本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力評(píng)估方法及其測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

作為新能源的風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、安全等優(yōu)勢(shì)越來越受到世界各國(guó)的重視?，F(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大，風(fēng)輪直徑也越來越大。而其中采用電動(dòng)變槳距控制技術(shù)的風(fēng)電機(jī)組因其優(yōu)越的性能，在大型風(fēng)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。

變槳電機(jī)作為電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能是保障變槳系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、響應(yīng)特性及風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于風(fēng)況的復(fù)雜性和多變性，變槳電機(jī)需要有過載轉(zhuǎn)矩下頻繁啟動(dòng)的能力，變槳電機(jī)選型時(shí)電機(jī)性能評(píng)估可保障變槳?jiǎng)幼鞯目煽啃?、穩(wěn)定性和響應(yīng)特性，降低故障和運(yùn)維成本周期，提高機(jī)組的穩(wěn)定性和壽命。通用電動(dòng)機(jī)性能測(cè)定和評(píng)估通常是通過在額定參數(shù)下測(cè)試電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩特性，需要連接測(cè)功機(jī)(扭矩傳感器)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩特性測(cè)試，由于受電機(jī)與測(cè)功機(jī)安裝同軸度、測(cè)功機(jī)PID控制、繞組過電流發(fā)熱等因素影響，每次測(cè)試出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出特性都會(huì)發(fā)生一定的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的無(wú)法有效評(píng)估轉(zhuǎn)矩輸出能力的不足，本發(fā)明提供一種有效評(píng)估轉(zhuǎn)矩輸出能力的變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力評(píng)估方法及測(cè)試系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力評(píng)估方法，所述評(píng)估方法包括以下過程：

變槳電機(jī)在低頻低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行空載試驗(yàn)，根據(jù)所述的信息處理器采集到的電機(jī)端電壓和定子電流，繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的端電壓曲線，根據(jù)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路及方程和變槳電機(jī)的等效參數(shù)繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)曲線；

根據(jù)電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線的趨近程度評(píng)估電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，即電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線之間的壓差作為趨近程度的指標(biāo)，指標(biāo)越小表明轉(zhuǎn)矩輸出能力越好。

進(jìn)一步，根據(jù)變槳電機(jī)的等效電路圖，等效方程：

其中，U₁為變槳電機(jī)端電壓，E₁、E₂分別為定子端電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子端電動(dòng)勢(shì)，I₁、I₂、I_m分別為定子電流、轉(zhuǎn)子電流和漏磁電流，R₁、R’₂、Z_m分別為定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻和漏磁阻抗，X_1σ、X’_2σ分別為定子電感和轉(zhuǎn)子電感；

根據(jù)公式(1)可知，當(dāng)變槳電機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，

U₁≈E₁，I₁(R₁+jX_1σ)＜＜U₁

當(dāng)變槳電機(jī)在低頻低壓低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，

△U＝I₁(R₁+X_1σ)＝E_1—U₁

其中，△U為定子端電動(dòng)勢(shì)E₁和電壓U₁的壓差；

在變槳電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，需對(duì)繞組阻值修正到規(guī)定的溫度下，折算溫度對(duì)端電壓的影響系數(shù)K_T；那么，修正后的端電壓：U′₁＝K_T*U₁其中，U′₁為修正后的端電壓，K_T為溫度影響系數(shù)，U₁為實(shí)測(cè)端電壓。

一種變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng)包括伺服控制器、信息處理器和上位機(jī)；

所述的伺服控制器，用于根據(jù)所述的上位機(jī)指令控制變槳電機(jī)運(yùn)行；

所述的信息處理器包括數(shù)據(jù)采集單元，用于采集在低頻低轉(zhuǎn)速下空載時(shí)電機(jī)端電壓和定子電流；數(shù)據(jù)處理單元，用于繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的端電壓曲線，根據(jù)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路及方程和變槳電機(jī)的等效參數(shù)繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)曲線；

所述的上位機(jī)和所述的伺服控制器、所述的信息處理器相連，由所述的上位機(jī)寫入電機(jī)運(yùn)行指令和讀取電機(jī)運(yùn)行參數(shù)信息，所述上位機(jī)包括評(píng)估模塊，用于將電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線之間的壓差作為趨近程度的指標(biāo)，指標(biāo)越小表明轉(zhuǎn)矩輸出能力越好。

進(jìn)一步，所述的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元選用Beckhoff的CX5020及相關(guān)模擬量輸入輸出I/O模塊，。

再進(jìn)一步，所述的伺服控制器和所述的信息處理器與所述的上位機(jī)均采用CANopen通訊。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：采用空載試驗(yàn)方法評(píng)估變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出性能，尤其是在低頻空載狀態(tài)下的電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線評(píng)估變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。變槳電機(jī)在低頻低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行空載試驗(yàn)，根據(jù)所述的信息處理器采集到的電機(jī)端電壓和定子電流，繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的端電壓曲線，根據(jù)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路及方程和變槳電機(jī)的等效參數(shù)繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)曲線。將變槳電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線進(jìn)行比較，尤其是低頻狀態(tài)下的電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線，端電壓曲線和電動(dòng)勢(shì)曲線越趨近，壓差越小，說明變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力越好；反之，兩曲線越分離，壓差越大，說明變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力越差。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：有效評(píng)估轉(zhuǎn)矩輸出能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中測(cè)試系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明中變槳電機(jī)的等效電路圖。

圖3為本發(fā)明中變槳電機(jī)空載電動(dòng)勢(shì)曲線與端電壓曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖3，一種變槳電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力評(píng)估方法，變槳電機(jī)在低頻低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行空載試驗(yàn)，根據(jù)所述的信息處理器采集到的電機(jī)端電壓和定子電流，繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的端電壓曲線，根據(jù)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路及方程和變槳電機(jī)的等效參數(shù)繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)曲線。

根據(jù)所述的變槳電機(jī)的等效電路圖如附圖2所示，等效方程：

其中，U₁為變槳電機(jī)端電壓，E₁、E₂分別為定子端電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子端電動(dòng)勢(shì)，I₁、I₂、I_m分別為定子電流、轉(zhuǎn)子電流和漏磁電流，R₁、R’₂、Z_m分別為定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻和漏磁阻抗，X_1σ、X’_2σ分別為定子電感和轉(zhuǎn)子電感。

根據(jù)公式(1)可知，當(dāng)變槳電機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，

U₁≈E₁，I₁(R₁+jX_1σ)＜＜U₁

當(dāng)變槳電機(jī)在低頻低壓低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，

△U＝I₁(R₁+X_1σ)＝E_1—U₁

其中，△U為定子端電動(dòng)勢(shì)E₁和電壓U₁的壓差，關(guān)系曲線如所述的附圖3所示。

在變槳電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，由于受溫度等因素的影響，變槳電機(jī)的繞組阻值會(huì)隨著溫度發(fā)生一定的變化，使得測(cè)量的端電壓和定子電流發(fā)生一定的變化，需對(duì)繞組阻值修正到規(guī)定的溫度下，折算溫度對(duì)端電壓的影響系數(shù)K_T，

那么，修正后的端電壓：U′₁＝K_T*U₁

其中，U′₁為修正后的端電壓，K_T為溫度影響系數(shù)，U₁為實(shí)測(cè)端電壓。

根據(jù)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程：

其中，T為變槳電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，P為變槳電機(jī)相數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為工作頻率。

由所述的附圖3可知，當(dāng)變槳電機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)端電壓和電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系，頻率越低，電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)端電壓壓差越大。電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線越趨近，壓差越小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力越好；反之兩曲線越分離，壓差越大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力越差。根據(jù)電動(dòng)勢(shì)曲線和端電壓曲線的趨近程度(壓差大小)評(píng)估電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。

變槳電機(jī)在低頻低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行空載試驗(yàn)，根據(jù)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效電路及方程和變槳電機(jī)的等效參數(shù)繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)曲線，根據(jù)所述的電參數(shù)采集系統(tǒng)采集到的電機(jī)端電壓和定子電流，繪制變槳電機(jī)空載試驗(yàn)的端電壓曲線。根據(jù)端電壓曲線和電動(dòng)勢(shì)曲線的接近程度(壓差值)評(píng)估變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。

基于所述的測(cè)試系統(tǒng)，所述的測(cè)試系統(tǒng)如附圖1所示，所述的測(cè)試系統(tǒng)包括伺服控制器、信息處理器和上位機(jī)。

所述的伺服控制器根據(jù)所述的上位機(jī)指令控制變槳電機(jī)運(yùn)行；

所述的信息處理器包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元；

所述的上位機(jī)和所述的伺服控制器、所述的信息處理器相連，由所述的上位機(jī)寫入電機(jī)運(yùn)行指令和讀取電機(jī)運(yùn)行參數(shù)信息，而且所述的上位機(jī)對(duì)所述的信息處理器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估。

優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元選用Beckhoff的CX5020及相關(guān)模擬量輸入輸出I/O模塊，采集電機(jī)繞組端電壓、定子電流及繞組溫度等信息。

優(yōu)選的，所述的伺服控制器和所述的信息處理器與所述的上位機(jī)均采用CANopen通訊。