本发明专利技术是关于一种风力机传动系统扭振测量方法及装置，该方法包括：同步采集传动链主轴前端转速和发电机末端转速的脉冲信号，并进行A/D转换；计算传动链轴系等效转速差；对等效转速差序列信号做快速傅里叶变换，得到该信号的频域信号；对频域信号进行滤波；通过傅里叶微分、积分反变换求得扭转角加速度和扭转角度。该装置包括分别安装在主轴前端和发电机末端的两个旋转编码器，以及与两个旋转编码器连接的信号处理装置。本发明专利技术无需单独的信号采集单元，结构简单，体积小，性能稳定，可靠，使用寿命长，可以有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电
，特别是涉及一种风力机传动系统扭振测量方法及>J-U ρ α装直。
技术介绍
轴系的扭转振动是一种重要的振动形式，扭振的长期作用会对轴及轴上的零件产生危害，甚至造成突发事故。风力发电机的转速是不断变化的，因此传动链轴系负载的扭矩也在不断变化。对风力机扭振测量时，需要适应时刻变化的转速和扭矩。风力机的扭振测 量方法比其他旋转机械的扭振测量方法更加复杂。目前的扭振测量技术多是针对恒定速工况设计的，如应变片法，该法不能应用于风力发电机。针对变转速工况的方法有相位差法和频率计数法，但它们都需要在轴系两端安装齿盘或编码器以及相应的传感器，激光测振法和CCD法虽能实现动态扭振测量，但成本高且对工作环境要求严格。上述测量方法因其存在上述缺陷，不适用于风力发电机。因此如何创设一种既可以实现动态扭振测量，有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度及加速度，又可降低成本满足风力发电机传动系统扭振测量的方法及装置，成为目前业界急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种风力发电机传动系统扭振测量方法，使其利用基于阀值滤波修正的频域微分、积分算法，有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度以及轴系扭转加速度，实现动态扭振测量信息的提取，解决目前无法准确测量动态扭振及降低成本的问题。为解决上述技术问题，本专利技术一种风力机传动系统扭振测量方法，包括以下步骤Α、同步采集传动链主轴前端转速和发电机末端转速的脉冲信号，并进行A/D转换；B、根据以下公式计算传动链轴系等效转速差，0 = I _ ω丄其中冶为传动链轴系等效转速差，O1为传动链主轴前端转速，ω2为发电机末端的转速，N为变速箱的传动比；C、对等效转速差#的序列信号做傅里叶变换，得到该信号的频域信号；D、对频域信号进行滤波；Ε、通过对滤波后的频域信号进行傅里叶微分、积分反变换，分别求得扭转角加速度和扭转角度。作为进一步改进，步骤D是将在频谱图中幅值小于噪音可能最大幅值的频率成分，以及啮合频率的频率成分置零。所述的噪音可能最大幅值为:A =^lFn，其中，Pn为噪声信号的功率。此外，本专利技术还提供了一种风力机传动系统扭振测量装置，使其利用风机本身的转速传感器作为测量单元，结构简单，适用于风力机转速变化大的特点，可以有效剔除噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度及轴系扭转加速度，实现动态扭振测量信息的提取，克服了现有技术的不足。为解决上述技术问题，本专利技术一种风力机传动系统扭振测量装置，包括分别安装在主轴前端和发电机末端的两个旋转编码器，以及与两个旋转编码器连接的信号处理装置。作为进一步改进，所述的安装在主轴前端的旋转编码器采用绝对式旋转编码器，安装在发电机末端的旋转编码器采用增量式旋转编码器。所述的安装在主轴前端的旋转编码器采用金属码盘，安装在发电机末端的旋转编码器采用玻璃码盘。所述的信号处理装置包括单片机信号处理单元、存储单元和信号发送单元。所述信号发送单元与风力机主控系统或计算机相连接。所述的旋转编码器外均装有防护罩。采用以上设计后，本专利技术与现有技术相比至少具有以下优点I、无需单独的信号采集单元，利用风机本身的转速传感器作为测量单元，结构简单。风力机自身的转速传感器是编码器。旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。2、利用前后两个转速传感器等效转速差计算扭转振动情况，适用于风力机转速变化大的特点。传统的扭振测量装置对轴系转速的采样间隔较大，适用于转速变化区间小、转速相对稳定的系统。而利用测量传动链输入输出端等效转速差进而计算得到扭转角度和加速度的方法，不直接与转速相关，对风力机转速波动不敏感。3、基于阀值滤波修正的频域微分、积分算法计算轴系扭转加速度和扭转角度。振动信号的积分方法主要分为硬件积分电路和软件积分算法。许多仪器、仪表都使用了硬件积分电路，但该方法在实际使用中，会使积分后的信号幅值和相位会变化，波形甚至会畸变，导致精度下降。常用的软件积分方法为数值积分法和频域法。但由于噪声和干扰信号的影响，数值积分法的积分结果往往存在摆动趋势。本专利技术提出了基于阀值滤波修正的频域微分、积分算法，可以有效过滤噪声和干扰信号，得到准确的轴系扭转角度。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图I是本专利技术风力机传动系统扭振测试装置的组成示意图。图2是本专利技术风力机传动系统主轴前端转速信号图。图3是本专利技术风力机传动系统发电机末端转速信号图。图4是本专利技术风力机传动系统轴系等效转速差信号图。图5是本专利技术测量并计算得到的轴系等效转速差信号频域滤波前后的频谱图。图6是本专利技术经过傅里叶反变换得到的传动系统扭转加速度曲线。图7是本专利技术经过傅里叶反变换得到的传动系统扭转角度曲线。具体实施例方式请参阅图I所示，风力发电机的传动链由风轮轮毂、主轴、变速箱、高速轴、发电机组成，其中轮毂刚性很强，可以忽略其扭转振动，故对风力机传动链的扭振测量主要是针对主轴到发电机末端之间的部分。 本专利技术风力机传动系统扭振测量装置，即包括分别安装在主轴前端和发电机末端的两个旋转编码器(也可使用风力机固有的转速传感器)，以及与两个旋转编码器连接的信号处理装置。较佳的，安装在主轴前端的旋转编码器采用绝对式旋转编码器，安装在发电机末端的旋转编码器采用玻璃码盘的增量式旋转编码器，以满足精度需求。绝对式编码器光码盘环绕在主轴外圈上，有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排。这样，在主轴的每一个位置，η位绝对编码器通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的η-i次方的唯一的2进制编码(格雷码)。这样的编码器是由主轴的机械位置决定的，它不受停电及其它干扰的影响。增量式旋转编码器安装在发电机后端，有一个带轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，由光电发射和接收器件读取，获得A、B、C、D四组正弦波信号，每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上,可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前，以判别发电机的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。旋转编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料等。主轴前端的编码器转速低，主轴直径大，使用金属码盘可以满足要求。发电机后端的编码器工作温度高，转速变化范围大，选用玻璃码盘，其热稳定性好，精度高。并可在旋转编码器外装有防护罩，避免异物遮挡光电感应装置，造成失效。采用风力机固有的转速传感器时，传感器采集的编码器的脉冲信号，经过信号处理后变为离散的数字信号。对转速信号的计算分析要通过高速的信号处理器软件实现。在分析过程中，还要将干扰信号滤除，还原被测信号的真实性。主轴前端转速传感器可利用风机上已有的光电传感器，将其输出信号从风机控制柜中引出，也可为提高精度额外安本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风力机传动系统扭振测量方法，其特征在于包括以下步骤：A、同步采集传动链主轴前端转速和发电机末端转速的脉冲信号，并进行A/D转换；B、根据以下公式计算传动链轴系等效转速差，θ·=ω2N-ω1,其中，为传动链轴系等效转速差，ω1为传动链主轴前端转速，ω2为发电机末端的转速，N为变速箱的传动比；C、对等效转速差的序列信号做傅里叶变换，得到该信号的频域信号；D、对频域信号进行滤波；E、通过对滤波后的频域信号进行傅里叶微分、积分反变换，分别求得扭转角加速度和扭转角度。FDA00002056024300012.jpg,FDA00002056024300013.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董礼，于迟，杨怀宇，程庆阳，苏宝定，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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