一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置及方法

文档序号:1830011 发布日期:2021-11-12 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置及方法 (Rotating speed detection device and method for low-speed side of wind driven generator ) 是由 刘鹏 薛涛 魏东 于 2021-08-04 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置及方法,所述风力发电机包括低速侧和高速侧,所述低速侧包括叶片和主轴,所述高速侧包括联轴器和发电机,所述主轴与联轴器之间通过齿轮箱连接,所述转速检测装置包括固定在主轴上的外齿圈、与外齿圈连接的增速机以及与增速机输出端连接的编码器。本发明在传动链(包括主轴、齿轮箱和联轴器)出问题时,可以及时报出高低速转速差不匹配的故障,而且该检测装置的精度高,风力发电机的高低速转速差异可以同步检出,微小滑移也可以同步检出。(The invention relates to a rotating speed detection device and a method for a low-speed side of a wind driven generator, wherein the wind driven generator comprises a low-speed side and a high-speed side, the low-speed side comprises blades and a main shaft, the high-speed side comprises a coupler and a generator, the main shaft is connected with the coupler through a gear box, the rotating speed detection device comprises an outer gear ring fixed on the main shaft, a speed increaser connected with the outer gear ring and an encoder connected with the output end of the speed increaser. When the transmission chain (comprising the main shaft, the gear box and the coupling) goes wrong, the invention can report the fault of unmatched high-low speed rotation speed difference in time, and the detection device has high precision, and the high-low speed rotation speed difference and the micro-slip of the wind driven generator can be synchronously detected.)

一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域,具体涉及一种用于风力发电机低速侧的高精度的转速检测装置及方法。

背景技术

风能是一种清洁无公害的可再生能源能源,很早就被人们利用,主要是通过风车来抽水、磨面等,随着石油能源的枯竭,风能成为人类探寻的新能源之一,其中一个方法就是风力发电。把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。为了确保风力发电机产生的电能能够并入电网,不仅需要监控风力发电机高速侧(即发电机侧)的转速,还要监控其低速侧(即叶片)的转速。

目前,行业内绝大多数均使用接近开关测量涨环螺栓来实现低速侧转速检测。该方法缺陷主要有如下几点:1、主轴出现问题后的低速侧转速无法检测;2、受制于涨环螺栓数量限制,转速精度一般在9°以下、3,低速侧转速精度不足,导致联轴器的部分微小滑移无法检出。

因此,本领域急需一种可靠性更高的用于风力发电机低速侧的转速检测装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置及方法。

为了实现本发明之目的,本申请提供以下技术方案。

在第一方面中,本申请提供一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置,所述风力发电机包括低速侧和高速侧,所述低速侧包括叶片和主轴,所述高速侧包括联轴器和发电机,所述主轴与联轴器之间通过齿轮箱连接,所述转速检测装置包括固定在主轴上的外齿圈、与外齿圈连接的增速机以及与增速机输出端连接的编码器。

在第一方面的一种实施方式中,所述编码器为光栅式旋转编码器。

在第一方面的一种实施方式中,所述光栅式旋转编码器上的光栅刻线数量为1024、2048、3072或4096。

在第一方面的一种实施方式中,所述增速器输入端及输出端的转速比与所述齿轮箱输入端及输出端的转速比相同。

在第一方面的一种实施方式中,所述增速器输入端及输出端的转速比为40~200。

在第二方面,本申请还提供一种利用如上所述转速检测装置进行的转速检测方法,所述方法包括如下步骤:

(1)在所述主轴上固定外齿圈;

(2)安装增速器和编码器,使得增速机的输入端与外齿圈啮合,增速机的输出端与编码器连接;

(3)通过编码器读取主轴的转速,并与高速侧转速进行比较,判断风力发电机的运行状况。

在第二方面的一种实施方式中,所述外齿圈与主轴同轴布置且同步转动。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

(1)主轴出问题时,可以及时报出高低速转速差不匹配的故障;

(2)在采用常见的2048线编码器时,转速测量精度可以达到360°/(2048*N),现行增速机常见变比N取170,则精度约为0.001°,精度提高在8700多倍;

(3)高低速转速差异可以同步检出,微小滑移也可以同步检出。

附图说明

图1示出了本发明的所应用于的风力发电机的示意图;

图2为本申请中风力发电机的结构示意图;

在附图中,100为风力发电机。101为塔架,102为机舱,103为轮毂,104为叶片,2为主轴,3为涨环螺栓,4为齿轮箱,5为联轴器,6为发电机,7为外齿圈,8为增速机,9为编码器,10为刹车片。

具体实施方式

应当指出,各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出,而不一定是比例正确的。在各附图中,给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中,除非特别指出,“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外,“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系,而在一定情况下、如在颠倒产品方向后,也可以转换为“布置在…下或下方”,反之亦然。

在本发明中,各实施例仅仅旨在说明本发明的方案,而不应被理解为限制性的。

在本发明中,除非特别指出,量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出,在本发明的实施例中,为清楚、简单起见,可能示出了仅仅一部分部件或组件,但是本领域的普通技术人员能够理解,在本发明的教导下,可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外,除非另行说明,本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如,可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征,所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出,在本发明的范围内,“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等,而是允许一定的合理误差,也就是说,所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推,在本发明中,表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外,本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出,各方法步骤可以以不同顺序执行。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

传统的检测装置,是在涨环螺栓外侧设置接近开关,涨环螺栓用于连接主轴和齿轮箱,且涨环螺栓与主轴同步转动,一般的涨环螺栓有40齿,接近开关通过检测一段时间内通过的齿的数量,来确定涨环螺栓的转动速率,从而确定主轴的转速。但是,该方法受制于涨环螺栓数量限制,转速精度一般在9°以下,而且由于低速侧转速精度不足,导致联轴器的部分微小滑移无法检出。

在本申请中,一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置,所述风力发电机包括低速侧和高速侧,所述低速侧包括叶片和主轴,所述高速侧包括联轴器和发电机,所述主轴与联轴器之间通过齿轮箱连接,所述转速检测装置包括固定在主轴上的外齿圈、与外齿圈连接的增速机以及与增速机输出端连接的编码器。即在本申请中,在主轴轮毂侧额外增加外齿圈,其不参与功率传递,只用于转速检测。

在一种具体实施方式中,所述编码器为光栅式旋转编码器。

在一种具体实施方式中,所述光栅式旋转编码器上的光栅刻线数量为1024、2048、3072或4096。

在一种具体实施方式中,所述增速器输入端及输出端的转速比与所述齿轮箱输入端及输出端的转速比相同。

在一种具体实施方式中,所述增速器输入端及输出端的转速比为40~200。在采用常见的2048线编码器时,转速测量精度可以达到360°/(2048*N),现行增速机常见变比N取170,则精度约为0.001°,精度提高在8700多倍。增速机使用渐开线齿轮传动,渐开线齿轮传动具有角速度不变并且角度变化连续传递的优点,在高低速侧编码器经过相同变比的增速机增速后,可以保证转速检测严格同步,稍有差异便可检出,同理,传动链上的微小滑移也可以同步检出。

实施例

下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

图1示出了本发明的所应用于的风力发电机100的示意图。图1所示风力发电机100包括塔架101、可旋转地连接到塔架101并且支承轮毂103的机舱102。在轮毂103上布置有两个或更多个叶片104,其中叶片104在风力作用下带动布置在轮毂103中的转子(未示出)绕轴线(未示出)旋转,其中发电机的转子相对于定子的旋转将生成电能。

一种用于风力发电机低速侧的转速检测装置,其在风力发电机中的结构如图2所示,该风力发电机的轴向包括依次连接的轮毂103、主轴2、涨环螺栓3、齿轮箱4、联轴器5和发电机6,其中,联轴器5设有刹车片10。在主轴上固定有外齿圈7,外齿圈7与增速器8的输入端啮合,增速器8的输出端与编码器9连接。在本实施例中,编码器9采用2048线编码器,增速机8和齿轮箱4的传动比N为170。

风轮的叶片104转动带动轮毂103转动,从而驱动主轴2与外齿圈7同步转动,增速机8与齿轮箱4传动比保持一致,利用光栅式旋转编码器测量实际转速,当低速端出现问题,或与高速端转速不一致的情况发生时,通过控制及时预警,来提升风机对于异常情况的敏感度,精度约为0.001°,外齿圈7不参与功率传递。

本发明的齿轮箱4就是一个大型的增速机,但是主要用来传递功率,附加的增速机8主要用来检测转速,不参与传递功率,传递功率的部分,更容易损坏;损坏后,如果还是挂在传递功率的增速机后面检测转速,就会出问题,而本申请通过在主轴轮毂侧额外增加外齿圈,并啮合一个专用增速机8后,它本身不传递功率,只用于转速检测,不容易损坏;齿轮箱换掉了,对它也没有影响,可靠性很高。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述,但是本领域技术人员能够理解,这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围,并由此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

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