[发明专利]一种风力发电机轴承电流的测量装置及其应用

说明书

本发明公开一种风力发电机轴承电流的测量装置及其应用，包括发电机、PWM变流器、编码器、齿轮箱和示波器，发电机的定子与所述PWM变流器的机侧通过第一电缆连接，发电机的转子与齿轮箱通过联轴器连接，且转子两端安装有接地电刷，示波器一端与接地电刷连接，另一端接至发电机机壳并接地，编码器安装在发电机的非驱动端，且编码器与PWM变流器通过第二电缆连接，利用示波器得出轴电压U，然后根据公式计算得出轴承电流，本发明解决了现有技术无法准确、规范地对轴承电流进行计算和测量的技术问题。

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电机轴承电流的测量装置及其应用。

背景技术

发电机是风力发电机组的核心部件，其运行的可靠性直接影响机组的稳定性，根据对某MW机型的发电机故障统计，轴承故障为影响发电机运行的主要因素，其中轴承电蚀发生率较高。

轴电压产生的原因大体上可分为两类：电机自身因素和变流器因素。电机自身产生轴电压主要有三个方面：磁通不对称产生的轴电压、剩磁产生的轴电压(永磁电机)、静电荷产生的轴电压。变流器主要是由于共模电压而引起的轴电压。变频器的高频部分进入发电机以后，在发电机轴承、轴承绝缘的分布电容上进行充放电，从而引起轴电压和轴电流；另外，变频器正常工作时会产生共模电压和差模电压，从而感应到发电机转子上形成轴电压和轴电流。轴电流大部分经机壳、接地碳刷导入大地，但仍有部分电流在绝缘失效或者油膜击穿后会流经轴承，这部分轴承电流会对轴承造成损坏。轴承电蚀的发生主要是因为轴电压(轴承电流)超过了轴承油膜阈值电压时，不断在轴承的内圈、外圈、滚动体之间的油膜(约0.005mm)充放电，击穿油膜，形成火花放电，在轴承内圈的外表面和外圈的内表面可见明显的搓衣板纹，从而引起轴承早期失效。

由于轴承电流不可直接被测量所得，因此现有的标准没有对轴承电流的测量标准和方法规定，也没有计算方法。国家标准《GBT 1029-2005三相同步电机试验方法》对轴电压的测量有规定，被试电机在额定电压、额定转速下空载运行进行轴电压的测量。国家标准《GBT 23479.1-2009风力发电机组双馈异步发电机第1部分：技术条件》要求轴电压小于0.5V。《IEC60034-17Cage induction motors when fed from converters》仅指出轴电压(峰值)小于500mV时不需要任何保护以及大于500mV时需要增加保护设备。在《GLGuideline 2010》的8.2.7(2)规定，要求流过轴承的电流密度小于0.1A/mm2，但仍没有轴承电流的测量方法或者计算方法。

经检索，与本方案相关的技术有两个：1、CN200980127705-用于测量电机中的轴承电流的方法和设备；2、CN201080065139-具有能量转换器的轴承电流传感器装置。专利号CN200980127705提出了一种用于测量电机中的轴承电流的设备和方法，主要采用了由轴承附近安装天线检测放电时的射频信号，并将该信号传输至示波器，对采集的射频信号进行积分或计数，从而计算出轴承电流；专利号CN201080065139提出了一种安装在轴旁或轴上将机械能转化成为电能的传感器装置，并通过无线传输的方式传送至检测装置。以上两个发明都介绍了轴电流的检测和评估装置，与本发明最大区别在于不涉及轴承电流的详细计算方法。

发明内容

本发明的目的是一种风力发电机轴承电流的测量装置及其应用，解决了现有技术无法准确、规范地对轴承电流进行计算和测量的技术问题。

一种风力发电机轴承电流的测量装置，包括发电机、PWM变流器、编码器、齿轮箱和示波器，所述发电机的定子与所述PWM变流器的机侧通过第一电缆连接，所述发电机的转子与所述齿轮箱通过联轴器连接，且转子两端安装有接地电刷，所述示波器一端与所述接地电刷连接，另一端接至发电机机壳并接地，所述编码器安装在所述发电机的非驱动端，且编码器与所述PWM变流器通过第二电缆连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：