CN109612417A - 旋转变压器的精度检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转变压器的精度检测方法及检测系统，用于风力发电机组的变桨电机，该精度检测方法包括：获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值，第一转角变化值通过与变桨电机输出轴固定连接的位置信息采集装置获得；获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值，第二转角变化值通过与变桨电机输出轴同轴连接的旋转变压器测得；计算当前预定时间段内的第一转角变化值与第二转角变化值的角度差值；将当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的角度差值的绝对值的最大值作为旋转变压器的测量误差值。本发明可以检测旋转变压器的系统精度，可以确保变桨电机的位置准确性。

Description

旋转变压器的精度检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种旋转变压器的精度检测方法及检测系统。

背景技术

旋转变压器作为位置检测传感器，不易受振动、温度、腐蚀性气体、灰尘及油污等影响，可靠性较高，因此MW级风力发电机组中叶片的转角及速度大多采用旋转变压器来测量，故旋转变压器的精度尤其重要。

旋转变压器一般采用定子与转子分离的安装方式，旋转变压器的定子通过支架固定在端盖上，旋转变压器的转子直接套设于变桨电机的转轴上。由于变桨电机的轴向窜动、变桨电机转轴轴承径向游隙、端盖止口加工误差等原因，旋转变压器的定子与转子之间的同轴度和气隙均匀度发生偏差，导致旋转变压器的测量精度下降。另外，旋转变压器转换模块在A/D转换过程中也存在误差，进一步降低了旋转变压器的测量精度，对变桨电机的控制造成明显影响。

目前，旋转变压器的精度校验方法只能根据变桨电机的转速校验旋转变压器的速度误差，因无法测量变桨电机的位置而不能校验旋转变压器的位置误差，并且旋转变压器的速度误差的校验一般仅考虑旋转变压器转换模块的转换误差，或者仅考虑零部件的加工误差及装配误差，而无法检测旋转变压器应用在变桨电机中的系统误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转变压器的精度检测方法及检测系统，其可以从系统角度校验旋转变压器的位置误差。

一方面，本发明实施例提供了一种旋转变压器的精度检测方法，其用于风力发电机组的变桨电机，该精度检测方法包括：获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值，第一转角变化值通过与变桨电机输出轴固定连接的位置信息采集装置获得；获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值，第二转角变化值通过与变桨电机输出轴同轴连接的旋转变压器测得；计算当前预定时间段内的第一转角变化值与第二转角变化值的角度差值；将当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的角度差值的绝对值作为旋转变压器的测量误差值。

根据本发明实施例的一个方面，获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值包括：将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第一转角与第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤ M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第一转角变化值。

根据本发明实施例的一个方面，获取变桨电机在预定时间段内的第二转角变化值包括：将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第二转角与第i-1个时间段的第二转角的差值，1<i≤M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第二转角变化值。

根据本发明实施例的一个方面，获取变桨电机在第i个时间段的第二转角包括：获取所述变桨电机在第i个时间段内存储的N个第二转角信息， N>1；计算N个第二转角的平均值，并将该平均值作为变桨电机在第i个时间段的第二转角。

根据本发明实施例的一个方面，获取变桨电机在预定时间段内的第二转角变化值之前还包括：判断旋转变压器是否存在故障。

另一方面，本发明实施例提供了一种旋转变压器的精度检测系统，用于风力发电机组的变桨电机，该精度检测系统包括：驱动装置，配置为驱动变桨电机转动；主控制装置，配置为向驱动装置发送控制指令；位置信息采集装置，配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值信息，并上传至主控制装置，位置信息采集装置与变桨电机输出轴固定连接；旋转变压器，配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值信息，并上传至主控制装置，旋转变压器的转子与变桨电机输出轴同轴连接；主控制装置进一步配置为，根据接收的第一转角变化值信息和第二转角变化值信息，计算第一转角变化值与第二转角变化值的角度差值，并将当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的角度差值的绝对值作为旋转变压器的测量误差值。

根据本发明实施例的一个方面，位置信息采集装置进一步配置为，将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第一转角和第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第一转角变化值。

根据本发明实施例的一个方面，旋转变压器进一步配置为，将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第二转角和第i-1个时间段的第二转角的差值，1<i≤M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第二转角变化值。

根据本发明实施例的一个方面，旋转变压器包括存储模块，其配置为存储变桨电机在第i个时间段内的N个第二转角信息，N>1；旋转变压器进一步配置为，获取存储模块存储的N个第二转角信息，计算N个第二转角的平均值，并将该平均值作为变桨电机在第i个时间段的第二转角。

根据本发明实施例的一个方面，旋转变压器还包括转换模块，其配置为将旋转变压器输出的正、余弦数字信号转换为测量角度变化值信息，并将测量角度变化值信息上传至主控制装置。

根据本发明实施例的一个方面，精度检测系统还包括故障判断模块，其配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值之前，判断旋转变压器是否存在故障。

本发明实施例提供的一种旋转变压器的精度检测方法，通过将变桨电机的第一转角变化值与第二转角变化值的差值绝对值的最大值作为旋转变压器的测量误差值，以检测旋转变压器的系统精度，可以确保变桨电机的位置准确性。另外，本发明实施例提供的旋转变压器的精度检测系统，采用如前所述的旋转变压器的精度检测方法，提高了风力发电机组的变桨系统的安全性和可靠性。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的一种旋转变压器的精度检测方法的流程框图示意图；

图2是图1所示的旋转变压器的精度检测方法的具体计算过程流程框图；

图3是本发明实施例提供的一种旋转变压器的精度检测系统的结构示意图。

其中，

10-驱动装置；20-主控制装置；30-位置信息采集装置；40-旋转变压器； 41-存储模块；42-转换模；60-故障判断模块。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图3对本发明实施例提供的旋转变压器的精度检测方法及检测系统进行详细描述。

参阅图1，本发明实施例提供了一种旋转变压器的精度检测方法，用于风力发电机组的变桨电机，该精度检测方法包括：

步骤S1：获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值第一转角变化值通过与变桨电机输出轴固定连接的位置信息采集装置获得。

位置信息采集装置一般包括编码器和连接变桨电机输出轴与编码器的转轴的连接组件，例如联轴器、紧固件等。连接组件可以尽量减小编码器的转轴与变桨电机的输出轴的转角误差，以使编码器测得的转角作为变桨电机的实际转角。

由于变桨电机在较短的时间段内的转角误差较小，无法确定旋转变压器的测量转角误差，故可以根据变桨电机在一段预定时间段内的转角来评估旋转变压器的测量转角误差。

步骤S2：获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值Δθ，第二转角变化值Δθ通过与变桨电机输出轴同轴连接的旋转变压器测得。

由于旋转变压器与变桨电机同步转动，故其采集的正、余弦信号本身已考虑了零部件的加工误差和装配误差对测量结果的影响，在将旋转变压器输出的正、余弦信号转换为转角数据的过程中也考虑了转换误差的影响。由此，最终获得的旋转变压器的测量误差值考虑了整个系统的误差，提高了变桨电机的运行位置的准确性和可靠性。

步骤S3：计算当前预定时间段内的第一转角变化值与第二转角变化值Δθ的角度差值E，即

例如，第一转角变化值第二转角变化值Δθ＝306°，则二者的角度差值即为E＝-6°。

步骤S4：将当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的角度差值的绝对值作为旋转变压器的测量误差值Err。

如果前一个预定时间段内计算的第一转角变化值与第二转角变化值的角度差值绝对值为2°，则由于当前预定时间段内的角度差值的绝对值6°，故旋转变压器的测量误差值Err＝6°，从而确定旋转变压器的系统测量精度。变桨电机根据旋转变压器的系统测量精度可以采取必要的措施来加以克服，不再赘述。

本发明实施例提供的一种旋转变压器的精度检测方法，通过将变桨电机的第一转角变化值与第二转角变化值Δθ的差值E的绝对值的最大值作为旋转变压器的测量误差值Err，以检测旋转变压器的系统精度，可以确保变桨电机的位置准确性。

参阅图2，示出了图1中的旋转变压器的精度检测方法的具体计算过程。由于变桨电机在当前预定时间段内的转动角度有可能逐渐增大，也有可能逐渐减小，或者时而增大、时而减小，为了精确判断变桨电机在转动过程的变动情况，需要将当前预定时间段划分为多个小的时间段进行分析。

在如前所述的步骤S1中，获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值包括：

步骤S11：将预定时间段划分为M个时间段，M>1。例如，示例性的， M＝16，即将20ms划分为16个时间段。

步骤S12：获取变桨电机在第i个时间段的第一转角与第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤M。

例如，M个时间段的第一转角依次为第i个时间段的第一转角与第i-1个时间段的第一转角的差值依次为：第i个时间段与第i-1个时间段的第一转角的差值有可能为正值，也有可能为负值。

步骤S13：将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第一转角变化值

将每次获取的第一转角差值的绝对值累加，可以尽可能检测出变桨电机在当前预定时间段内的实际角度变化情况。

进一步地，在如前所述的步骤S2中，获取变桨电机在预定时间段内的第二转角变化值Δθ包括：

步骤S21：将预定时间段划分为M个时间段，M>1。示例性的，M＝16，即将20ms划分为16个时间段，每隔1.25ms采样一次。

步骤S22：获取变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i与第i-1个时间段的第二转角θ_i-1的差值，1<i≤M。

例如，M个时间段的第二转角依次为θ₁、θ₂……θ_M-1、θ_M，第i个时间段的第二转角θ_i与第i-1个时间段的第二转角θ_i-1的差值依次为： (θ₂-θ₁)、(θ₃-θ₂)……(θ_M-θ_M-1)。第i个时间段与第i-1个时间段的第二转角的差值有可能为正值，也有可能为负值。

步骤S23：将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第二转角变化值

将每次获取的第二转角差值的绝对值累加，可以尽可能检测出变桨电机在当前预定时间段内的测量角度变化情况。

如图2所示，根据如上所述的方法分别计算出当前预定时间段内第一转角变化值和第二转角变化值Δθ，再计算出二者的角度差值E，即

如果当前预定时间段内计算的E值为负值，则将E值的绝对值与前一个预定时间段内计算的二者的角度差值绝对值Err_F进行对比，如果Err_F 较大，则旋转变压器的测量误差值Err＝Err_F；如果E较大，则旋转变压器的测量误差值Err＝E。

如果当前预定时间段内计算的E值为正值，则将E值与前一个预定时间段内计算的二者的角度差值绝对值Err_F进行对比，如果Err_F较大，则旋转变压器的测量误差值Err＝Err_F；如果E较大，则旋转变压器的测量误差值Err＝E。

以位置信息采集装置为编码器为例，由于编码器采集的第一转角的数据以数字信号输出，测量精度相对准确。而旋转变压器测量的第二转角θ的数据以模拟信号输出，其在将模拟信号转换为数字信号的过程中会由于转换精度等外界环境影响最终的测量精度。因此，为了提高变桨电机的测量精度，步骤S22中，获取变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i包括：

步骤S221：获取变桨电机在第i个时间段内存储的N个第二转角信息， N>1。

步骤S222：计算N个第二转角的平均值，并将该平均值作为变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i。

由于旋转变压器的存储模块容量较大，运算速度很快，可以在存储模块中设定一个区域作为暂存队列使用，队列长度固定为N，即只能存储N 个数据。示例性的，N＝20。旋转变压器每采样一次新的转角位置，即把最新的转角位置信息放入队尾，去除队首的旧数据，以保证队列中始终保持最新的数据。由此，可以将队列中固定长度内的第二转角θ平均值作为某一时间段内旋转变压器的第二转角θ，以代替只取队列中最后一个第二转角位置信息作为变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i的方法。以此类推，可以获取变桨电机在任意一个时间段内的第二转角。

再次参阅图1，为了确保计算的旋转变压器的测量误差值数据的有效性，获取变桨电机在预定时间段内的第二转角变化值之前还包括：

步骤S0：判断旋转变压器是否存在故障。

参阅图3，本发明实施例提供了一种旋转变压器的精度检测系统，用于风力发电机组的变桨电机，该精度检测系统包括：驱动装置10、主控制装置20、位置信息采集装置30和旋转变压器40。

驱动装置10配置为驱动变桨电机转动，主控制装置20配置为向驱动装置10发送控制指令。

位置信息采集装置30配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值信息，并上传至主控制装置20，位置信息采集装置30与变桨电机输出轴固定连接。

旋转变压器40配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值信息，并上传至主控制装置20，旋转变压器40的转子与变桨电机输出轴同轴连接。

主控制装置20进一步配置为，根据接收的第一转角变化值信息和第二转角变化值信息，计算第一转角变化值与第二转角变化值的角度差值，并将当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的角度差值的绝对值作为旋转变压器的测量误差值，以检测旋转变压器40的精度。

位置信息采集装置30进一步配置为，将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第一转角和第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第一转角变化值示例性的，M＝16，即将20ms划分为16个时间段。

旋转变压器40进一步配置为，将预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i和第i-1个时间段的第二转角θ_i-1的差值，1<i≤M；将每次获取的差值的绝对值累加，以获得第二转角变化值Δθ。示例性的，M＝16，即将20ms划分为16个时间段。

旋转变压器40包括存储模块41，其配置为存储变桨电机在第i个时间段内的N个第二转角信息，N>1。示例性的，N＝20。

旋转变压器40进一步配置为，获取存储模块41存储的N个第二转角信息，计算N个第二转角的平均值，并将该平均值作为变桨电机在第i个时间段的第二转角θ_i。

旋转变压器40还包括转换模块42，其配置为将旋转变压器40输出的正、余弦数字信号转换为测量角度变化值信息，并将测量角度变化值信息上传至主控制装置20。

精度检测系统还包括故障判断模块60，故障判断模块60与旋转变压器40电连接，其配置为获取变桨电机在当前预定时间段内的第二转角变化值之前，判断旋转变压器40是否存在故障。

可以理解的是，本发明实施例提供的旋转变压器的精度检测系统是前述旋转变压器的精度检测方法的执行主体，关于各模块具体的执行方式可以参见前述旋转变压器的精度检测方法的内容，在此不再赘述。

本发明实施例提供的旋转变压器的精度检测系统，采用如前所述的旋转变压器的精度检测方法，提高了风力发电机组的变桨系统的安全性和可靠性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种旋转变压器的精度检测方法，用于风力发电机组的变桨电机，其特征在于，所述精度检测方法包括：

获取所述变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值，所述第一转角变化值通过与所述变桨电机输出轴固定连接的位置信息采集装置获得；

获取所述变桨电机在所述当前预定时间段内的第二转角变化值，所述第二转角变化值通过与所述变桨电机输出轴同轴连接的旋转变压器测得；

计算当前预定时间段内的所述第一转角变化值与所述第二转角变化值的角度差值；

将所述当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的所述角度差值的绝对值作为所述旋转变压器的测量误差值。

2.根据权利要求1所述的精度检测方法，其特征在于，所述获取所述变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值包括：

将所述预定时间段划分为M个时间段，M>1；

获取所述变桨电机在第i个时间段的第一转角与第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤M；

将每次获取的所述差值的绝对值累加，以获得所述第一转角变化值。

3.根据权利要求1所述的精度检测方法，其特征在于，所述获取所述变桨电机在所述预定时间段内的第二转角变化值包括：

将所述预定时间段划分为M个时间段，M>1；

获取所述变桨电机在第i个时间段的第二转角与第i-1个时间段的第二转角的差值，1<i≤M；

将每次获取的所述差值的绝对值累加，以获得所述第二转角变化值。

4.根据权利要求3所述的精度检测方法，其特征在于，所述获取所述变桨电机在第i个时间段的第二转角包括：

获取所述变桨电机在第i个时间段内存储的N个第二转角信息，N>1；

计算所述N个第二转角的平均值，并将该平均值作为所述变桨电机在第i个时间段的所述第二转角。

5.根据权利要求1所述的精度检测方法，其特征在于，所述获取所述变桨电机在所述预定时间段内的第二转角变化值之前还包括：

判断所述旋转变压器是否存在故障。

6.一种旋转变压器的精度检测系统，用于风力发电机组的变桨电机，其特征在于，所述精度检测系统包括：

驱动装置(10)，配置为驱动所述变桨电机转动；

主控制装置(20)，配置为向所述驱动装置(10)发送控制指令；

位置信息采集装置(30)，配置为获取所述变桨电机在当前预定时间段内的第一转角变化值信息，并上传至所述主控制装置(20)，所述位置信息采集装置(30)与所述变桨电机输出轴固定连接；

旋转变压器(40)，配置为获取所述变桨电机在所述当前预定时间段内的第二转角变化值信息，并上传至所述主控制装置(20)，所述旋转变压器(40)的转子与所述变桨电机输出轴同轴连接；

所述主控制装置(20)进一步配置为，根据接收的所述第一转角变化值信息和所述第二转角变化值信息，计算所述第一转角变化值与所述第二转角变化值的角度差值，并将所述当前预定时间段及上一个预定时间段内相对较大的所述角度差值的绝对值作为所述旋转变压器的测量误差值。

7.根据权利要求6所述的精度检测系统，其特征在于，所述位置信息采集装置(30)进一步配置为，将所述预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取所述变桨电机在第i个时间段的第一转角和第i-1个时间段的第一转角的差值，1<i≤M；将每次获取的所述差值的绝对值累加，以获得所述第一转角变化值。

8.根据权利要求6所述的精度检测系统，其特征在于，所述旋转变压器(40)进一步配置为，将所述预定时间段划分为M个时间段，M>1；获取所述变桨电机在第i个时间段的第二转角和第i-1个时间段的第二转角的差值，1<i≤M；将每次获取的所述差值的绝对值累加，以获得所述第二转角变化值。

9.根据权利要求8所述的精度检测系统，其特征在于，所述旋转变压器(40)包括存储模块(41)，其配置为存储所述变桨电机在第i个时间段内的N个第二转角信息，N>1；

所述旋转变压器(40)进一步配置为，获取所述存储模块(41)存储的所述N个第二转角信息，计算所述N个第二转角的平均值，并将该平均值作为所述变桨电机在第i个时间段的所述第二转角。

10.根据权利要求6至9任一项所述的精度检测系统，其特征在于，所述旋转变压器(40)还包括转换模块(42)，其配置为将所述旋转变压器(40)输出的正、余弦数字信号转换为所述测量角度变化值信息，并将所述测量角度变化值信息上传至所述主控制装置(20)。

11.根据权利要求6所述的精度检测系统，其特征在于，所述精度检测系统还包括故障判断模块(60)，其配置为获取所述变桨电机在所述当前预定时间段内的所述第二转角变化值之前，判断所述旋转变压器(40)是否存在故障。