压电传感器在风电发电机振动测试中的应用研究.pdfVIP

电工文摘／产品与应用 压电传感器在 风电发电机振动测试中的应用研究 ■上海东海风力发电有限公司 杨轶 高嘉良 上海电力学院电自学院 张佳民符杨 摘要：压电式传感器计具有体积小、质量轻、测量范围宽等 过这个范围风力发电机就要采取措施，进行保护动作。经过 特点．在振动测量系统中得到广泛应用。分析了压电式传感器作 为一种机电换能器。将振动转变成为电量进行测振的具体原理：根 分析，风力发电机在正常状况下工作时，其振动信号属于低 据风力发电机组的振动信号频谱特点，采用高输入阻抗超低偏置 频信号。因此，要求用于风力发电机振动测试的传感器低频 电流的放大器OPAl28作为输入级，设计了低频截止频率为0． 响应要好。另外一方面要求其固有频率要高，防止传感器发 1Hz的前置电荷放大器，采取了合理的屏蔽和接地技术，确保 生共振现象，给出虚假振动信号，造成误判断。 监测信号准确。 根据风力发电机组振动的频谱特点，选择的振动传感器 关键词：风力发电机；电荷放大器；压电传感器：屏蔽 要有高的固有频率，而且频带很宽，可以消除传感器的共振 对振动信号测量的影响。同时还要就有灵敏度高、线性度好、 很高的稳定性且宽温度的工作范围。因此，本设计采用压电 式传感器，取样叶轮机和电动机的振动信号，采用电荷放大 器对振动信号进行处理，采用完善的屏蔽技术保障信号的完 整性，经过数据采样后，通过通信接口进行远传。 随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增 加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。为此世界各国家 投入了大量的人力、物力和财力研究和开发可持续发展的再 生能源。风能作为一种再生能源收到广泛关注，世界范围内 压电式传感器是一种机电换能器，所用的压电材料(如天 的风力发电风电装机的增长速度越来越快，呈现跳跃式的发 然石英、人工极化陶瓷等)在受到一定的机械荷载时，会在 展趋势[1，2，3]。在风力发电中，叶轮机和电动机都是大质 压电材料的极化面上产生电荷，其电荷量与所受的载荷成正 量的旋转体，当转子不平衡，或滚动轴承损坏、传动皮带损 比。当压电晶体片受力时，晶体的两表面上聚集等量的正、负 坏、油膜涡动和油膜振荡、风速太大、空气动力不平衡、或 电荷，由于晶体片的绝缘电阻很高，因此压电晶体片相当于一 叶片角度不合适将引起旋转机械的振动，大质量旋转体振动 只平行板电容器[4，5】，如图1所示。 将加速轴承、轴承密封零件的损坏，风机的地基松散或偶合 其电容量为： 器、电机的地脚螺丝松动等，不及时采取措施，将造成重大 事故。此外，风力发电机安装在野外，环境恶劣，工况条件 q=警 n’ 差。因此，对风力发电机振动的在线检测显得十分必要和十 晶体片上产生的电压量与作用力的关系为： 分重要。 ．．=芒=等尹=警五咖讲 心’