[发明专利]电机转速测量和故障状态检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域的测量系统，具体地，涉及一种适用于风力发电系统中对发电机转速的测量和电机故障状态的检测系统。

背景技术

在风力发电系统中，风力发电机的转速是对其闭环控制必不可少的量。随着风电技术逐渐由陆地延伸到海上，海上风力发电已经成为世界可再生能源发展领域的焦点。由于海上恶劣的变化环境，对控制系统中高速准确的测量出电机的转速提出了更高的要求。采用FPGA实现电机转速的测量具有电路结构简单、成本低、分辨率高等优点，因此在风力发电机的转速测量中有着广泛的应用。电机转速检测可以用M法或T法。T法（测量脉冲周期的方法）适用于低速，M法（测脉冲频率的方法）适用于高速，为了在很宽的速度范围内精确的测量出转速，就需要M/T法进行必要的切换。M/T测速法原理如图1所示。

经检索，中国申请（专利）号为201110328622.3，公开号为102495226A的中国发明，该发明提供一种基于增量式光电编码器的速度测量方法及速度测量系统，其方法为：对A相、B相反馈脉冲信号滤波、解码，输出；计数，对寄存器赋值N，对计数器清零；对上升沿进行计时，得到起始脉冲与相邻的编码器脉冲的时间T1；对计算周期同步的结束脉冲与相邻的编码器脉冲的上升沿进行计时，得到结束脉冲与相邻的编码器脉冲的时间T2；令T1+T2为被除数，令T0为除数，调用除法器；得到伤值Q；得到计算周期内的编码器脉冲个数为N+Q；然后换算成速度值。本发明具有方案简单，实时性高，速度计算误差极小，而且可以在高、低速下都很精确的测量速度值的优点。

上述发明专利技术方案提供了一种简单实用的编码器测速方法和系统，在高、低速下都可以得到很精确的速度测量值，但是所设计的测速系统并不具有检测编码器故障信息状态的功能，风电变流器无法实现在故障情况下及时停机保护。海上大功率风机系统由于地理位置、天气环境等原因，无法及时进行维护和检修，因此安全、可靠的运行对于海上大功率风机系统是至关重要的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种精度高、响应快、稳定性高的电机转速测量和故障状态检测系统，该系统采用M/T测速方法，可以适用较宽的电机转速工作范围，同时还具有检测电机编码器故障的信息状态，以便于系统及时发现故障进行必要快速的处理。

为实现上述目的，本发明所述电机转速测量和故障状态检测系统，包括：

一滤波电路，对电机编码器输出的A、B、Z三相干扰脉冲信号进行过滤，并将过滤后的信号输出到倍频及鉴相电路的输入端；

一倍频及鉴相电路，对编码器脉冲信号进行倍频处理，编码器旋转时通过判断B相电平的高低判断编码器的旋转方向，倍频处理后的信号输出到速度计数器的输入端；

一速度计数器，根据M/T测速法原理，在设定的速度采样时间内，对高频时钟脉冲和编码器倍频脉冲进行计数，并将结果输出到转速模块的输入端；

一转速计算和故障检测模块，根据速度计数器得到的倍频脉冲数和高频时钟脉冲数计算电机的转速值，同时，对信号脉冲进行检测得到编码器故障信息，以用于故障类型的判断和处理。

优选地，所述的滤波电路对电机编码器输出的A、B、Z三相干扰脉冲信号进行过滤，主要是因为受到工作环境、负载等因素的影响，编码器的输出脉冲有一定的干扰，使得检测值与真实值存在较大误差。本发明中，以系统时钟频率16分频的采样脉冲去检测编码器输出的脉冲。SAMPLECNT为连续检测次数（可配置），若连续检测SAMPLECNT次结果都为高电平，则判定为有效高电平，若小于等于SAMPLECNT次检测到低电平，则判定为干扰脉冲；对低电平情况也做类似处理。

优选地，所述的倍频及鉴相电路是为了提高编码器的分辨率，对其脉冲信号进行倍频处理，具体是通过检测每一个周期中A相信号和B相信号的4个边沿处理得四倍频信号。而电机的方向的判别依据：正转时编码器A相超前B相90°，在A相脉冲的下降沿处，B相为高电平；而在反转时，编码器A相滞后B相90°，在A相脉冲的下降沿处，B相输出为低电平。这样，编码器旋转时通过判断B相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向。

优选地，所述的速度计数器是根据M/T测速法原理，分别对速度采样时间（可设置）内，对高频脉冲的个数M1和编码器倍频之后的脉冲个数M2，以用于后面的转速计算。