CN109870611A - 一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，变桨滑环内部设置智能组件，智能组件包括处理器和阻抗测量模块；阻抗测量模块包括阻抗测量电路和采样通道，采样通道包括采样导电滑道和采样电刷；通过测量采样通道的接触阻抗和动态阻抗表示变桨滑环的摩擦副阻抗，具体包括：采样电刷与采样导电滑道接触产生的电信号发送至阻抗测量电路，阻抗测量电路将电信号发送至处理器，处理器根据接收到的电信号计算得到采样通道的接触阻抗和动态阻抗。本发明的技术方案解决了现有技术中的变桨滑环在风机运行的过程中无法实时掌握变桨滑环的工作状况的问题。

Description

一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法

技术领域

本发明涉及变桨滑环技术领域，具体而言，尤其涉及一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法。

背景技术

导电变桨滑环是风力发电机组的重要部件，是风力发电机轮毂内设备与机舱设备电力与通讯的唯一通道，变桨滑环的基本组成是定子和转子两部分，滑环的电刷与内轴上的导电滑道滑动接触，从而实现滑环定子侧与转子侧的电气旋转连接。

普通的变桨滑环仅仅实现旋转导通的基本功能，在这种情况下，风机运行的过程中对正在使用电电力及通讯通道是无法进行精确的毫欧级阻抗测量的，因此也就无法实时掌握变桨滑环的工作状况。如果要测量滑环的阻抗，只能把变桨滑环从风机上拆下下来的时候才有条件通过阻抗测量仪器检测变桨滑环摩擦副的阻抗状态。

发明内容

根据上述提出现有的变桨滑环在风机运行的过程中无法实时掌握变桨滑环的工作状况的技术问题，而提供一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法。本发明主要通过在变桨滑环上设置智能组件，能够在风电机组运行中动态检测变桨滑环电刷与滑道的接触阻抗和动态阻抗，从而实现对智能滑环在线实时监测运行状况。

本发明采用的技术手段如下：

一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，变桨滑环内部设置智能组件，智能组件包括处理器和阻抗测量模块；阻抗测量模块包括阻抗测量电路和采样通道，采样通道包括采样导电滑道和采样电刷；通过测量采样通道的接触阻抗和动态阻抗表示变桨滑环的摩擦副阻抗，具体包括：采样电刷与采样导电滑道接触产生的电信号发送至阻抗测量电路，阻抗测量电路将电信号发送至处理器，处理器根据接收到的电信号计算得到采样通道的接触阻抗和动态阻抗。

进一步地，智能组件还包括显示模块，显示模块与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据发送至显示模块，显示模块对接收的数据进行显示。

进一步地，智能组件还包括无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块分别与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据分别发送至无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块将数据发送至移动终端；有线通讯模块将数据发送至变桨滑环内部的滑环集中监测系统；存储模块将数据存储。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，通过在变桨滑环上设置智能组件，能够在风电机组运行中动态检测变桨滑环电刷与滑道的接触阻抗和动态阻抗，风机维护人员可以通过手机连接智能变桨滑环，读取滑环的运行数据，了解滑环状况，风场可以通过变桨滑环监测系统对全场智能滑环在线实时监测运行状况。

2、本发明提供的在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，能够为用户的风机管理提供一个非常先进、有效的手段，解决风机滑环运行状态的不确定性，可以合理计划性的安排滑环维保工作，预防风机因滑环故障导致的停机或发生生产事故。

综上，应用本发明的技术方案通过在变桨滑环上设置智能组件，能够在风电机组运行中动态检测变桨滑环电刷与滑道的接触阻抗和动态阻抗，从而实现对智能滑环在线实时监测运行状况。因此，本发明的技术方案解决了现有技术中的变桨滑环在风机运行的过程中无法实时掌握变桨滑环的工作状况的问题。

基于上述理由本发明可在变桨滑环等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的导电变桨滑环结构示意图。

图2为本发明所述智能组件的原理框图。

图3为本发明所述智能组件的电路原理图。

图4为本发明所述智能组件的电路原理图。

图5为本发明所述智能组件的电路原理图。

图6为本发明所述电源模块电路原理图。

图中：1、定子部分；2、转子部分；3、智能组件；4、采样电刷；5、采样导电滑道；6、显示模块；7、轴承；8、计数、计速传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，变桨滑环内部设置智能组件3，智能组件3包括处理器和阻抗测量模块；阻抗测量模块包括阻抗测量电路和采样通道，采样通道包括采样导电滑道5和采样电刷4；通过测量采样通道的接触阻抗和动态阻抗表示变桨滑环的摩擦副阻抗，具体包括：采样电刷4与采样导电滑道5接触产生的电信号发送至阻抗测量电路，阻抗测量电路将电信号发送至处理器，处理器根据接收到的电信号计算得到采样通道的接触阻抗和动态阻抗。

进一步地，智能组件3还包括显示模块6，显示模块6与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据发送至显示模块6，显示模块6对接收的数据进行显示。

进一步地，智能组件3还包括无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块分别与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据分别发送至无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块将数据发送至移动终端；有线通讯模块将数据发送至变桨滑环内部的滑环集中监测系统；存储模块将数据存储。

如图1-2所示，本实施例所述在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法应用于一种风电机组用智能导电变桨滑环，包括定子部分1、转子部分2、连接所述定子部分与所述转子部分的轴承7、电刷和导电滑道，所述变桨滑环通过所述电刷与所述导电滑道之间的滑动接触从而实现所述定子部分1与所述转子部分2的电气旋转连接；所述变桨滑环内部还设置了智能组件3，所述智能组件包括处理器和阻抗测量模块；所述阻抗测量模块包括阻抗测量电路和采样通道，所述采样通道包括采样导电滑道5和采样电刷4；所述阻抗测量电路用于采集所述采样电刷与所述采样导电滑道接触产生的信号，信号发送至所述处理器，所述处理器处理信号得到所述采样通道的接触阻抗和动态阻抗。

由于所述采样通道与所述变桨滑环内部各通道都采用了相同的设计与制造工艺，在滑环运行过程中所述采样通道与所述变桨滑环内部各通道基本都处于相同的环境下，所以可以判断各通道磨损状况基本一致，所以，通过测量所述采样通道的阻抗就间接测量了所述变桨滑环内部各通道的阻抗，测量出实时的采样电刷4与采样导电滑道5之间的接触阻抗值后，通过计算可以得到滑环动态阻抗值，通过计算得到的滑环的接触阻抗与动态阻抗可以进一步评估滑环摩擦副的接触状况。

下面结合图5说明采用本实施例所述阻抗测量模块测量所述采样通道的阻抗的原理：图5中R1为精密电阻，JP3与所述采样电刷4相连接，U1为所述处理器，R1两端分别连接图中U2的输出端和所述采样通道的阻抗R，当U2的输出电压施加于R1，同时，R1两端的电压做为U1的AD采样参考电压；这样，R1两端的电压与所述采样通道的阻抗R就形成了比例关系，即：U_R1/R1＝U_R/R，由此可以计算出阻抗R的值；由于所述采样导电滑道5是圆环型的，所述采样电刷4与所述采样导电滑道5接触过程中需要在一周内进行多点采样进行数据处理，计算公式如下：接触阻抗R＝(r1+r2+r3+…+rn)/n；采样通道的动态阻抗通过选取一周内多点采样值的一定数量的最大值和一定数量的最小值进行计算得出，计算公式如下：△R＝(r最大平均值+r最小平均值)/2。

本实施例采用的阻抗测量原理为比例法，通过现有技术中的电桥法和恒流法等方法同样能够实现测量所述采用通道阻抗的功能。

进一步地，所述智能组件还包括显示模块6，所述显示模块6与所述处理器电连接，用于显示处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据。

进一步地，所述智能组件3还包括无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；所述无线通讯模块、所述有线通讯模块和所述存储模块分别与所述处理器电连接；所述无线通讯模块用于将所述处理器的检测结果发送至移动终端；所述有线通讯模块用于将所述处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据发送至所述变桨滑环内部的滑环集中监测系统；所述存储模块用于存储所述处理器的检测结果。如图4所示，U6为显示模块，处理器U3与U6通讯连接，在U6上显示滑环运行状态数据；处理器还包括所述无线通讯模块和所述有线通讯模块，能够通过移动终端、滑环集中监测系统和所述显示模块实时监测滑环运行数据；所述存储模块可以储存近期滑环运行数据，在需要的时候可以通过无线或者有线通讯的方式实时读取这些数据。

进一步地，所述智能导电变桨滑环还包括用于为所述智能组件供电的组件电源模块，所述组件电源模块与所述处理器电连接，如图6所示为所述组件电源模块的电路原理图。

进一步地，所述智能组件3还包括转速转数测量模块，所述转速转数测量模块包括计速、计数传感器8，所述计速、计数传感器与所述处理器电连接，用于测量所述变桨滑环的转速和转数。如图3所示，JP2为计速、计数传感器，U2为处理器，风机轮毂旋转带动所述转子部分2旋转，JP2产生信号发送至所述处理器U2，计算转速与转数用于评估滑环寿命。

进一步地，所述智能组件3还包括加速度传感器，所述加速度传感器与所述处理器电连接，用于测量所述变桨滑环运行过程中的振动数据；所述加速度传感器采集滑环的三轴振动数据，如图4所示，U5为加速度传感器，U3为处理器，U5能够检测风机运行时产生振动数据并发送至处理器，处理器计算加速度。

进一步地，所述智能组件3还包括光强传感器，所述光强传感器与所述处理器电连接，用于测量所述变桨滑环内部发生的弧光；所述智能组件还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器与所述处理器电连接，用于测量所述变桨滑环内部的温度和湿度数据。如图4所示，U4为所述温湿度传感器及所述光强传感器，设置的所述光强传感器和所述温湿度传感器能够测量滑环内部环境的温、湿度数据和光强数据。

进一步地，所述智能组件3还包括磨屑检测模块，所述磨屑检测模块与所述处理器电连接，用于检测滑环摩擦副磨损程度。如图4所示，在U4的附近设置有稳定的发光体，随着滑环的运行，当有磨屑落在U4的感光部分，磨屑能够影响发光体的光通过，所以通过检测发光体的信号就能了解滑环摩擦副的磨损程度，处理器U3采集处理摩擦副的磨损程度数据。

采用本实施例所述的智能导电变桨滑环，能够在风电机组运行中动态检测变桨滑环电刷与滑道的接触阻抗、动态阻抗、温度、湿度、转数、转速、磨损和振动等所述变桨滑环的运行参数。

在本实施例中，分别设置了处理器U1，U2，U3，这几个处理器的功能合并为一个处理器也是完全可行的，即在本发明的电路中可以使用一个处理器或多个处理器。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，采用的所述处理器的型号为STM32F042。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，其特征在于，变桨滑环内部设置智能组件，智能组件包括处理器和阻抗测量模块；阻抗测量模块包括阻抗测量电路和采样通道，采样通道包括采样导电滑道和采样电刷；通过测量采样通道的接触阻抗和动态阻抗表示变桨滑环的摩擦副阻抗，具体包括：

采样电刷与采样导电滑道接触产生的电信号发送至阻抗测量电路，阻抗测量电路将电信号发送至处理器，处理器根据接收到的电信号计算得到采样通道的接触阻抗和动态阻抗。

2.根据权利要求1所述的在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，其特征在于，智能组件还包括显示模块，显示模块与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据发送至显示模块，显示模块对接收的数据进行显示。

3.根据权利要求1所述的在线测量风力发电导电变桨滑环摩擦副阻抗的方法，其特征在于，智能组件还包括无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块分别与处理器电连接；处理器计算得到的采样通道的接触阻抗和动态阻抗数据分别发送至无线通讯模块、有线通讯模块和存储模块；无线通讯模块将数据发送至移动终端；有线通讯模块将数据发送至变桨滑环内部的滑环集中监测系统；存储模块将数据存储。