CN205120037U - 用于风力发电机组的偏航测量装置与系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种用于风力发电机组的偏航测量装置与系统，所述风力发电机组包括偏航齿，所述偏航测量装置包括用于与所述偏航齿啮合的凸轮计数器和霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器的输入端与电源相连，所述霍尔角度传感器还连接所述凸轮计数器，所述霍尔角度传感器输出的电压值用于确定所述风力发电机组的偏航角度。本实用新型实施例提供的用于风力发电机组的偏航测量装置与系统，寿命长，精度稳定。

Description

用于风力发电机组的偏航测量装置与系统

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的偏航测量装置与系统。

背景技术

作为一种无污染的可再生能源，风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，其中风力发电可以极大程度的满足社会对电能的急剧需求。在风力发电机组中设置偏航系统，一方面偏航系统与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率，同时在风向相对固定时能提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。另一方面由于风力发电机组可能持续地向一个方向偏航，为了保证风力发电机组悬垂部分的电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂、失效，在电缆达到设计缠绕值时能自动解除缠绕。

对于偏航系统而言，风力发电机组的偏航角度是风力发电机组运行的重要参数，主要用于风力发电机组的控制和解缆等，偏航角度的准确性是风力发电机组稳定运行的关键参数。目前偏航角度主要采用接近开关、电位计或者编码器原理测量。其中，接近开关是感应传感器，感应并偏航大齿轮圈齿的高低电平信号来工作。编码器是将偏航大齿轮的位移转变成计数脉冲或绝对位置编码表示偏航位置。采用接近开关测量的方案，成本较低，使用寿命长，但不能记录PLC不能正常运行时的偏航角度变化，需要将数据保存在PLC掉电保持寄存器；且由于测量是通过圈齿的高低不同实现的，会存在误触发造成的累计误差，需要进行定期校准。采用电位计测量的方案，电位计容易磨损，从而影响测量精度，使用寿命低。采用编码器测量的方案，编码器的成本高。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于，提供一种用于风力发电机组的偏航测量装置与系统，寿命长，精度稳定。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的实施例提供了一种用于风力发电机组的偏航测量装置，所述风力发电机组包括偏航齿，所述偏航测量装置包括用于与所述偏航齿啮合的凸轮计数器和霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器的输入端与电源相连，所述霍尔角度传感器还连接所述凸轮计数器，所述霍尔角度传感器输出的电压值用于确定所述风力发电机组的偏航角度。

优选地，所述霍尔角度传感器输出的电压值与所述风力发电机组的偏航角度为线性对应关系。

优选地，所述凸轮计数器包括计数器本体和小齿轮，所述计数器本体安装在所述小齿轮上，所述小齿轮用于与所述偏航齿啮合。

优选地，所述凸轮计数器还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构连接所述小齿轮和霍尔角度传感器。

优选地，所述小齿轮的转动角度＝所述风力发电机组的偏航角度*所述偏航齿的齿轮数*所述凸轮计数器的变比/所述小齿轮的齿轮数。

优选地，所述霍尔角度传感器输出的电压值与其磁体旋转角度为预设的第一线性对应关系，且所述霍尔角度传感器的磁体旋转角度与所述小齿轮的转动角度为预设的第二线性对应关系。

优选地，所述霍尔角度传感器输出的电压值为0～10V，对应的所述风力发电机组的偏航角度为-2517度～2517度。

优选地，所述霍尔角度传感器安装在所述凸轮计数器内。

本实用新型的实施例还提供了一种用于风力发电机组的偏航测量系统，包括控制器，还包括上述用于风力发电机组的偏航测量装置，所述霍尔角度传感器的电压输出端与所述控制器的输入端相连。

优选地，所述控制器为所述风力发电机组的偏航控制器。

本实用新型实施例提供的用于风力发电机组的偏航测量装置与系统，通过霍尔角度传感器输出的电压值确定风力发电机组的偏航角度。采用该技术方案，一方面由于霍尔角度传感器的寿命主要取决于轴承，轴承的旋转次数可以达到千万次的级别，且其测量过程中霍尔角度传感器本身的损耗非常小，因此，在风力发电机组的生命周期内，可以不用更换霍尔角度传感器，使用寿命长；同时，由于其损耗非常小，使得测量精度稳定，准确性高。

附图说明

图1为本实用新型实施例中偏航齿和凸轮计数器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中凸轮计数器的结构示意图；

图3a为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的主视示意图；

图3b为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的左视示意图；

图4为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的接线原理图；

图5为本实用新型实施例中霍尔角度传感器输出的电压值与偏航角度的对应关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例用于风力发电机组的偏航测量装置与系统进行详细描述。

图1为本实用新型实施例中偏航齿和凸轮计数器的结构示意图；图2为本实用新型实施例中凸轮计数器的结构示意图；图3a为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的主视示意图；图3b为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的左视示意图；图4为本实用新型实施例中霍尔角度传感器的接线原理图。参见图1、2、3a、3b和图4，本发明实施例的风力发电机组包括偏航齿，用于风力发电机组的偏航测量装置包括与偏航齿1啮合的凸轮计数器2和霍尔角度传感器3，霍尔角度传感器3的输入端A与电源相连，霍尔角度传感器3还连接凸轮计数器2，霍尔角度传感器3的电压输出端B输出的电压值用于确定风力发电机组的偏航角度。

可选地，霍尔角度传感器3可以安装在任意位置。为了提高偏航测量装置的集成程度，也可以将霍尔角度传感器3安装在凸轮计数器2内。

霍尔角度传感器3的电压输出端B输出的电压值可以直接显示，可选地，霍尔角度传感器3的电压输出端B还可以与控制器连接，如风力发电机组的偏航控制器，进一步地，该控制器可以是可编程控制器(ProgrammableLogicController,PLC)4的输入端相连。请参见图4，在PLC4中包括显示器41，用于显示根据霍尔角度传感器3输出的电压值计算得到的风力发电机组的偏航角度或者直接显示对应的偏航位置。

本实用新型实施例提供的用于风力发电机组的偏航测量装置，通过霍尔角度传感器输出的电压值确定风力发电机组的偏航角度。霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的传感器，霍尔传感器可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力及转速等工业生产过程参数，目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段。参见图3a和3b，本实用新型实施例中采用的霍尔角度传感器包括磁体(图中未标示)和集成芯片(图中未标示)。

特别的，本实用新型实施例中采用的霍尔角度传感器输出电压值，其中磁体旋转角度与输出的电压值为线性对应关系，相对于其他输出脉冲信号的霍尔传感器而言，本实用新型实施例中的霍尔角度传感器由于在断电前后的磁体旋转角度不变，当重新上电后，其输出的电压值与断电前输出的电压值一致，因此，即使断电，本实用新型实施例的测量结果也可以直接输出不需要进行事先保存；而输出脉冲信号的霍尔传感器断电后需要将数据存储在掉电保持寄存器中，重新上电后再读取数据。由此，如果在PLC未正常运行的情况下机组进行了强制偏航动作，本实用新型实施例中采用的霍尔角度传感器也可以准确无误的记录偏航位置，而输出脉冲信号的霍尔传感器则无法记录。。

采用本实用新型实施例的技术方案，一方面由于霍尔角度传感器的寿命主要取决于轴承，轴承的旋转次数可以达到千万次的级别，例如，旋转次数可达到3000万次以上；且其测量过程中霍尔角度传感器本身的损耗非常小，因此，在风力发电机组的生命周期内，可以不用更换霍尔角度传感器，使用寿命长；同时，由于其损耗非常小，使得测量精度稳定，准确性高。另一方面，由于霍尔角度传感器输出的电压值与风力发电机组的偏航角度成线性对应关系，可以简便地由霍尔角度传感器输出的电压值计算得到风力发电机组的偏航角度，计算过程简便，效率高。

进一步地，参见图1和图2，凸轮计数器2包括计数器本体21和小齿轮22，计数器本体21安装在小齿轮22上，小齿轮22用于与风力发电机组的偏航齿1啮合。具体的，凸轮计数器2还包括齿轮传动机构(图中未标示)，齿轮传动机构连接小齿轮22和霍尔角度传感器3。

本实用新型实施例中，用于风力发电机组的偏航测量装置的工作原理如下：

风力发电机组偏航时偏航齿1带动凸轮计数器2的小齿轮21转动，并通过齿轮传动机构驱动霍尔角度传感器3的轴转动，霍尔角度传感器3通过电压输出端向PLC4输出电压值，PLC4根据该电压值与风力发电机组的偏航角度的线性对应关系换算得到风力发电机组的偏航角度并显示。

具体的，霍尔角度传感器输出的电压值与其磁体旋转角度为预设的第一线性对应关系，同时霍尔角度传感器的磁体旋转角度与小齿轮的转动角度为预设的第二线性对应关系，此外，小齿轮的转动角度与风力发电机组的偏航角度之间为预设的第三线性对应关系，由此，根据霍尔传感器的输出电压值以及上述第一、第二及第三线性对应关系即可得到风力发电机组的偏航角度。具体的，上述第三线性关系可以由此限定：凸轮计数器的小齿轮的转动角度＝风力发电机组的偏航角度的角度*偏航齿的齿轮数*凸轮计数器的变比/凸轮计数器中小齿轮的齿轮数。

以偏航齿的齿轮数为143个，凸轮计数器中小齿轮的齿轮数为10个，凸轮计数器的变比为1：200，霍尔角度传感器的输入电压为24V，其输出电压的范围为0～10V为例进行说明，可以得到下述公式(1)：

具体地，霍尔角度传感器的工作温度可以为-40～85℃，其输入电压可以为18～30V，其输出的分辨率可以为12～14位。霍尔角度传感器的磁体旋转角度范围为0～360度对应输出的电压值为0～10V，霍尔角度传感器的磁体旋转角度范围0～360度对应凸轮计数器的小齿轮的转动角度为-180度～180度。图5为本实用新型实施例中霍尔角度传感器输出的电压值与偏航角度的对应关系示意图，请参见图5，霍尔角度传感器输出电压U在0～10V时对应的风力发电机组的偏航角度为-2517度～2517度，即霍尔角度传感器输出电压0V对应的风力发电机组的偏航角度为-2517度，霍尔角度传感器输出电压5V对应的风力发电机组的偏航角度为0度，霍尔角度传感器输出电压10V对应的风力发电机组的偏航角度为2517度。

本实用新型的实施例还提供了一种用于风力发电机组的偏航测量系统，包括控制器和上述用于风力发电机组的偏航测量装置，其中霍尔角度传感器的电压输出端与控制器的输入端相连。

可选地，控制器为风力发电机组的偏航控制器，进一步地，该偏航控制器可以为PLC。

由于该用于风力发电机组的偏航测量系统具有上述用于风力发电机组的偏航测量装置相应的技术效果，在此不再赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组的偏航测量装置，所述风力发电机组包括偏航齿，其特征在于，所述偏航测量装置包括用于与所述偏航齿啮合的凸轮计数器和霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器的输入端与电源相连，所述霍尔角度传感器还连接所述凸轮计数器，所述霍尔角度传感器输出的电压值用于确定所述风力发电机组的偏航角度。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述霍尔角度传感器输出的电压值与所述风力发电机组的偏航角度为线性对应关系。

3.根据权利要求1或2所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述凸轮计数器包括计数器本体和小齿轮，所述计数器本体安装在所述小齿轮上，所述小齿轮用于与所述偏航齿啮合。

4.根据权利要求3所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述凸轮计数器还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构连接所述小齿轮和霍尔角度传感器。

5.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述小齿轮的转动角度＝所述风力发电机组的偏航角度*所述偏航齿的齿轮数*所述凸轮计数器的变比/所述小齿轮的齿轮数。

6.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述霍尔角度传感器输出的电压值与其磁体旋转角度为预设的第一线性对应关系，且所述霍尔角度传感器的磁体旋转角度与所述小齿轮的转动角度为预设的第二线性对应关系。

7.根据权利要求6所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述霍尔角度传感器输出的电压值为0～10V，对应的所述风力发电机组的偏航角度为-2517度～2517度。

8.根据权利要求1或2所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，其特征在于，所述霍尔角度传感器安装在所述凸轮计数器内。

9.一种用于风力发电机组的偏航测量系统，包括控制器，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一项所述的用于风力发电机组的偏航测量装置，所述霍尔角度传感器的电压输出端与所述控制器的输入端相连。

10.根据权利要求9所述的用于风力发电机组的偏航测量系统，其特征在于，所述控制器为所述风力发电机组的偏航控制器。