[发明专利]一种风力机传动系统扭振测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力机传动系统扭振测量方法及装置。

背景技术

轴系的扭转振动是一种重要的振动形式，扭振的长期作用会对轴及轴上的零件产生危害，甚至造成突发事故。风力发电机的转速是不断变化的，因此传动链轴系负载的扭矩也在不断变化。对风力机扭振测量时，需要适应时刻变化的转速和扭矩。风力机的扭振测量方法比其他旋转机械的扭振测量方法更加复杂。

目前的扭振测量技术多是针对恒定速工况设计的，如应变片法，该法不能应用于风力发电机。针对变转速工况的方法有相位差法和频率计数法，但它们都需要在轴系两端安装齿盘或编码器以及相应的传感器，激光测振法和CCD法虽能实现动态扭振测量，但成本高且对工作环境要求严格。

上述测量方法因其存在上述缺陷，不适用于风力发电机。因此如何创设一种既可以实现动态扭振测量，有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度及加速度，又可降低成本满足风力发电机传动系统扭振测量的方法及装置，成为目前业界急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种风力发电机传动系统扭振测量方法，使其利用基于阀值滤波修正的频域微分、积分算法，有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度以及轴系扭转加速度，实现动态扭振测量信息的提取，解决目前无法准确测量动态扭振及降低成本的问题。

为解决上述技术问题，本发明一种风力机传动系统扭振测量方法，包括以下步骤：

A、同步采集传动链主轴前端转速和发电机末端转速的脉冲信号，并进行A/D转换；

B、根据以下公式计算传动链轴系等效转速差，

θ·=ω2N-ω1,]]>

其中，为传动链轴系等效转速差，ω₁为传动链主轴前端转速，ω₂为发电机末端的转速，N为变速箱的传动比；

C、对等效转速差的序列信号做傅里叶变换，得到该信号的频域信号；

D、对频域信号进行滤波；

E、通过对滤波后的频域信号进行傅里叶微分、积分反变换，分别求得扭转角加速度和扭转角度。

作为进一步改进，步骤D是将在频谱图中幅值小于噪音可能最大幅值的频率成分，以及啮合频率的频率成分置零。

所述的噪音可能最大幅值为：其中，Pn为噪声信号的功率。

此外，本发明还提供了一种风力机传动系统扭振测量装置，使其利用风机本身的转速传感器作为测量单元，结构简单，适用于风力机转速变化大的特点，可以有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度及轴系扭转加速度，实现动态扭振测量信息的提取，克服了现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种风力机传动系统扭振测量装置，包括：分别安装在主轴前端和发电机末端的两个旋转编码器，以及与两个旋转编码器连接的信号处理装置。

作为进一步改进，所述的安装在主轴前端的旋转编码器采用绝对式旋转编码器，安装在发电机末端的旋转编码器采用增量式旋转编码器。

所述的安装在主轴前端的旋转编码器采用金属码盘，安装在发电机末端的旋转编码器采用玻璃码盘。

所述的信号处理装置包括单片机信号处理单元、存储单元和信号发送单元。

所述信号发送单元与风力机主控系统或计算机相连接。

所述的旋转编码器外均装有防护罩。

采用以上设计后，本发明与现有技术相比至少具有以下优点：

1、无需单独的信号采集单元，利用风机本身的转速传感器作为测量单元，结构简单。风力机自身的转速传感器是编码器。旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。