CN103399165A - 一种大型风电机组旋转检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型风电机组旋转检测装置，该装置包括旋转检测盘、传感器和信号采集处理装置。旋转检测盘安装在风轮或发电机的旋转轴上，至少三个传感器通过检测旋转检测盘的运行而产生高低电平，信号采集处理装置根据传感器的检测信号计算并输出旋转速度、旋转方向和方位角。该发明具有结构简单、反应灵敏、可靠性高、实用性强、价格低廉等优点，并且能满足风电机组控制系统对风轮和发电机旋转测量的精度要求。

Description

一种大型风电机组旋转检测装置

技术领域

本发明涉及一种旋转检测装置，尤其是大型风电机组中风轮和发电机的旋转检测装置。

背景技术

风能是一种可再生的绿色能源，随着世界各国对能源需求的增加和环境保护的加强，风力发电越来越受到世界各国的重视。自然界的风每时每刻都在变化，直接影响着风力发电机组的运行。在大型风电机组中，至少要对风轮和发电机这两个转速进行测量，实现信号冗余和数据检查，提高机组控制的可靠性。部分机组还要测量风轮的方位角，用于独立变桨控制或载荷控制。

传统的旋转测量装置种类繁多。增量式旋转编码器结构简单，响应迅速，但是不能测量风轮的方位角；绝对式编码器可以精确测量风轮和发电机的空间位置，满足测量需求，但制造工艺复杂，成本高，不易实现小型化；混合式编码器是增量式与绝对式编码器的组合，功能齐全，但结构较为复杂，价格相对较高。感应同步器和旋转变压器在检测风轮转速时需要特殊的安装结构，价格较高。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、反应灵敏、可靠性高、实用性强、价格低廉的大型风电机组旋转检测装置。

为实现上述发明目的，本发明大型风电机组旋转检测装置可采用如下技术方案：

一种大型风电机组旋转检测装置，包括旋转检测盘、用以检测旋转检测器运动的传感器、接收传感器数据的信号采集处理装置；环形金属板上沿环形金属板圆周均匀分布多个扇形孔，环形金属板的圆心也是扇形孔的圆心，每个扇形孔对应的圆心角和相邻两个扇形孔之间的间隔对应的圆心角大小相等。

相对于现有技术，本发明大型风电机组旋转检测装置采用传感器通过检测旋转检测盘的运行而产生高低电平，信号采集处理装置根据传感器的检测信号计算并输出旋转速度、旋转方向和方位角。该发明具有结构简单、反应灵敏、可靠性高、实用性强、价格低廉等优点，并且能满足风电机组控制系统对风轮和发电机旋转测量的精度要求。

附图说明

图1是本发明大型风电机组旋转检测装置的结构示意图。

图2是本发明中旋转检测盘的局部结构示意图。

图3是本发明中信号采集处理装置及传感器电路结构示意图。

图4是采用本发明大型风电机组旋转检测装置对风电机组旋转方向判断规则示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，本发明提供的大型风电机组旋转检测装置包括三部分，分别为安装在风轮或发电机旋转轴上的旋转检测盘1、安装在固定支架上的非接触式传感器2和信号采集处理装置3。

如图2所示，在旋转检测盘1上均匀分布多个扇形孔11。旋转检测盘1的圆心16也是扇形孔11的圆心，每个扇形孔11对应的圆心角13和相邻两个扇形孔之间的间隔12对应的圆心角14大小相等。扇形孔11的个数根据测量位置的转速、信号采集处理装置的采样频率、测量精度等因素共同决定。在旋转检测盘1上开一个贯通的圆孔15，该圆孔对应风轮方位角的0度位置。旋转检测盘1要固定在大型风电机组的风轮或发电机的旋转轴上并和轴一起运动。

如图3所示，信号采集处理装置包括外部输入处理电路，供电和隔离保护电路，处理器和输出电路。供电和隔离保护电路外接三个传感器，分别为2a、2b和2c。

外部输入处理电路是用来进行旋转参数设定和模式选择，并选择输出方式等。供电和隔离保护电路是为传感器2a、2b和2c提供电源，并将输入信号与处理器隔离。处理器分别从隔离保护电路和外部输入处理电路得到传感器信号和旋转参数，计算出旋转转速、旋转方向和方位角，并传递给输出电路。输出电路根据外部输入处理电路的设定值确定输出方式，将处理器的运算结果进行显示并发送。

传感器2a、2b和2c可以是光电开关传感器或接近开关传感器。若为光电开关传感器，是通过检测透光的扇形孔11和不透光的板材，记录光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，产生高低电平。若为接近开关传感器，是感应金属板材这类导磁体凹下的孔，相应的给出高低电平。在本实施方式中，采用光电开关传感器检测透光的扇形孔11和不透光的板材的做法。

安装在固定支架上的传感器2a和传感器2b具有不同的相位，分别输出检测信号Pa和Pb。处理器根据检测信号Pa或Pb可计算旋转速度，根据检测信号Pa和Pb的组合方式可判断旋转方向。

具体的讲，记录检测信号Pa连续相邻的上升沿和下降沿的时间间隔，可以得到一个高电平或低电平的频率f，根据每个扇形孔11对应的圆心角13和间隔12对应的圆心角14大小相等的特点，可计算具有k个扇形孔11的旋转检测盘1的旋转频率为f/2k，即可求得测量轴的旋转速度。可替换的，根据检测信号Pb也可得到测量轴的旋转速度。

如图4所示，使检测信号Pa和Pb之间具有四分之一相位差。根据预先确定的规则，当检测信号Pb在L（低）电平，检测信号Pa从L变换到H（高）电平时，以及当检测信号Pb在H电平，检测信号Pa从H变化到L时，确定旋转方向为正向。除了上述状态之外，确定旋转方向为反向。可替换的，当检测信号Pa在H电平，检测信号Pb从L变换到H时，以及当检测信号Pa是L电平，检测信号Pb从H变换到L时，确定旋转方向为正向。除了上述状态之外，确定旋转方向为反向。若预先确定的规则与实际规则相反时，可通过外部输入处理电路对判断规则或判断结果取反，就可得到实际的旋转方向测量结果。

风电机组风轮的方位角是根据一号桨叶的位置来定义的。通常定义一号叶片竖直向上时风轮的方位角为0度。此时初始位置传感器2c输出检测信号Pc的上升沿（下降沿），处理器5中计数器的值n清零，方位角的计算输出有效。在风轮的正向旋转过程中，记录检测信号Pa或Pb的电平变换次数就可以计算得到方位角。具体的讲，当检测信号Pa从H电平变换成L电平或从L电平变换成H电平时，计数器的值n均增加1，则方位角可根据旋转检测盘的孔数k和计数器的值n计算得到，计算公式为360*n /（2k）。当初始位置传感器再次检测到电平的上升沿（下降沿）时，计数器的值n清零，进入下一循环。

综上所述，采用本发明大型风电机组旋转检测装置采用传感器，通过检测旋转检测盘的运行而产生高低电平，信号采集处理装置根据传感器的检测信号计算并输出旋转速度、旋转方向和方位角。该大型风电机组旋转检测装置的结构简单、反应灵敏、可靠性高、实用性强、价格低廉，能满足风电机组控制系统对风轮和发电机旋转测量的精度要求。

Claims (5)

1.一种大型风电机组旋转检测装置，其特征在于：包括旋转检测盘、用以检测旋转检测器运动的传感器、接收传感器数据的信号采集处理装置；环形金属板上沿环形金属板圆周均匀分布多个扇形孔，环形金属板的圆心也是扇形孔的圆心，每个扇形孔对应的圆心角和相邻两个扇形孔之间的间隔对应的圆心角大小相等。

2.如权利要求1所述的大型风电机组旋转检测装置，其特征在于：所述旋转检测盘上设有一个圆孔，该圆孔对应风轮方位角的0度位置。

3.如权利要求1或2所述的大型风电机组旋转检测装置，其特征在于：所述传感器安装在大型风电机组的固定支架上，传感器为光电开关传感器或接近开关传感器；其中至少两个传感器具有不同的相位用以检测旋转检测盘的旋转速度和旋转方向，另外一个传感器用来检测方位角的初始位置。

4.如权利要求1所述的大型风电机组旋转检测装置，其特征在于：所述信号采集处理装置包括外部输入处理电路，供电和隔离保护电路，处理器和输出电路；信号采集处理装置从传感器接收检测信号，计算旋转速度、旋转方向和方位角，输出测量结果。

5.如权利要求4所述的大型风电机组旋转检测装置，其特征在于：所述外部输入处理电路用来进行参数设定和运行、输出模式的选择；所述供电和隔离保护电路用来给传感器供电，并将处理器与传感器隔离；所述处理器根据检测信号计算测量结果；所述输入电路用来显示测量结果，并按设定方式传输。

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