CN106768532B - 一种变桨电机转矩输出能力评估方法及测试系统 - Google Patents

一种变桨电机转矩输出能力评估方法及测试系统 Download PDF

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Abstract

一种变桨电机转矩输出能力评估方法，包括以下过程：变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据所述的信息处理器采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线；根据电动势曲线和端电压曲线的趋近程度评估电机的转矩输出能力，即电动势曲线和端电压曲线之间的压差作为趋近程度的指标，指标越小表明转矩输出能力越好。以及一种实现变桨电机转矩输出能力评估方法的测试系统。本发明能有效评估变桨电机转矩输出能力。

Description

一种变桨电机转矩输出能力评估方法及测试系统
技术领域
本发明涉及风力发电机组变桨系统的技术领域，具体地，涉及一种变桨电机转矩输出能力评估方法及其测试系统。
背景技术
作为新能源的风力发电具有经济、绿色环保、安全等优势越来越受到世界各国的重视。现代风电机组的单机容量越来越大，风轮直径也越来越大。而其中采用电动变桨距控制技术的风电机组因其优越的性能，在大型风电机组中得到广泛应用。
变桨电机作为电动变桨距系统的执行机构，其性能是保障变桨系统的可靠性、稳定性、响应特性及风电机组的开发设计的关键。
在风机实际运行过程中，由于风况的复杂性和多变性，变桨电机需要有过载转矩下频繁启动的能力，变桨电机选型时电机性能评估可保障变桨动作的可靠性、稳定性和响应特性，降低故障和运维成本周期，提高机组的稳定性和寿命。通用电动机性能测定和评估通常是通过在额定参数下测试电机的输出转矩特性，需要连接测功机(扭矩传感器)进行转矩特性测试，由于受电机与测功机安装同轴度、测功机PID控制、绕组过电流发热等因素影响，每次测试出的电机转矩输出特性都会发生一定的变化。
发明内容
为了克服已有风力发电机组变桨系统的无法有效评估转矩输出能力的不足，本发明提供一种有效评估转矩输出能力的变桨电机转矩输出能力评估方法及测试系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种变桨电机转矩输出能力评估方法，所述评估方法包括以下过程：
变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据所述的信息处理器采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线；
根据电动势曲线和端电压曲线的趋近程度评估电机的转矩输出能力，即电动势曲线和端电压曲线之间的压差作为趋近程度的指标，指标越小表明转矩输出能力越好。
进一步，根据变桨电机的等效电路图，等效方程：
Figure BDA0001227284800000021
Figure BDA0001227284800000022
Figure BDA0001227284800000023
Figure BDA0001227284800000024
其中，U1为变桨电机端电压，E1、E2分别为定子端电动势和转子端电动势，I1、I2、Im分别为定子电流、转子电流和漏磁电流，R1、R’2、Zm分别为定子电阻、转子电阻和漏磁阻抗，X1σ、X’2σ分别为定子电感和转子电感；
根据公式(1)可知，当变桨电机在额定电压和额定频率下运行时，
U1≈E1，I1(R1+jX1σ)＜＜U1
当变桨电机在低频低压低转速下运行时，
△U＝I1(R1+X1σ)＝E1—U1
其中，△U为定子端电动势E1和电压U1的压差；
在变桨电机空载运行时，需对绕组阻值修正到规定的温度下，折算温度对端电压的影响系数KT；那么，修正后的端电压：U′1＝KT*U1其中，U′1为修正后的端电压，KT为温度影响系数，U1为实测端电压。
一种变桨电机转矩输出能力测试系统，所述测试系统包括伺服控制器、信息处理器和上位机；
所述的伺服控制器，用于根据所述的上位机指令控制变桨电机运行；
所述的信息处理器包括数据采集单元，用于采集在低频低转速下空载时电机端电压和定子电流；数据处理单元，用于绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线；
所述的上位机和所述的伺服控制器、所述的信息处理器相连，由所述的上位机写入电机运行指令和读取电机运行参数信息，所述上位机包括评估模块，用于将电动势曲线和端电压曲线之间的压差作为趋近程度的指标，指标越小表明转矩输出能力越好。
进一步，所述的数据采集单元和数据处理单元选用Beckhoff的CX5020及相关模拟量输入输出I/O模块，。
再进一步，所述的伺服控制器和所述的信息处理器与所述的上位机均采用CANopen通讯。
本发明的技术构思为：采用空载试验方法评估变桨电机的转矩输出性能，尤其是在低频空载状态下的电动势曲线和端电压曲线评估变桨电机的转矩输出能力。变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据所述的信息处理器采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线。将变桨电机的空载电动势曲线和端电压曲线进行比较，尤其是低频状态下的电动势曲线和端电压曲线，端电压曲线和电动势曲线越趋近，压差越小，说明变桨电机转矩输出能力越好；反之，两曲线越分离，压差越大，说明变桨电机转矩输出能力越差。
本发明的有益效果主要表现在：有效评估转矩输出能力。
附图说明
图1为本发明中测试系统示意图。
图2为本发明中变桨电机的等效电路图。
图3为本发明中变桨电机空载电动势曲线与端电压曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种变桨电机转矩输出能力评估方法，变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据所述的信息处理器采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线。
根据所述的变桨电机的等效电路图如附图2所示，等效方程：
Figure BDA0001227284800000041
Figure BDA0001227284800000042
Figure BDA0001227284800000051
Figure BDA0001227284800000052
其中，U1为变桨电机端电压，E1、E2分别为定子端电动势和转子端电动势，I1、I2、Im分别为定子电流、转子电流和漏磁电流，R1、R’2、Zm分别为定子电阻、转子电阻和漏磁阻抗，X1σ、X’2σ分别为定子电感和转子电感。
根据公式(1)可知，当变桨电机在额定电压和额定频率下运行时，
U1≈E1，I1(R1+jX1σ)＜＜U1
当变桨电机在低频低压低转速下运行时，
△U＝I1(R1+X1σ)＝E1—U1
其中，△U为定子端电动势E1和电压U1的压差，关系曲线如所述的附图3所示。
在变桨电机空载运行时，由于受温度等因素的影响，变桨电机的绕组阻值会随着温度发生一定的变化，使得测量的端电压和定子电流发生一定的变化，需对绕组阻值修正到规定的温度下，折算温度对端电压的影响系数KT，
那么，修正后的端电压：U′1＝KT*U1
其中，U′1为修正后的端电压，KT为温度影响系数，U1为实测端电压。
根据电机电磁转矩方程：
Figure BDA0001227284800000053
Figure BDA0001227284800000061
Figure BDA0001227284800000062
其中，T为变桨电机输出转矩，P为变桨电机相数，s为转差率，f为工作频率。
由所述的附图3可知，当变桨电机在低频下运行时，电机端电压和电动势的关系，频率越低，电动势和电机端电压压差越大。电动势曲线和端电压曲线越趋近，压差越小，电机转矩输出能力越好；反之两曲线越分离，压差越大，电机转矩输出能力越差。根据电动势曲线和端电压曲线的趋近程度(压差大小)评估电机的转矩输出能力。
变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线，根据所述的电参数采集系统采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线。根据端电压曲线和电动势曲线的接近程度(压差值)评估变桨电机的转矩输出能力。
基于所述的测试系统，所述的测试系统如附图1所示，所述的测试系统包括伺服控制器、信息处理器和上位机。
所述的伺服控制器根据所述的上位机指令控制变桨电机运行；
所述的信息处理器包括数据采集单元和数据处理单元；
所述的上位机和所述的伺服控制器、所述的信息处理器相连，由所述的上位机写入电机运行指令和读取电机运行参数信息，而且所述的上位机对所述的信息处理器传输的数据进行分析评估。
优选的，所述的数据采集单元和数据处理单元选用Beckhoff的CX5020及相关模拟量输入输出I/O模块，采集电机绕组端电压、定子电流及绕组温度等信息。
优选的，所述的伺服控制器和所述的信息处理器与所述的上位机均采用CANopen通讯。

Claims (4)

1.一种变桨电机转矩输出能力评估方法，其特征在于：所述评估方法包括以下过程：
变桨电机在低频低转速下进行空载试验，根据信息处理器采集到的电机端电压和定子电流，绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线；
根据电动势曲线和端电压曲线的趋近程度评估电机的转矩输出能力，即电动势曲线和端电压曲线之间的压差作为趋近程度的指标，指标越小表明转矩输出能力越好；
根据变桨电机的等效电路图，等效方程：
Figure FDA0003877202260000011
Figure FDA0003877202260000012
Figure FDA0003877202260000013
Figure FDA0003877202260000014
其中，U1为变桨电机端电压，E1、E2分别为定子端电动势和转子端电动势，I1、I2、Im分别为定子电流、转子电流和漏磁电流，R1、R’2、Zm分别为定子电阻、转子电阻和漏磁阻抗，X1σ、X’2σ分别为定子电感和转子电感；
根据公式(1)可知，当变桨电机在额定电压和额定频率下运行时，
U1≈E1，I1(R1+jX1σ)＜＜U1
当变桨电机在低频低压低转速下运行时，
△U＝I1(R1+X1σ)＝E1—U1
其中，△U为定子端电动势E1和电压U1的压差；
在变桨电机空载运行时，需对绕组阻值修正到规定的温度下，折算温度对端电压的影响系数KT；那么，修正后的端电压：U′1＝KT*U1其中，U′1为修正后的端电压，KT为温度影响系数，U1为实测端电压。
2.一种如权利要求1所述的一种变桨电机转矩输出能力评估方法实现的测试系统，其特征在于：所述测试系统包括伺服控制器、信息处理器和上位机；
所述的伺服控制器，用于根据所述上位机指令控制变桨电机运行；
所述的信息处理器包括数据采集单元，用于采集在低频低转速下空载时电机端电压和定子电流；数据处理单元，用于绘制变桨电机空载试验的端电压曲线，根据变桨驱动电机的等效电路及方程和变桨电机的等效参数绘制变桨电机空载试验的电动势曲线；
所述的上位机和所述的伺服控制器、所述的信息处理器相连，由所述的上位机写入电机运行指令和读取电机运行参数信息，所述上位机包括评估模块，用于将电动势曲线和端电压曲线之间的压差作为趋近程度的指标，指标越小表明转矩输出能力越好。
3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述的数据采集单元和数据处理单元选用Beckhoff的CX5020及相关模拟量输入输出I/O模块。
4.如权利要求2或3所述的测试系统，其特征在于：所述的伺服控制器和所述的信息处理器与所述的上位机均采用CANopen通讯。
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