CN219609167U - 一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，采用两个互成180°的磁强探头分别采集直驱式永磁风力发电机气隙的磁场强度信号，采用角度传感器采集转子位置信息，当直驱式永磁风力发电机发生退磁故障时，能够及时检测出异常，并能够确定退磁永磁体的位置，方便后续的运维工作。通过本实用新型，能够实现永磁体退磁故障的在线监测与退磁永磁体的精准定位，当永磁体发生退磁故障时，能够根据磁强探头和角度传感器的信号，精准判断出是否发生永磁体退磁故障及退磁磁极的位置，大大缩短风电场运行维护的成本。

Description

一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置

技术领域

本实用新型属于发电机故障诊断技术领域，涉及一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置。

背景技术

直驱式永磁风力发电机因其运行可靠，工作效率高而被广泛使用，然而在实际运行中，由于受振动、温度、电磁干扰和时效等因素的影响，其永磁体不可避免的会出现退磁现象，造成发电机空载电动势减小，损耗增大，严重影响永磁风力发电机的运行性能。

直驱式永磁风力发电机的退磁故障分为均匀退磁和局部退磁两种，其中局部退磁是指某一块或者某几块永磁体发生了退磁，目前针对直驱式永磁风力发电机的局部退磁故障诊断主要是通过定子电流、反电动势、振动等信号的分析判断局部退磁故障是否发生，而无法对局部退磁磁极的位置进行准确的定位。

直驱式永磁风力发电机转子上磁极数目较多，有必要监测转子永磁体的状态，及时发现永磁体的退磁故障并精准定位到退磁永磁体在转子上的位置，实现永磁体退磁故障方便、快速、准确的检测。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，实现永磁体退磁故障的在线监测与退磁永磁体的精准定位，当永磁体发生退磁故障时，能够根据所述磁强探头和角度传感器的信号，精准判断出是否发生永磁体退磁故障及退磁磁极的位置，大大缩短风电场运行维护的成本。

为此，本实用新型在于提出一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，包括：磁场测量机构、转子位置测量机构、信号采集机构、A/D转换器、控制处理芯片、触发电路、显示设备、通讯设备、按键输入设备；其中，

信号采集机构包括磁场信号采集单元和角度信号采集单元；磁场测量机构连接磁场信号采集单元，转子位置测量机构连接角度信号采集单元；

信号采集机构的磁场信号采集单元和角度信号采集单元连接A/D转换器；A/D转换器、显示设备、按键输入设备、通讯设备连接控制处理芯片，触发电路连接于控制处理芯片和磁场信号采集单元之间。

其中，磁场测量机构包括第一磁强探头和第二磁强探头，第一磁强探头和第二磁强探头均固定于定子轭上，两者互成180度，其输出端与磁场信号采集单元相连，用于测量气隙的磁场强度。

其中，第一磁强探头安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上0度的位置，第二磁强探头安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上180度的位置。

其中，转子位置测量机构为绝对式光电角位置传感器。

其中，绝对式光电角位置传感器放置于发电机的轴向位置，与转轴同轴连接，其输出端与角度信号采集单元相连，用于测量转子的位置信息。

区别于现有技术，本实用新型提供的低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，采用两个互成180°的磁强探头分别采集直驱式永磁风力发电机气隙的磁场强度信号，采用角度传感器采集转子位置信息，当直驱式永磁风力发电机发生退磁故障时，能够及时检测出异常，并能够确定退磁永磁体的位置，方便后续的运维工作。通过本实用新型，能够实现永磁体退磁故障的在线监测与退磁永磁体的精准定位，当永磁体发生退磁故障时，能够根据磁强探头和角度传感器的信号，精准判断出是否发生永磁体退磁故障及退磁磁极的位置，大大缩短风电场运行维护的成本。

附图说明

本实用新型的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置的结构示意图。

图2是本实用新型提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置的安装示意图。

图3是本实用新型提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置的工作流程图。

图4是本实用新型提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置中使用第一磁强探头的退磁磁极定位示意图。

图5是本实用新型提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置中使用第二磁强探头的退磁磁极定位示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1为本实用新型实施例所提供的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置。包括：磁场测量机构1、转子位置测量机构2、信号采集机构3、A/D转换器4、控制处理芯片5、触发电路6、显示设备7、通讯设备8、按键输入设备9；其中，

信号采集机构3包括磁场信号采集单元31和角度信号采集单元32；磁场测量机构1连接磁场信号采集单元31，转子位置测量机构2连接角度信号采集单元32；

信号采集机构3的磁场信号采集单元31和角度信号采集单元32连接A/D转换器4；A/D转换器4、显示设备7、按键输入设备9、通讯设备8连接控制处理芯片5，触发电路6连接于控制处理芯片5和磁场信号采集单元31之间，采用脉冲信号发生电路。控制处理芯片5采用Texas Instruments TMS320C6678ACYPA。A/D转换器4采用ADS1262。

其中，磁场测量机构1包括第一磁强探头11和第二磁强探头12，第一磁强探头11和第二磁强探头12均固定于定子轭上，两者互成180度，其输出端与磁场信号采集单元31相连，用于测量气隙的磁场强度。第一磁强探头11和第二磁强探头12均采用MEMSICMMC5603NJ。

如图2，第一磁强探头11安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上0度的位置，第二磁强探头12安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上180度的位置。

其中，转子位置测量机构2为绝对式光电角位置传感器。

其中，绝对式光电角位置传感器放置于发电机的轴向位置，与转轴同轴连接，其输出端与角度信号采集单元32相连，用于测量转子的位置信息。

按键输入设备9与控制处理芯片5相连，作为命令的输入端，包括磁场信号和角度信号采样频率的设置，正常时气隙磁场强度峰值的设置，判断故障时磁场强度阈值的设置。采用IK-KV-12.1。

显示设备7用于显示磁场信号，角度信号，诊断结果等。采用HP Z27。

通讯设备8将采集到的磁场信号、角度信号、诊断结果等数据上传至监控大厅。采用Nordic Semiconductor nRF52840

当永磁风力发电机发生局部退磁故障时，退磁磁极下的气隙磁场强度会变小，而正常磁极下的气隙磁场强度变化不大，因此可以通过测量转子旋转时气隙磁场强度的变化来检测是否发生退磁故障并进行退磁磁极的定位，当转子旋转角度过零度时，触发磁场信号采集模块采集气隙磁场强度信息，通过设置相同的采样频率，使得转子角度信息和磁强探头的磁场强度信息相对应，根据预先设置的气隙磁场强度阈值，判断是否有退磁故障发生，根据预先划分的每一磁极所属的角度区间，判断退磁磁极的编号。

图4和图5分别是第一磁强探头11和第二磁强探头12采集到的磁场强度信息对应的转子角度范围，其横轴为采集到的转子角度信息(以逆时针旋转为正方向)，纵轴为磁强探头采集到的磁场强度每个电周期的峰值与预设值的差值，发电机磁极数为2p，则每一块磁极对应的角度范围为360/2p度,即每旋转360/2p度，便会有一块磁极完整的经过第一磁强探头11，由于第一磁强探头11与转子零度位置重合，因此0-360/2p度的角度范围对应第一磁极，后续依次类推，而由于第二磁强探头12与第一磁强探头11间隔180度，因此0-360/2p度的角度范围对应第p+1块磁极。

如图3所示，本实用新型的装置进行故障检测定位时，具体流程如下：

(1)：通过绝对式光电角度传感器采集转子角度信息，并通过信号采集机构2和A/D转换器3将转子角度信息传输至控制处理芯片5。

(2)：通过控制处理芯片5进行逻辑判断，当转子角度过零时，控制处理芯片5控制触发电路6发出触发脉冲。

(3)：通过触发电路6发出触发脉冲，触发磁场信号采集单元31，由第一磁强探头11和第二磁强探头12采集转子旋转360度过程中气隙磁场强度信号。

(4)：通过控制处理芯片5提取第一磁强探头11采集到的每个电周期磁场信号的峰值。

(5)：将提取到的第一磁强探头11的磁场信号峰值与正常时磁场信号峰值作差。

(6)：通过控制处理芯片5计算采集到的每个电周期的磁场信号峰值与预设的磁场信号的峰值的差值并与比较其与设置的阈值的大小关系，当大于阈值时，判断为发生了局部退磁故障，当小于阈值时，判断为正常状态。

(7)：以转子角度为横轴、以该角度信息对应下的磁场信号采集值与预设正常值的差值为纵轴作图。

(8)：提取纵轴上所有大于阈值对应的横轴上的角度范围。

(9)：根据提取的角度范围确定退磁磁极的位置。

(10)：将步骤(4)到步骤(7)中的第一磁强探头11采集的磁场信号更换为第二磁强探头12采集的磁场信号后进行同样的操作，确定退磁磁极的位置。

(11)：验证步骤(9)和步骤(10)中所提取的退磁磁极位置的一致性。

(12)：通过通讯设备将将采集到的角度信号、对应的磁场信号、诊断结果等数据上传至监控大厅。

本实用新型提出的一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，通过测量转子旋转时气隙磁场强度的变化来检测是否发生退磁故障并进行退磁磁极的定位。若直驱式永磁风力发电机发生局部退磁故障，退磁磁极下的气隙磁场强度会变小，而正常磁极下的气隙磁场强度变化不大，通过比较气隙磁场强度峰值的变化检测是否发生退磁故障，结合转子位置信息进行退磁磁极精准定位，方便后续的运维工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，所述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对所述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，其特征在于，包括：磁场测量机构、转子位置测量机构、信号采集机构、A/D转换器、控制处理芯片、触发电路、显示设备、通讯设备、按键输入设备；其中，

所述信号采集机构包括磁场信号采集单元和角度信号采集单元；所述磁场测量机构连接所述磁场信号采集单元，所述转子位置测量机构连接所述角度信号采集单元；

所述信号采集机构的磁场信号采集单元和角度信号采集单元连接所述A/D转换器；所述A/D转换器、显示设备、按键输入设备、通讯设备连接所述控制处理芯片，所述触发电路连接于所述控制处理芯片和所述磁场信号采集单元之间。

2.根据权利要求1所述低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，其特征在于，所述磁场测量机构包括第一磁强探头和第二磁强探头，所述第一磁强探头和第二磁强探头均固定于定子轭上，两者互成180度，其输出端与磁场信号采集单元相连，用于测量气隙的磁场强度。

3.根据权利要求2所述低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，其特征在于，第一磁强探头安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上0度的位置，第二磁强探头安装于低速永磁直驱式风力发电机定子轭上180度的位置。

4.根据权利要求1所述低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，其特征在于，所述转子位置测量机构为绝对式光电角位置传感器。

5.根据权利要求4所述低速永磁直驱式风力发电机退磁故障检测及定位装置，其特征在于，所述绝对式光电角位置传感器放置于发电机的轴向位置，与转轴同轴连接，其输出端与角度信号采集单元相连，用于测量转子的位置信息。