein Teilentladungsimpuls von zumindest einem der Sensoren empfangen und an die jeweilige primärsei tige Wicklung übertragen, wird in der sekundärseitigen Wick lung ein Impuls induziert, der von der HF-Auswertevorrichtung empfangen und weiterverarbeitet wird. Die übrigen primärsei tigen Wicklungen sind relativ hochohmig belastet, sodass sie nur einen vernachlässigbaren Einfluss ausüben. Mit einer der artigen Beschaltung des Transformators wird eine sehr gute Entkopplung zwischen den Sensoren und der HF-Auswerte vorrichtung im Frequenzbereich des niederfrequenten Sensor signals erreicht. Ferner wird eine verlustarme Übertragung eines hochfrequenten Ereignissignals von jedem der Sensoren kostengünstig und kompakt ermöglicht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Transformator einen magnetischen Kern, insbesondere einen ringförmigen Ferritkern, auf. Ein derartiger magnetischer Kern wird beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werk stoff mit hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hoher magnetischer Permeabilität hergestellt. Derartige weichmagne- tische Werkstoffe sind beispielsweise Eisen, einige Stähle, Nickel-Eisen-Legierungen, Cobalt-Eisen-Legierungen oder Fer- rite. Durch einen derartigen magnetischen Kern wird der mag netische Fluss verlustarm gebündelt und geführt. Ferner wer den die Abmessungen des Transformators durch Erhöhung der Induktivität der Wicklungen verringert.

Besonders vorteilhaft sind die primärseitigen und sekundär seitigen Wicklungen miteinander verdrillt angeordnet, um eine möglichst gute Kopplung bei höheren Frequenzen, insbesondere im MHz-Bereich, zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren je weils mit einer NF-Auswertevorrichtung zur Auswertung des niederfrequenten Sensorsignals verbunden, wobei die NF-Auswertevorrichtung zum Entkoppeln des hochfrequenten Er eignissignals ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Ein gangsimpedanz der NF-Auswertevorrichtung kapazitiv, sodass diese für das niederfrequente Sensorsignal als hochohmig und für das hochfrequente Ereignissignal im Wesentlichen als Kurzschluss erscheint. Eine derartige Beschaltung ermöglicht eine zeitgleiche Auswertung des niederfrequenten Sensorsig nals und des hochfrequenten Ereignissignals.

Besonders vorteilhaft ist zumindest einer der Sensoren als Temperaturfühler ausgebildet. Der Temperaturfühler umfasst beispielsweise einen temperaturabhängigen Widerstand, der insbesondere aus Platin hergestellt ist. Beispielsweise wer den Zuleitungen des Temperaturfühlers als Antenne zum Auskop peln des hochfrequenten Ereignissignals aus dem hochfrequen ten elektromagnetischen Feld verwendet. Insbesondere ist ein derartiger Temperaturfühler bereits in der elektrischen rotierenden Maschine vorhanden. Da sich die niederfrequente Messung der Temperatur sowie die Erfassung der gepulsten hochfrequenten Ereignissignale aufgrund der unterschiedlichen Frequenzbereiche nicht merklich beeinflussen, ist ein derar tiger Temperaturfühler als Sensor einfach, kostengünstig und platzsparend . Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind das nie derfrequente Sensorsignal und das hochfrequente Ereignissig nal differenzielle Signale. Derartige Signale weisen keinen Massebezug auf und sind daher weniger anfällig für, insbeson dere elektromagnetische, Störungen aus dem Umfeld.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Sen soren dem gemeinsamen, insbesondere reaktiven, Koppelelement jeweils einzeln zuschaltbar. Die Sensoren sind beispielsweise über Schalter, welche insbesondere über eine Steuereinheit ansteuerbar sind, dem Koppelelement einzeln zuschaltbar, wodurch ein hochfrequentes Ereignissignal genauer lokalisier bar ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert.

Es zeigen:

FIG 1 einen Längsschnitt einer elektrischen rotierenden Maschine mit einer Sensorvorrichtung und

FIG 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestal tung einer Vorrichtung zur Erfassung eines hochfre quenten Ereignissignals in einer elektrischen rotie renden Maschine und

FIG 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausge staltung einer Vorrichtung zur Erfassung eines hoch frequenten Ereignissignals in einer elektrischen ro tierenden Maschine.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

FIG 1 zeigt einen Längsschnitt einer elektrischen rotierenden Maschine 2 mit einer Vorrichtung 4 zur Erfassung eines hoch frequenten Ereignissignals. Die elektrische rotierende Ma schine 2 ist exemplarisch als permanenterregte Synchronma schine ausgeführt, wobei weitere Maschinentypen, wie bei spielsweise Asynchronmaschinen, ebenfalls zum Gegenstand der Erfindung gehören.

Die elektrische rotierende Maschine 2 weist einen um eine Ro tationsachse 6 rotierbaren Rotor 8 und einen den Rotor 8 um gebenden Stator 10 auf, wobei sich zwischen dem Rotor 8 und dem Stator 10 ein Spalt 12, der insbesondere als Luftspalt ausgeführt ist, befindet. Die Rotationsachse 6 definiert eine Axialrichtung, eine Umfangsrichtung und eine Radialrichtung. Der Rotor 8 umfasst eine Welle 14 und ein Rotorblechpaket 16. Der Stator 10 umfasst ein Statorblechpaket 18 mit Statorwick lungen 20, wobei das Statorblechpaket 18 aus einer Vielzahl von geschichteten Elektroblechen aufgebaut ist. Die Stator wicklungen 20 verlaufen in Axialrichtung durch das Statorblechpaket 18 und bilden an den axialen Enden des Statorblechpakets 18 Wickelköpfe 22 aus. Die Welle 14 des Ro tors 8 ist über Lager 24 gelagert. Der Rotor 8 und der Stator 10 sind in einem geschlossenen Maschinengehäuse 26 unterge bracht.

Die Vorrichtung 4 zur Erfassung eines hochfrequenten Ereig nissignals umfasst Sensoren 28, die beispielsweise in einem Kanal 30, im Bereich der Statorwicklungen 20 angeordnet sind. Der Kanal 30 verläuft beispielhaft radial durch das Statorblechpaket 18. Alternativ ist der Kanal 30 in eine an dere Richtung, beispielsweise in Umfangsrichtung oder in Axi alrichtung, durch den Stator 10 oder durch den Rotor 8 ver laufend angeordnet. Die Anordnung der Sensorvorrichtung 4 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch darge stellt, wobei insbesondere nur ein Sensor 28 in FIG 1 darge stellt ist. Die Sensoren 28 sind mit einer Auswertevorrich tung 32 verbunden, welche wiederum mit einer zentralen IT-Infrastruktur 34 verbunden ist. Eine zentrale IT-Infra- struktur 34 ist beispielsweise mindestens ein lokales Compu tersystem und/oder eine Cloud. Die zentrale IT-Infra- struktur 34 stellt Speicherplatz, Rechenleistung und/oder An wendungssoftware bereit. In der Cloud werden Speicherplatz, Rechenleistung und/oder Anwendungssoftware als Dienstleistung über das Internet zur Verfügung gestellt. Die digitale Daten übertragung an die zentrale IT-Infrastruktur 34 findet draht los, drahtgebunden oder optisch statt. Beispielsweise werden die Daten über Bluetooth oder WLAN übertragen.

FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausge staltung einer Vorrichtung 4 zur Erfassung eines hochfrequen ten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschi ne 2, wobei die elektrische rotierende Maschine 2 sowie die Anordnung der Sensoren 28 in der elektrischen rotierenden Maschine 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit stark abstra hiert dargestellt ist. Beispielhaft werden drei Sensoren 28 verwendet, wobei jeder der drei Phasen der elektrischen ro tierenden Maschine 2 ein Sensor zugewiesen ist. Unter einem hochfrequenten Ereignissignal ist beispielsweise ein gepuls tes Signal in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz zu verstehen. Der Puls weist eine rechteckige, eine gaußför mige oder eine andere Pulsform auf. Das hochfrequente Ereig nissignal wird mittels der Sensoren 28 aus einem hochfrequen ten elektromagnetischen Feld während eines Betriebes der elektrischen rotierenden Maschine 2 ausgekoppelt. Das hoch- frequente elektromagnetische Feld wird insbesondere von der elektrischen rotierenden Maschine 2 erzeugt.

Die Sensoren 28 sind exemplarisch als ein Temperaturfühler ausgestaltet, welcher jeweils einen temperaturabhängigen Wi derstand, der beispielsweise aus Platin hergestellt ist, und Zuleitungen umfassen, wobei die Zuleitungen als Antenne zum Auskoppeln des hochfrequenten Ereignissignals verwendet wer den. Die Sensoren 28 sind über ein gemeinsames, insbesondere reaktives, Koppelelement 36 mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung 38 verbunden, wobei das gemeinsame Koppelelement 36 zur Übertragung des hochfrequenten Ereignis signals von zumindest einem der Sensoren 28 an die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung 38 und zum Entkoppeln des niederfre quenten Sensorsignals ausgebildet ist. Das Koppelelement 36 weist einen Transformator auf, welcher primärseitige Wicklun gen 40, 42, 44 und eine sekundärseitige Wicklung 46 aufweist. Die Wicklungen 40, 42, 44, 46 weisen beispielsweise Leiter aus Kupfer auf, um, insbesondere ohmsche, Verluste zu mini mieren. Optional umfasst das gemeinsame, insbesondere reakti ve, Koppelelement 36 zusätzliche Bauelemente, beispielsweise zur Leistungs- und/oder Impedanz-Anpassung, wie Spulen und/oder Kondensatoren. Jedem der Sensoren 28 ist eine pri märseitige Wicklung 40, 42, 44 zugewiesen, wobei der HF-Auswertevorrichtung 38 die sekundärseitige Wicklung 46 zugewiesen ist. Die primärseitigen Wicklungen 40, 42, 44 sind zur Übertragung des hochfrequenten Ereignissignals jeweils mit der sekundärseitigen Wicklung 46 verkoppelt. Es ist exemplarisch ein Transformator mit drei primärseitigen Wick lungen 40, 42, 44 gezeigt. Alternativ weist der Transforma tor, je nach Anzahl der zu verbindenden Sensoren 28, zwei, vier oder mehr primärseitige Wicklungen 40, 42, 44 auf. Der Transformator weist einen magnetischen Kern, insbesondere einen ringförmigen Ferritkern, auf, wobei die primärseitigen und sekundärseitigen Wicklungen 40, 42, 44, 46 miteinander verdrillt und um den Ferritkern gewickelt angeordnet sind. Zusätzlich sind die Sensoren 28 jeweils mit einer gemeinsamen NF-Auswertevorrichtung 48 zur Auswertung des niederfrequenten Sensorsignals verbunden, wobei jeder der Sensoren 28 mit ei nem Eingangskanal der NF-Auswertevorrichtung 48 verbunden ist. Alternativ ist jedem der Sensoren 28 eine dedizierte NF-Auswertevorrichtung 48 zugewiesen. Insbesondere sind das niederfrequente Sensorsignal und das hochfrequente Ereignis signal differenzielle Signale. Die primärseitigen Wicklun gen 40, 42, 44 sind jeweils in Serie zur NF-Auswerte vorrichtung 48 geschaltet, wobei über den Transformator, der eine Bandpasscharakteristik aufweist, das niederfrequente Sensorsignal entkoppelt wird und wobei über die Eingangsimpe danz Zin der NF-Auswertevorrichtung 48 das hochfrequente Er eignissignal entkoppelt wird. Insbesondere ist die Eingangsi mpedanz Zin der NF-Auswertevorrichtung 48 kapazitiv, sodass diese für das niederfrequente Sensorsignal als hochohmig und für das hochfrequente Ereignissignal im Wesentlichen als Kurzschluss erscheint. Insbesondere sind die Leitungslängen zwischen der NF-Auswertevorrichtung 48 und dem Koppelele ment 36 elektrisch kurz, damit der Kurzschluss nach der Lei tungstransformation die Übertagung des HF-Signals zwischen den Sensoren 28 und dem Koppelelement 36 nicht merklich ver schlechtert.

Wird beispielsweise ein Teilentladungsimpuls von zumindest einem der Sensoren 28 empfangen und an die jeweilige primär seitige Wicklung 40, 42, 44 übertragen, wird in der sekundär seitigen Wicklung 46 ein Impuls induziert, der von der HF-Auswertevorrichtung 38 empfangen und weiterverarbeitet wird. Die übrigen primärseitigen Wicklungen 40, 42, 44 sind, insbesondere durch den temperaturabhängigen Widerstand, rela tiv hochohmig belastet, sodass sie nur einen vernachlässigba ren Einfluss ausüben.

Die gemeinsame HF-Auswertevorrichtung 38 weist insbesondere eine Hochfrequenz-Detektorschaltung 50 zur Detektion des hochfrequenten Ereignissignals, einen Analog-Digital- Umsetzer 52 zur Digitalisierung des detektierten Signals und eine Steuereinheit 54 zur Steuerung des Verfahrensablaufs auf. Ferner ist die HF-Auswertevorrichtung 38 mit einer zent ralen IT-Infrastruktur 34 verbunden. Die weitere Ausführung der Vorrichtung 4 in FIG 2 entspricht der Ausführung in FIG 1.

FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Aus gestaltung einer Vorrichtung 4 zur Erfassung eines hochfre quenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine 2. Die Sensoren 28 sind über Schalter 56, 58, 60, welche beispielsweise über die Steuereinheit 54 ansteuerbar sind, den primärseitigen Wicklungen 40, 42, 44 des als Trans formator ausgeführten gemeinsamen Koppelelements 36 einzeln zuschaltbar, wodurch ein hochfrequentes Ereignissignal genau er lokalisierbar ist. Die weitere Ausführung der Vorrich tung 4 in FIG 3 entspricht der Ausführung in FIG 2.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 4 zur Erfassung eines hochfrequenten Ereignissignals in einer elektrischen rotierenden Maschine 2, wobei mindestens zwei Sensoren 28 zur Erfassung eines niederfrequenten Sensorsig nals in der elektrischen rotierenden Maschine 2 angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Sensoren 28 jeweils eine Antenne zur Auskopplung des hochfrequenten Ereignissignals aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld der elektrischen rotierenden Maschine 2 umfassen. Um im Vergleich zum Stand der Technik, eine einfache und kostengünstige Im plementierung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Sen soren 28 über ein gemeinsames, insbesondere reaktives, Kop pelelement 36 mit einer gemeinsamen HF-Auswertevorrichtung 38 verbunden sind, wobei das gemeinsame Koppelelement 36 zur Übertragung des hochfrequenten Ereignissignals von zumindest einem der Sensoren 28 an die gemeinsame HF-Auswertevor- richtung 38 und zum Entkoppeln des niederfrequenten Sensor signals ausgebildet ist.