TWI404942B - 扭轉共振頻率測量裝置及方法 - Google Patents

扭轉共振頻率測量裝置及方法 Download PDF

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Description

扭轉共振頻率測量裝置及方法
本發明係有關於一種用於旋轉件之扭轉共振頻率(torsional resonance frequency)測量裝置及方法，更詳而言之，係關於一種利用電機側轉換器透過衝擊激振(impact excitation)方式測量具有無拘束(free-free)式傳動鏈支撐之旋轉件之扭轉共振頻率的裝置及方法。
近年來，由於燃料缺乏以及對於環境保護的重視，致使世界各國都積極投入發展風力發電。風力發電所使用之風力機係藉由風力帶動葉片(blades)旋轉而產生機械能，再經由發電機將其轉換成為電能，最終經由電力轉換器(power converter)將電能以適當之形式饋送至負載(如路燈)、儲能裝置(如電池)或輸配電系統；通常饋送至負載及儲能裝置的風力機可稱為非併網型風力機(non grid-tied wind turbine)，而饋送至輸配電系統的風力機則稱為併網型風力機(grid-tied wind turbine)。以目前的產業現況而言，中大型之風力機大部份均採用併網型風力機。
由於風力機在運作時必須承受具有隨機性及紊流之風力負載，故極易產生振動與噪音問題。當旋轉電機應用於大型發電設備或電機牽引設備(如大功率併網型風力機)時，由傳動鏈(drive-chain)所產生之扭轉振動是造成機件損傷及噪音汙染的主要因素之一，因此，如何抑制風力機的振動與噪音遂成為本領域技術的一重要課題。
對於上述之問題，通常必須先得知風力機的扭轉共振頻率，才能判斷該風力機的運作狀態。故扭轉共振頻率已成為產業界相當關注之數據，並已提出有許多成熟的測量及分析方法及工具。就風力機而言，無論是垂直軸或水平軸結構，在正常運轉時，其傳動軸(轉子)兩端皆為無拘束之支撐方式。一般而言，測試這類風力機的扭轉共振頻率的方式包括：衝擊激振(impact excitation)方式、扭轉振動子激振(torsional shaker excitation)方式及可變頻率(variable frequency)方式等，其中衝擊激振的做法最為簡便快速，因此最廣為採用。
參閱第1圖，顯示習知技術運用衝擊激振方法以測量傳動鏈之扭轉共振頻率的示意圖。如圖所示，專業的衝擊激振方式需使用信號分析儀1、加速規2及敲擊鎚3，其中，先利用該敲擊鎚3敲擊該永磁式同步發電機(permanent magnet synchronous generator；PMSG)4之傳動軸5而產生脈衝(impulse)扭力，並使該加速規2量取(pick-up)振動信號，再透過該信號分析儀1對該敲擊鎚3與該加速規2所輸出之信號取樣並計算，即可找出傳動鏈之扭轉共振頻率。
然而，利用習知之衝擊激振方法針對風力機傳動鏈進行扭轉共振頻率的測量仍存在許多執行問題有待解決。舉例而言，以上述習知技術對風力機傳動鏈進行測量時必須由專業維修人員將精密分析儀器及測量工具(如加速規、敲擊鎚等)運送至風力機所在位置，藉由敲擊發電機之傳動軸 而產生脈衝扭力，藉此測量反應之振動信號。如此一來，維修人員必須親自前往每一個風力機所在位置進行測量工作，然而，一般大型風力發電機的所在位置均相當高，或為了得到較佳的風力擷取效果以及避免風力機所產生的噪音造成污染，大部份的風力機或風力擷取裝置均設置於較偏遠的山上、海邊甚或外海島嶼上，不易進行扭轉共振頻率的測量，因此會耗費相當大的維修時間與維修成本。另外，風力機通常具有相當之高度，使得現場之維修人員易發生危安事件。
有鑑於現今所採用之風力機傳動鏈扭轉共振頻率測量技術之種種缺失，因此，如何提供一種具有高效率、高安全性及低成本之扭轉共振頻率測量裝置及方法，遂成為目前亟待解決的問題。
為了解決上述問題，本發明之目的在於提供一種能夠應用於大型發電設備或電機牽引設備(如大功率併網型風力機)之旋轉件的扭轉共振頻率測量裝置，能利用併網型風力機既有之硬體架構直接測量扭轉共振頻率，使維修人員不需親臨現場執行測量，不但可降低發電設備在參數調整、預兆檢測及設備診斷時的成本效益，也大大提高了維修及保養的效率與維修人員的作業安全性。
為達上述及其他目的，本發明提供一種扭轉共振頻率測量裝置，可應用於具有旋轉件之動力設備，其包括：三相永磁式同步發電機；以及電機側轉換器，其具有耦接至 該三相永磁式同步發電機之三相端子及控制單元，其中，該控制單元先透過電機側轉換器送出一特定型態(Pattern)之定向用之直流電流至該三相永磁式同步發電機之三相定子繞組，將可自由運轉之發電機轉子驅動至一預定角度之方位，再透過該電機側轉換器送出另一特定型態之直流脈衝電流至該三相永磁式同步發電機之三相定子繞組，以激振該發電機轉子，並藉由其中無電流流經之定子繞組擷取該發電機轉子之激振所產生之反電動勢，俾使該控制單元依據該反電動勢之頻譜波形計算該具有旋轉件之動力設備的扭轉共振頻率。
此外，本發明復提供一種扭轉共振頻率測量方法，可應用於具有旋轉件之動力設備，係藉由電機側轉換器與三相永磁式同步發電機之轉子的交互作用而取得該動力設備之扭轉共振頻率，該扭轉共振頻率測量方法包括：(1)建立該電機側轉換器所需之直流鏈電壓；(2)令該電機側轉換器將定向用之電流輸入該三相永磁式同步發電機以帶動該轉子轉至預定方位；(3)令該電機側轉換器將脈衝電流輸入該三相永磁式同步發電機以激振該轉子；以及(4)擷取該該三相永磁式同步發電機之轉子因激振所產生的反電動勢，再依據該反電動勢之頻譜波形計算該動力設備之扭轉共振頻率。
綜上所述，藉由本發明之扭轉共振頻率測量裝置及方法，能夠改善習知之扭轉共振頻率測量技術所產生的各種成本和維修安全問題，除了能夠縮短測量時間、提供遠端 且即時的設備診斷之外，也能夠大幅地減少測試所需的額外硬體成本，而同時也提高維修人員的安全性。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但不應理解為係本發明之範疇的限制。
在此須提出說明的是，為了避免模糊本發明之重點，對於一些習知的電性連接(如電源或電壓信號等)、耦接方式及基本電路元件(如電容或二極體等)將不再詳細敘述。
本發明提供一種能夠應用於大型發電設備或電機牽引設備(如大功率併網型風力機)之旋轉電機中的扭轉共振頻率測量裝置及方法，於本文中係以併網型風力機作為旋轉電機之範例，且本發明之各個實施例均以併網型風力機為基礎進行描述。
再者，用來例示本發明實施例的附圖，在不同實施例中的某些共同特徵，為清楚及容易說明、描述及理解，相似或相同的特徵將以相同附圖標記來敘述。
參照第2圖，顯示主要由三相永磁式同步發電機22與併網型電力轉換器23所構成之風力發電機200之示意圖。如圖所示，該風力發電機200包含旋轉件21、三相永 磁式同步發電機22、併網型電力轉換器23、控制單元24以及電網27。該旋轉件21可為大型發電設備或電機牽引設備(如大功率併網型風力機)之傳動鏈，具有可帶動該旋轉件21之傳動機構，且該傳動機構係以無拘束方式支撐。舉例而言，該旋轉件21係風力機葉輪，由複數支葉片21a所構成，其傳動機構係轉動軸21b。
在此須特別提出說明的是，該三相永磁式同步發電機22可操作於將機械能轉換產生電能之發電機模式，亦可操作於將電力轉換成為機械能之電動機模式。
該三相永磁式同步發電機22包含三相定子繞組以及轉子。
該併網型電力轉換器23包含電機側轉換器25、電網側轉換器26及直流鏈(如第3A圖中之33c)，該電機側轉換器25係交流/直流(AC/DC)的架構，而該電網側轉換器26則是直流/交流(DC/AC)的架構，直流鏈上之電容器裝置23c則是具有直流電壓儲存功能之電容器，用以建立直流鏈電壓。
該電機側轉換器25具有用以輸出或接收交流電流(壓)之電機側轉換器交流端251、用以輸出或接收直流電壓(流)之電機側轉換器直流端252以及電機側主動整流器253。該電網側轉換器26具有用以輸出或接收直流電壓(流)之電網側轉換器直流端261、用以輸出或接收交流電流(壓)之電網側轉換器交流端262以及電網側逆變器(inverter)263。該電機側轉換器交流端251係耦接至該三 相永磁式同步發電機22的三相定子繞組，定子繞組之電流分別為i u、i v及i w，而其電機側轉換器直流端252及電網側轉換器直流端261係耦接至同一個直流鏈(如第3A圖中之33c)。該電機側主動整流器253係由該控制電路24控制。該電網側轉換器交流端262係連接至該電網27以輸出交流電功至該電網27或者接收來自該電網27之交流電功，而該電網側逆變器263係由該控制電路24控制。
在此須特別提出說明的是，該電機側主動整流器253在習知發電設備中主要係提供將交流電轉換成為直流電的電能轉換功能，然而，該電機側主動整流器253亦可提供將直流電轉換成為交流電的電能轉換功能，也就是說，該電機側主動整流器253可依需求提供如同逆變器之功能(亦即將直流電轉換成為交流電)。
舉例而言，於本發明之實施例中，該電機側主動整流器253可藉由該電機側轉換器直流端252連接至直流鏈以輸入直流電壓，而於該電機側轉換器交流端251輸出交流電壓。
該控制單元24具有電機側控制單元24a及電網側控制單元24b，前者係用以控制該電機側主動整流器253，而後者係用以控制該電網側逆變器263。因此，該控制單元24可透過該電機側主動整流器253和該電網側逆變器263，以控制該併網型電力轉換器23的輸出入電流，且該控制單元24可控制該電機側轉換器25輸出至該三相永磁式同步發電機22的電流，此外，該控制單元24也可透過 該電機側轉換器25感測該電機側轉換器25所接收到的三相電流值，或者透過該電機側轉換器25感測三相定子繞組之端點電壓值。
參照第3A圖，顯示本發明之扭轉共振頻率測量裝置300對三相永磁式同步發電機32之轉子定向原理之示意圖。如圖所示，首先建立直流鏈電壓Vdc。為執行此測量工作而建立直流鏈電壓Vdc的作法有多種可能，如：將電網側轉換器26連接至電網27，並使用該電網側轉換器26供應直流鏈電壓Vdc；將外部直流電源供應器連接至該直流鏈33c，並以此直流電源供應器來建立直流鏈電壓Vdc；使用經充電之電池組供應直流鏈電壓Vdc。
接著，該電機側轉換器33藉由電機側主動整流器33d驅動三相電力電子器件(包括例如IGBT等)輸出滿足i u=Idc,，i v=-0.5．Idc，i w=-0.5．Idc的定向用之電流，並持續一段特定時間，使該三相永磁式同步發電機32之轉子完成對齊定向之動作，其中Idc可依據三相永磁同步發電機的規格進行調整。上述之定向用之電流可於該三相永磁式同步發電機32之三相定子繞組上產生磁場ψs，如第3B圖所示。
參照第3B圖，顯示第3A圖中三相永磁式同步發電機32之轉子與定子繞組之磁場方向示意圖。如上所述，該電機側轉換器33分別對該三相永磁式同步發電機32之三相定子繞組輸出滿足i u=Idc,，i v=-0.5．Idc，i w=-0.5．Idc之定向用之電流，使三相定子繞組形成磁場Ψ s而帶動該轉子旋轉。於本實施例中，在定向用之電流持續一段特定時間並 達到穩態之後，該三相永磁式同步發電機32的轉子磁石會受此定子磁場Ψ s之影響而旋轉至與d軸對齊之位置。如圖所式，u相定子繞組對應之徑向方位為d軸(直軸；direct axis)，超前d軸90°電氣角所對應之徑向方位為q軸(交軸；quadrature axis)。
在使該三相永磁式同步發電機32之轉子對齊d軸之後，該電機側轉換器33分別將u相端子、v相端子及w相端子之電流歸零，使得i u=0，i v=0，i w=0。之後，透過電機側轉換器33輸入脈衝電流以激振該三相永磁式同步發電機32之轉子。
參照第4A圖係本發明之扭轉共振頻率測量裝置300激振三相永磁式同步發電機32之轉子之示意圖。如圖所示，該電機側轉換器33藉由電機側主動整流器33d驅動三相電力電子器件以透過u相端子、v相端子及w相端子分別對該三相永磁式同步發電機32之三相定子繞組輸出滿足i u=Idc,，i v=-0.5．Idc，i w=0之直流脈衝電流(pulse current)，亦即w相的上下臂電力電子器件則保持關斷狀態。上述直流脈衝電流之脈衝持續時間小於三相永磁式同步發電機32之機械時間常數(τm)之5%。此直流脈衝電流將產生一脈衝轉矩，如同習知技術中使用敲擊鎚所產生之激振效果。也就是說，上述直流脈衝電流可於該三相永磁式同步發電機32之三相定子繞組上產生脈衝磁場ψs`，如第4B圖所示。
參照第4B圖，顯示第4A圖中三相永磁式同步發電機 32之轉子與定子繞組之磁場方向示意圖。如上所述，該電機側轉換器33分別對該三相永磁式同步發電機32之三相定子繞組輸出直流脈衝電流，使三相定子繞組形成之脈衝磁場ψs`產生一脈衝轉矩，在脈衝持續時間內，該三相永磁式同步發電機32的轉子磁石會受此脈衝磁場ψs`之影響以及傳動軸之動態特性而扭轉晃動，該本案之脈衝轉矩可等效於如第1圖所述之敲擊鎚3所產生之脈衝扭矩，故亦可經加速規測量到共振頻率。
於此實施例中，該三相永磁式同步發電機32預設之轉矩常數為K T．．(Nm/Apeak)，且由於直流脈衝電流之脈衝時間甚短，且該三相永磁式同步發電機32的轉子被激振產生之角位移量極小，故ψs`與轉子磁石夾角可假設固定於120°電氣角，而三相電流之等效幅值為，因此脈衝轉矩(Tpulse)之幅值為：
由於直流脈衝電流僅流經u相及v相定子繞組，而w相繞組並無電流流過，因此利用w相定子繞組做為一探察線圈(search coil)，以測量轉子經激振於w相定子繞組上所產生之反電動勢e W(t)，此反電動勢係表示如下：
其中，N re 為定子繞組等效匝數，為轉子磁石產生之氣隙磁通，而λ PM_W 為w相定子繞組之轉子磁通鏈，ω(t)為轉子瞬間轉速。
參照第5圖，係本發明之扭轉共振頻率測量裝置測量三相永磁式同步發電機32`所產生之反電動勢e W(t)之示意圖。在扭轉共振頻率測量裝置300激振三相永磁式同步發電機32`轉子之期間，可透過該電機側轉換器33擷取w相定子繞組上所產生之反電動勢。在此須提出說明的是，該電機側轉換器33耦接至三相永磁式同步發電機32`之u相、v相及w相定子繞組，可提供三相脈衝寬度調變轉換以及具有電流閉迴路控制功能，並可量取三相永磁式同步發電機32`之三相定子繞組之端電壓(如e UT、e VT及e WT)。e UT、e VT及e WT分別為該電機側轉換器33與三相永磁式同步發電機32`之三相定子繞組耦接處相對於直流鏈負端的端點電壓。三相定子繞組中性點之電壓e n 可表示為，由於i W=0，w相定子繞組上不會產生由電流所導致之電壓降，因此w相反電動勢可由量取到之e UT、e VT、e WT直接推導出，如下式所示。
由於u相或v相定子繞組之脈衝電流係由如第2圖所示之該控制單元24(並未顯示於本圖中)所控制，可用以控制定向用之電流及脈衝電流，並將經過取樣所讀取到的u相(或v相)脈衝電流i u及w相定子繞組反電動勢e W(t)的時間序列數據(time-series data)加以彙整，並進行頻域分析。由於u相脈衝電流i u與施加於轉子之脈衝轉矩成正比，且w相定子繞組之反電動勢e W(t)正比於轉子之轉速響應，因此透過控制單元以例如快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)之運算所得到的頻譜圖上，即可找出此傳動軸系之扭轉共振頻率。亦即，利用快速傅力葉轉換根據u相(或v相)脈衝電流i u及該w相定子繞組上產生之反電動勢e W(t)可得到該旋轉件21之扭轉共振頻率。
參照第6A-6B圖，係本發明之扭轉共振頻率量測裝置量測旋轉件之扭轉共振頻率之結果。如第6A圖所示，其顯示u相端子所輸出之直流脈衝電流i u(t)與w相定子繞組反電動勢e W(t)的時間序列數據。第6B圖所示，係顯示如第6A圖所示之時間序列數據進行頻域分析(如快速傅利葉轉換)所得到之結果，並且由頻譜圖之峰值得到旋轉件之扭轉共振頻率係例如84.0Hz。
參照第7圖，係本發明之扭轉共振頻率測量方法700之流程圖。首先，於步驟S701中，於電機側轉換器之直流鏈輸入端建立直流鏈電壓，將直流鏈電壓透過該電機側轉 換器之直流鏈輸入端輸入至該電機側轉換器，接著進入步驟S702。
於步驟S702中，控制該u相、v相及w相定子繞組之電流，使得該轉子之磁石旋轉至平行於該u相定子繞組、該v相定子繞組及該w相定子繞組三者之其中一個的徑向方位，例如令該電機側轉換器輸出i u=Idc，i v=i w=-0.5 Idc的定向用之電流且脈衝持續時間為Tdc≧10 τm，使三相永磁式同步發電機之轉子磁石對齊並定向至d軸，亦即該u相定子繞組的徑向方位，接著進入步驟S703。
於步驟S703中，將該電機側轉換器之u相端子、v相端子及w相端子上的定向用之電流歸零，亦即該電機側轉換器進入電流閉迴路控制模式，輸出i u=i v=i w=0，接著進入步驟S704。
於步驟S704中，透過該u相端子輸出直流脈衝電流予該u相定子繞組，同時透過該v相端子輸出直流脈衝電流予該v相定子繞組，亦即該電機側轉換器輸出輸出i u=Idc，i v=-Idc，i w=0，且脈衝持續時間為Tp≦0.05 τm，以提供脈衝轉矩予該轉子，接著進入步驟S705。
於步驟S705中，擷取該u相定子繞組、該v相定子繞組及該w相定子繞組之端電壓，亦即持續以固定取樣週期(Ts≦50μs)量取e UT、e VT、e WT，並計算w相定子繞組反電動勢e W(t)，直到e W(t)衰減至零，接著進入步驟S706。
最後，於步驟S706中，對所取樣的u相(或v相)脈衝電流i u及w相定子繞組反電動勢e W(t)的時間序列數據進 行頻域分析，並且由頻譜圖之峰值得到旋轉件之扭轉共振頻率，結束流程。
綜上所述，本發明之扭轉共振頻率測量裝置及方法，採用既有之硬體架構，相較於習知技術更具成本優勢，一方面可以提高電力轉換器的性價比，另一方面，透過電力轉換器以遠端測量的方式記錄風力機之扭轉共振頻率，可作為日後進行風力機之系統維護作業的分析或預診之用，除了能免除維修人員必須親自前往風力機進行測量的成本，也大大地提高了維修上的方便性及時效性。
上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧信號分析儀
2‧‧‧加速規
200‧‧‧風力發電機
21‧‧‧旋轉件
21a‧‧‧葉片
21b‧‧‧轉動軸
22、32、32`‧‧‧三相永磁式同步發電機
23‧‧‧併網型電力轉換器
23c‧‧‧電容器裝置
24‧‧‧控制單元
24a‧‧‧電機側控制單元
24b‧‧‧電網側控制單元
25、33‧‧‧電機側轉換器
251‧‧‧電機側轉換器交流端
252‧‧‧電機側轉換器直流端
253‧‧‧電機側主動整流器
26‧‧‧電網側轉換器
261‧‧‧電網側轉換器直流端
262‧‧‧電網側轉換器交流端
263‧‧‧電網側逆變器
27‧‧‧電網
3‧‧‧敲擊鎚
300‧‧‧扭轉共振頻率測量裝置
33c‧‧‧直流鏈
33d‧‧‧電機側主動整流器
4‧‧‧永磁式同步發電機
5‧‧‧傳動軸
700‧‧‧扭轉共振頻率測量方法
S701-S706‧‧‧步驟
第1圖係習知技術用以測量扭轉共振頻率之衝擊激振方法之示意圖；第2圖係顯示由三相永磁式同步發電機與併網型電力轉換器所構成之風力發電機之示意圖；第3A圖係本發明之扭轉共振頻率測量裝置將三相永磁式同步發電機的轉子定向之示意圖；第3B圖係第3A圖中三相永磁式同步發電機轉子與定子繞組之磁場方向示意圖；第4A圖係本發明之扭轉共振頻率測量裝置激振三相 永磁式同步發電機的轉子之示意圖；第4B圖係第4A圖中三相永磁式同步發電機轉子與定子繞組之磁場方向示意圖；第5圖係本發明之扭轉共振頻率測量裝置測量三相永磁式同步發電機所產生之反電動勢之示意圖；第6A圖係顯示本發明之扭轉共振頻率測量裝置之u相端子所輸出之直流脈衝電流與w相定子繞組反電動勢的時間序列數據；第6B圖係顯示如第6A圖所示之時間序列數據進行頻域分析所得到之結果；以及第7圖係本發明之扭轉共振頻率測量方法之流程圖。
700‧‧‧方法
S701-S706‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種扭轉共振頻率測量裝置，其包括：三相永磁式同步發電機；以及電機側轉換器，係與該三相永磁式永磁式同步發電機之三相定子繞組相連接，其中，該電機側轉換器具有控制單元，該控制單元先將可使該三相永磁式同步發電機之轉子定向(orientation)用之電流輸入至該三相定子繞組以帶動該轉子轉至預定方位，再透過將脈衝電流輸入該三相定子繞組之第一相定子繞組及第二相定子繞組以激振該轉子，並藉由該三相定子繞組之第三相定子繞組擷取該轉子之激振所產生之反電動勢，使該控制單元依據該反電動勢之頻譜波形計算具有旋轉件之動力設備的扭轉共振頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該旋轉件與該三相永磁式同步發電機係以無拘束(free-free)方式支撐。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該旋轉件係風力機葉輪及傳動鏈之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該電機側轉換器具有對三相定子繞組之電流閉迴路控制功能。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，復包括一直流鏈電路模組，係耦接於該電機側轉換器，用以提供該電機側轉換器之正常運作所需之直流電 壓準位。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該直流鏈電路模組之另一端耦接電網側轉換器，以使該三相永磁式同步發電機所產生之電功透過該電網側轉換器饋送至電網。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該具有旋轉件之動力設備係風力機。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該控制單元將所取得之該反電動勢以快速傅利葉轉換(FFT)進行分析而取得具有旋轉件之該動力設備的扭轉共振頻率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該電機側轉換器具有第一相端子、第二相端子及第三相電流端子，以透過該第一相端子擷取該第一相定子繞組之端電壓、透過該第二相端子擷取該第二相定子繞組之端電壓、以及透過該第三相電流端子擷取該三相永磁式同步發電機之第三相定子繞組之端電壓，藉此得到因激振該轉子而於該第三相定子繞組上產生之反電動勢。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該控制單元具有電機側控制單元及電網側控制單元。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該電機側控制單元係用以控制該電機側主動 整流器，該電網側控制單元係用以控制該電網側逆變器。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該電機側轉換器對該三相永磁同步發電機之三相定子繞組輸出直流脈衝電流，使得該三相定子繞組之第一、第二、第三相定子繞組形成之脈衝磁場產生一脈衝轉矩。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，快速傅力葉轉換係根據第一相(或第二相)脈衝電流及該第三相定子繞組上產生之反電動勢，可得到該旋轉件之扭轉共振頻率。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之扭轉共振頻率測量裝置，其中，該第三相定子繞組並無電流流過，因此利用該第三相定子繞組做為一探察線圈，以測量轉子經激振於該第三相定子繞組上所產生之反電動勢。
  15. 一種扭轉共振頻率測量方法，係應用於具有旋轉件之動力設備，並藉由電機側轉換器與三相永磁式同步發電機之轉子的交互作用而取得該動力設備之扭轉共振頻率，該扭轉共振頻率測量方法包括：(1)建立該電機側轉換器所需之直流鏈電壓；(2)令該電機側轉換器將定向用之電流輸入該三相永磁式同步發電機以帶動該轉子轉至預定方位；(3)令該電機側轉換器將脈衝電流輸入該三相永磁式同步發電機以激振該轉子；以及 (4)擷取該三相永磁式同步發電機之轉子因激振所產生的反電動勢，再依據該反電動勢之頻譜波形計算該動力設備之扭轉共振頻率。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之扭轉共振頻率測量方法，其中，步驟(1)之直流鏈電壓可透過電網、直流電源供應器或電池模組來建立及供電。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之扭轉共振頻率測量方法，其中，步驟(2)復包括：(2-1)透過該電機側轉換器將定向用之電流輸入至該三相永磁式同步發電機第三相定子繞組；以及(2-2)藉由該定向用之電流產生之磁場使該轉子旋轉至平行於該三相定子繞組之第一相定子繞組、第二相定子繞組及第三相定子繞組三者之其中一者的徑向方位。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之扭轉共振頻率測量方法，其中，步驟(3)復包括：(3-1)令該電機側轉換器將所輸出之該定向用之電流歸零；(3-2)令該電機側轉換器將該脈衝電流輸入該三相永磁式同步發電機；以及(3-3)透過該脈衝電流而施加一預定角度之脈衝磁場，藉以產生脈衝轉矩而激振該轉子。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之扭轉共振頻率測量方法，其中，步驟(4)復包括： (4-1)計算該轉子因激振所產生之脈衝轉矩；(4-2)計算該轉子因激振所產生之該反電動勢，並對該反電動勢進行快速傅利葉轉換(FFT)以取得頻譜資訊；(4-3)分析該脈衝轉矩及該頻譜資訊以取得該扭轉共振頻率。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之扭轉共振頻率測量方法，其中，步驟(4-2)係根據擷取自該三相永磁式同步發電機之第一相定子繞組、第二相定子繞組及第三相定子繞組之端電壓而計算出該轉子因激振所產生之該反電動勢。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5680526B2 (ja) * 2011-12-28 2015-03-04 三菱重工業株式会社 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法
CN103048619A (zh) * 2012-12-16 2013-04-17 华南理工大学 一种风力发电机组故障特征在线提取装置及提取方法
CN109632081B (zh) * 2018-11-23 2020-11-17 积成电子股份有限公司 风力发电机组振动特征提取与差异性判别的方法
CN109580240B (zh) * 2018-12-26 2020-09-18 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 一种汽车发动机扭转振动测试装置
CN109870609B (zh) * 2019-03-01 2021-03-23 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 一种双馈风电机组间谐波检测方法、装置、设备及介质
CN110793615B (zh) * 2019-11-04 2021-09-14 许继集团有限公司 风机振动状态检测方法、装置及配合端等效激励确定方法
EP3840210B1 (en) 2019-12-20 2023-02-15 Schneider Toshiba Inverter Europe SAS Methods and devices for determining a resonance frequency of a mechanical system
CN116026606B (zh) * 2022-12-13 2023-08-25 深圳技术大学 一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5392656A (en) * 1993-09-14 1995-02-28 Lew; Hyok S. Nonvibrating conduit inertia force flowmeter
US7317998B2 (en) * 2004-03-31 2008-01-08 Alstom Technology Ltd Method for the calculation and the assessment of the frequency spectrum of a matrix converter
US20080106224A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Zhenxing Fu Sensorless Position Detection for a Brushless Direct Current Motor During Inverter Standby
US20080245159A1 (en) * 2007-01-06 2008-10-09 Garshelis Ivan J Devices and methods for detecting rates of change of torque
WO2008137836A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-13 The University Of Alabama Converter control of variable-speed wind turbines

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2734396C3 (de) * 1977-07-29 1980-01-17 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Verfahren zur Überwachung von Torsionsschwingungen an Wellen von Turbosätzen und ein Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens
US4751437A (en) * 1986-03-26 1988-06-14 Varian Associates, Inc. Wide bandwidth linear motor system
US4843292A (en) * 1987-03-02 1989-06-27 Yokogawa Electric Corporation Direct drive motor system
US4793186A (en) * 1987-10-21 1988-12-27 Westinghouse Electric Corp. Monitoring of exciter shaft torsional vibrations
US5254918A (en) * 1990-06-08 1993-10-19 Victor Company Of Japan, Ltd. Detection of position of rotor in brushless dc motor
CA2129761A1 (en) * 1993-08-11 1995-02-12 David G. Taylor Self-tuning tracking controller for permanent-magnet synchronous motors
US5495158A (en) * 1994-09-30 1996-02-27 Allen-Bradley Company, Inc. Apparatus and method used with AC motors for controlling motor operation
US5689169A (en) * 1995-03-10 1997-11-18 Allen-Bradley Company, Inc. Transient inductance identifier for motor control
DE69823494T2 (de) * 1997-02-05 2005-04-14 Fisher + Paykel Appliances Ltd., East Tamaki Regelung eines bürstenlosen gleichstrommotors
JP3852152B2 (ja) * 1997-03-14 2006-11-29 ヤンマー株式会社 捩り振動測定装置
JP3944955B2 (ja) * 1997-07-02 2007-07-18 株式会社安川電機 誘導電動機の誘導起電力推定方法、速度推定方法、軸ずれ補正方法及び誘導電動機制御装置
US5965995A (en) * 1997-09-18 1999-10-12 Allen-Bradley Company, Llc Transient inductance tuner for motor control
US5811949A (en) * 1997-09-25 1998-09-22 Allen Bradley Company, Llc Turn-on delay compensator for motor control
US5955674A (en) 1997-10-31 1999-09-21 Eaton Corporation Driveline vibration system diagnostics
US5929400A (en) * 1997-12-22 1999-07-27 Otis Elevator Company Self commissioning controller for field-oriented elevator motor/drive system
US6414455B1 (en) * 2000-04-03 2002-07-02 Alvin J. Watson System and method for variable drive pump control
US6316904B1 (en) * 2000-06-27 2001-11-13 Ford Global Technologies, Inc. Speed and rotor time constant estimation for torque control of an induction motor
US6622099B2 (en) * 2000-08-14 2003-09-16 Kollmorgen Corporation Frequency domain auto-tune for an internal motor controller
US6498417B2 (en) * 2000-12-18 2002-12-24 Siemens Westinghouse Power Corporation Power generation system including an apparatus for low tuning a generator stator core upon attachment to a frame support and associated methods
JP3941615B2 (ja) 2002-07-19 2007-07-04 株式会社日立製作所 インターナルポンプの軸ねじり振動測定装置
US6798082B1 (en) * 2003-09-29 2004-09-28 Chen Chin-Yih Turbine wind energy generator structure for the same
US7213461B2 (en) * 2004-03-05 2007-05-08 Siemens Power Generation, Inc. Torsional shaker apparatus for inspecting rotatable power generation machinery
FR2896104B1 (fr) * 2006-01-11 2009-01-30 Valeo Equip Electr Moteur Procede de determination de la position d'un rotor d'une machine synchrone muni d'au moins un enroulement d'excitation
JP2008082879A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 Toshiba Corp ねじり振動測定装置及びその方法
US20090001831A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Cho Chahee P Axial Field Electric Motor and Method
EP2073375A1 (en) 2007-12-20 2009-06-24 General Electric Company Apparatus for avoiding torque components at critical frequencies in machine drive systems
JP2010136523A (ja) * 2008-12-04 2010-06-17 Toyota Central R&D Labs Inc 回転電機の駆動制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5392656A (en) * 1993-09-14 1995-02-28 Lew; Hyok S. Nonvibrating conduit inertia force flowmeter
US7317998B2 (en) * 2004-03-31 2008-01-08 Alstom Technology Ltd Method for the calculation and the assessment of the frequency spectrum of a matrix converter
US20080106224A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Zhenxing Fu Sensorless Position Detection for a Brushless Direct Current Motor During Inverter Standby
US20080245159A1 (en) * 2007-01-06 2008-10-09 Garshelis Ivan J Devices and methods for detecting rates of change of torque
WO2008137836A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-13 The University Of Alabama Converter control of variable-speed wind turbines

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