CN104154853A - 一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，属测量领域。其在发电机定子表面，设置至少四个径向电涡流传感器；在发电机定子轴向方向上设置一个轴向电涡流传感器；在发电机转轴径向位置的机体或机架上设置一个键相传感器；其径向、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端与风力状态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接；风力状态监测及采集设备读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中，局域网内的工作站或者远程的工作站可以访问服务器中的数据库，实时查看风力发电机的实时气隙数据，并可以通过气隙监测***软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工作方式或工作模式的切换。

Description

一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法

技术领域

本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于风力发电机气隙的实时在线监测方法。

背景技术

发电机定、转子空气间隙(以下简称气隙)是一项重要的电磁参数，它对电机的其它参数、运行性能及技术经济指标有着直接的影响；运行中的发电机，其气隙的均匀性将直接影响电气特性和机械性能的稳定。

为确保大型发电机的安全运行，预防突发性事故的发生，一些国家和有关部门提出，建立一套专门的发电机气隙监测***，在机组投入试运行时和正式投产之后对气隙进行反复测量，为运行、检修提供一系列的预防性数据，并为机组的优化设计提供相应的验证。

目前，我国风力发电机空气间隙的测量水平还较低，一般都是在机组安装调整过程中，用塞尺对气隙作定点静态测量，而对运行中风力发电机的气隙进行动态地实时监测，在现有的公开资料中几乎没有。

国际上对运行中的风力发电机气隙实施动态监测也很少见，但也仅仅是从水轮机的气隙监测***直接移植过来。该***主要是以平板式电容传感器(以下简称为传感器)来监测气隙的变化。在该类监控方法中，其平板式电容传感器以粘贴方式安装在定子铁芯上，其安装的数量通常以用户要求而定。来自平板式电容传感器的测量信号，由采集单元采集、传输，并由计算机和软件控制测量模态和进行过程分析，及贮存和记录其测量数据。

现在单台风力发电机的发电容量越来越大，从最初的几个千瓦(KW)到现在的几个兆瓦(MW)，且6MW的风力发电机机组已经试验成功。但是随之带来了很多其他的问题，如风力发电机的体积越来越大，重量越来越重，定子与转子之间的间隙也越来越大，电机的相对效率也越来越低。为了减少发电成本，提高发电效率，降低发电机气隙是十分有效的方法，但电机出现故障时，损失也会加大，维护费用也会提高，因此风力发电机气隙在线监测越来越有必要。

发电机气隙监测***主要功能应该包括：测量定、转子的静态气隙变化，转子变形和滑移，定子膨胀的不均匀度，单个磁极极靴形状，定、转子圆度和同心度，开机和停机过程中的动态分析，特殊试验工况下(不同风速、转速、负载等)动态气隙的变化，间隙最小值报警和停机跳闸设定等，其监测信号通常以4～20mA的模拟量形式进行输出。

而现有的发电机气隙动态实时监测方案是在定子内壁上沿四周方向均匀安装4只传感器(当转子直径大于7.5m时，推荐安装8只传感器)，传感器可安装在定子内壁的上端、下端或中部，也可上、下两端同时安装(主要取决于现场的方便和用户的测量要求)。目前，采用比较多的是加拿大VibroSystM公司的AGM***，该***采用的是平板电容传感器，是目前世界上比较完善和成熟的气隙测量***。

VibroSystM公司的AGM***可以测量风力发电机气隙，采用的是在定子表面设置空间气隙传感器(平板电容式)，其空气间隙传感器为平板电容式传感器，其平板电容式传感器本身相当于是电容的一个极板，另一个极板则是发电机的磁极。

由电容量计算公式：

$C=\frac{\mathrm{\ϵS}}{d}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}S}{d}$

(其中：S-电容极板面积；ε-介电常数；C-电容容值；d-电容极板间距离)

可知：

当电容的两个极板面积S一定，且两极板之间的介电常数ε一定时，两极板间的电容量与两极板间的距离成反比，空气间隙传感器就是应用这一原理监测设置在定子表面的传感器到磁极表面的距离，从而反映出气隙大小。

但是使用前述的空间气隙传感器(平板电容式)测量风力发电机气隙还是存在许多问题：

1)、测量精度不高：全量程范围仅能保证在3％的测量精度；

2)、温度性能不好：工作范围仅在0℃～125℃，温度变化引起的测量值变化较大；

3)、寄生电容影响大：

电容式传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容(长度通常为l～2米，则导线的引线电缆电容可达800pF)、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”较大，这一方面降低了传感器的灵敏度；另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度。虽然通过选择屏蔽电缆，改进安装和接法可以消除一部分，但是还是存在一定的影响；

4)、体积及探测面面积较大：

以VibroSystM公司最小的空气间隙传感器VM3.1为例，其尺寸33.25×220.50×3.4mm(宽×长×厚度)，其探测面为33.25×220.50mm。为了保证更好的测量效果，对安装位置的要求较高；

5)、安装方式导致不安全因素较多：

上述的空气间隙传感器VM3.1采用粘贴安装，安装面积较大，由于粘贴胶的强度与寿命，被粘贴材料的清洁度和材质不同，会影响安装使用的寿命，不安全的因素很多；

6)、价格非常昂贵：

现有空气间隙传感器的市场价格，不低于10万元/套；按照一台风力发电机一般安装5套传感器的标准，则整套空气间隙监测***仅其所使用传感器的价格已经不低于50万元；而一台最新的、投入市场的大型风力发电机(装机容量为3MW)其整体机组价格仅为1500多万元(以5000元/KW的报价计算)；可见该空气间隙监测***仅仅其所使用的传感器的一次采购成本，在产品总成本中所占比例就已经大于3％，与整个机组的一次购置成本相比，所使用传感器的一次采购成本显得十分昂贵。

寻找一种合适的传感器以适应发电机气隙监测的实际需要，其在能完成风力发电机组气隙监测的同时，还具有较高的监测精度和较低的实施投入成本，是建立风力发电机组气隙监测***的关键，也是实际机组运行管理过程中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其依靠电涡流传感器具有的非接触、高线性度、高分辨力等优点，将其安装在风力发电机定子上，来实现静态和动态地测量风力发电机转子和定子之间的绝对位移及相对位移值，藉此实现提高定子和转子气隙控制精度，增强其环境适应能力，实现在恶劣的温度环境下进行测量，其安装方式简单，在一定程度上减少了温度的影响，也减少了在安装过程中出现的问题，使传感器工作寿命更长，减少了维护费用，使得风力发电机气隙监测***的制造或购置成本大大降低，间接减少了风力发电机的一次购置成本，间接上也降低了风力发电的运行成本。

本发明的技术方案是：提供一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，包括监测设置在定子上的传感器到转子磁极表面的距离，从而测量出风力发电机定、转子之间的气隙大小；其特征是：在所述风力发电机的定子表面，沿其圆周设置至少四个径向电涡流传感器，用于测量所述风力发电机定子和转子之间的径向气隙；在所述风力发电机的定子轴向方向上设置至少一个轴向电涡流传感器，用于测量风力发电机定子和转子之间的轴向气隙；在所述风力发电机转轴径向位置的机体或机架上，固定设置一个键相传感器，用于进行键相识别或转速测量；在与所述键相传感器的安装位置相对应的风力发电机转轴上，设置一个金属质凸台，当所述的金属质凸台随所述的转轴转动至所述键相传感器所在的位置时，所述的金属质凸台非接触式地触发所述的键相传感器输出一次键相信号。

其所述径向电涡流传感器、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端，与风力状态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接。

所述的风力状态监测及采集设备，至少包括模拟整形电路、A/D转换器、可编程门阵列逻辑单元FPGA和嵌入式处理器单元ARM；具有实时采样、同步整周期采样、数字滤波及FFT频谱分析功能。

所述的风力状态监测及采集设备，将所述各电涡流传感器的输出信号经模拟整形电路处理后送入A/D转换器，由可编程门阵列逻辑单元FPGA控制A/D转换器进行快速采样，采集一定的数量点数后，嵌入式处理器单元ARM从可编程门阵列逻辑单元FPGA读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中。

所述的服务器连接到局域网、广域网或互联网，局域网内的工作站或者远程的工作站可以通过局域网、广域网或互联网访问所述服务器中的数据库，实时查看风力发电机的实时气隙数据，并可以通过气隙监测***软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工作方式或工作模式的切换。

具体的，其所述的径向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相垂直地设置在所述风力发电机定子的表面，其所述的径向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机定子的表面。

具体的，其所述的径向电涡流传感器设置在风力发电机定子与转子相对部分的定子表面，其所述径向电涡流传感器的表面或端面，低于所述定子外表面的轮廓圆周线，以防止在定子套装时碰到径向电涡流传感器探头而导致径向电涡流传感器探头的损坏。

具体的，其所述的轴向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相平行地设置在所述风力发电机定子端部的表面，其所述的轴向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机定子端部的表面。

进一步的，在所述的定子套装后，通过所述的螺纹连接结构，分别调整所述径向或轴向电涡流传感器的位置，使得所述径向或轴向电涡流传感器的输出值在量程的中点附近。

进一步的，所述的键相传感器为电涡流传感器、有源磁电式传感器或者非接触式接近开关；所述的键相传感器与所述发电机转轴之间成径向设置。

进一步的，所述的键相传感器用于在进行气隙监测时提供键相信号，用来对发电机定、转子径向或轴向气隙信号进行计算和分析，也可以用于提供一个转速测量信号。

进一步的，所述的气隙监测***软件具有采样方式选择，实时监测，输出气隙棒图、时域波形、频域波形、时域雷达图或定、转子气隙趋势图，计算出转子的轴心位置，绘制出转子的轴心轨迹，测量数据分析和根据分析的数据及结果生成气隙监测报告的功能。

进一步的，所述的不同工作方式或工作模式至少包括采样方式的选择、采样周期的调整、FFT频谱分析参数的设定、同步整周期采样模式的切换以及输出图形种类的切换。

本发明技术方案所提供的测量风力发电机气隙的方法，基于所述电涡流传感器具有的非接触、高线性度和高分辨力性能，通过所述的风力状态监测及采集设备，实现风力发电机定、转子气隙的出厂前测试、现场运转前测试和运行过程中的实时监测。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.由于采用了高精度低温漂型的电涡流传感器，提高了风力发电机的气隙测量精度，同时也提高了定子和转子气隙控制精度，从原来的<3％，提高至<1％，能够进一步减小气隙余量，使得风力发电机的整体体积和重量更小；

2.由于采用了高精度低温漂型的电涡流传感器，使得风力发电机气隙监测***的环境适应能力大大增强，工作温度从0～125度，扩展至-45～155度，可以在恶劣的温度环境下进行测量；

3.由于采用电涡流传感器作为气隙监测的传感器，其安装体积很小，安装方式简单，在一定程度上减少了温度的影响，也减少了在安装过程中出现的问题，可以使传感器工作寿命更长，减少维护费用；

4.由于采用了电涡流传感器作为气隙监测传感器，使得风力发电机气隙监测***的制造或购置成本大大降低，从原来的10万元/套左右，降低至1万元/套左右，明显减少了风力发电机的一次购置成本，也间接降低了风力发电的运行成本。

附图说明

图1是本发明的***构成示意图；

图2是本发明径向电涡流传感器的安装位置示意图；

图3是本发明轴向电涡流传感器的安装位置示意图；

图4是发电机设备出厂前旋转60度落下过程曲线图；

图5是发电机设备现场14转/分钟气隙变化曲线图。

图中1为定子，1-1为定子表面的轮廓圆周线，2为转子，2-1为转轴，2-2为金属质凸台，3、5、6、7为径向电涡流传感器，4为轴向电涡流传感器，8为键相传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1、图2和图3中，本发明的技术方案主要是依靠电涡流传感器具有非接触、高线性度、高分辨力等优点，将其安装在风力发电机定子上，静态和动态地测量风力发电机转子和定子之间的绝对位移及相对位移值。

本发明主要采用本申请人研发和生产的电涡流传感器(超低温漂型，一起统称为电涡流传感器)，辅助本申请人企业所生产的风力状态监测及采集设备，来测量风力发电机气隙。

具体内容如下：

一、本发明的气隙监测传感器部件：

如图2和图3中所示，其监测部件包括：径向安装的径向电涡流传感器3、5、6、7，轴向安装的轴向电涡流传感器4以及键相传感器8。

其中，在所述风力发电机的定子上沿其圆周设置至少四个径向电涡流传感器3、5、6、7，用于测量所述风力发电机定子和转子之间的径向气隙；在所述风力发电机的定子轴向方向上设置至少一个轴向电涡流传感器4，用于测量风力发电机定子和转子之间的轴向气隙；在所述风力发电机转轴径向位置的机体或机架上，固定设置一个键相传感器8，用于进行键相识别或转速测量；在与所述键相传感器的安装位置相对应的风力发电机转轴2-1上，设置一个金属质凸台2-2，当所述的金属质凸台随所述的转轴转动至所述键相传感器所在的位置时，所述的金属质凸台非接触式地触发所述的键相传感器输出一次键相信号。

如图1所示，所述径向电涡流传感器、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端，与风力状态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接。

所述的风力状态监测及采集设备，至少包括模拟整形电路、A/D转换器、现场可编程门阵列逻辑单元FPGA和嵌入式处理器单元ARM；具有实时采样、同步整周期采样、数字滤波及FFT频谱分析功能。

所述的风力状态监测及采集设备将所述各电涡流传感器的输出信号经模拟整形电路处理后送入A/D转换器，由现场可编程门阵列逻辑单元FPGA控制A/D转换器进行快速采样，采集一定数量点数后，嵌入式处理器单元ARM从现场可编程门阵列逻辑单元FPGA读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中；所述的服务器连接到局域网和广域网，局域网内的工作站或者远程的工作站可以通过局域网或互联网访问所述服务器上的数据库，实时查看风力发电机的实时气隙数据，并可以通过气隙监测***软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工作方式或工作模式的切换。

电涡流传感器是一种建立在涡流效应原理上的涡流传感器。电涡流式传感器可以实现非接触地测量金属导体物体表面的多种物理量，其结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，特别是有非接触测量的优点，在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

典型的电涡流传感器主要包括探头，延伸电缆，前置放大器三个部分，当接通传感器电源后，前置放大器产生一个高频激励信号，通过电缆送到探头的线圈中，当有导体靠近探头时，高频激励信号由于涡流效应会改线圈的阻抗，前置放大器通过检波滤波，放大和线性修正转化为电压信号或电流信号，以接入信号采集设备。

二、传感器的选择：

1、径向电涡流传感器：

一般选择4支/套电涡流传感器测量风力发电机定子和转子径向气隙，亦可根据风机大小调整传感器的数量。

2、轴向电涡流传感器：

一般选择1支/套电涡流传感器测量风力发电机定子和转子径向气隙，亦可根据风机大小调整数量。

3、键相传感器：

键相传感器是在进行气隙监测时提供键相信号，用来对信号进行计算和分析，也可以提供转速信号。可以选用电涡流传感器，有源磁电式传感器，接近开关等传感器。

三、传感器的安装：

四支径向电涡流传感器安装在发电机定子的径向圆周位置上，一支轴向电涡流传感器安装在发电机定子的轴向方向上(通常以安装在定子端盖上且面向转子端部为宜)，键相传感器安装在发电机定子或转子轴向方向上的机架上；或者，在转子转轴附近设置一个安装支架，键相传感器固定在安装支架上)，另外在转轴上需要安装一个金属凸台块，用于做键相判别。

1、径向电涡流传感器安装：

A、在电机的定子上装好安装支架；

B、将电涡流传感器安装在支架上，采样机械螺纹固定结构，调整电涡流传感器的位置，确保电涡流传感器探头外表面在定子外壁表面内(当发电机采用转子在外，定子在内的结构形式时)或内壁表面内(当发电机采用定子在外，转子在内的结构形式时)，这样在定子套装的时候不会碰到探头，防止定子套装时的撞击导致探头损坏(此处所述的支架，一端与定子固定，一端设置有一个可使电涡流传感器穿过的安装孔，电涡流传感器穿过安装孔后，采用紧固螺帽旋紧固定在安装孔中，使得电涡流传感器紧固在支架上，下同)；

C、定子套装后，再次通过调节紧固螺帽，调整电涡流传感器的位置，使电涡流传感器输出值在量程的中点附近；

D、旋紧紧固螺帽，固定传感器。

2、轴向电涡流传感器安装：

轴向电涡流传感器和支架可以在定子套装之后安装。

同样，通过调整探头的位置，确保电涡流传感器输出值在量程中点附近。

3、键相传感器：

键相传感器也可在定子套装后安装。在转轴上与键相传感器相对的位置需要焊接或者粘贴一个金属质凸台，用于键相判别。

同样，通过调整键相传感器的位置，使键相传感器工作在量程中点附近。

四、气隙监测设备及***软件：

本发明所用的气隙监测***为申请人研发和生产的风力状态监测及采集***，通过一定的参数设置，就可以进行气隙监测。

(一)、气隙监测设备：

风力状态监测及采集设备包含16路模拟信号通道，4路数字信号通道，一个CAN总线接口，一个RS485接口，两个网络接口，继电器报警输出等部分。具有实时采样、同步整周期采样、数字滤波、FFT频谱分析等功能。

模拟通道可接受电压或电流输入，可连接振动加速度，速度，位移，温度，压力等传感器。数字通道可以连接转速、键相、脉冲信号输出等传感器。

作为气隙监测***应用时，自带电涡流传感器供电电源，可以接不同输出类型的电涡流传感器，

(二)、气隙监测***软件：

气隙监测***软件是风力状态监测及采集***软件的一个模块。气隙监测模块主要功能如下：

1)、采样方式选择：同步整周期采样，采样周期数，采样点数，定频采样。

2)、实时监测：包括气隙的绝对值，气隙每周期变化的峰峰值。

3)、气隙棒图：气隙的绝对值，气隙每周期变化的峰峰值，用棒图显示出来，包括显示传感器线性范围最大值，气隙值，气隙峰峰值，报警值等。

4)、时域波形：显示气隙传感器的测量实时波形，多个通道同时显示，亦可以单通道显示。

5)、频域波形：显示各个通道频谱，多个通道同时显示，亦可以单通道显示。并反映信号幅值，频率，相位。

6)、时域雷达图：绘制出几天通道的时域波形的雷达图，并分析信号相位等信息。

7)、轴心位置：通过4支径向气隙传感器监测信号，计算出转子的轴心位置，并画出示意图。

8)、轴心轨迹：通过4支径向气隙传感器监测信号，绘制出转子的轴心轨迹。

9)、趋势图：气隙的绝对值，气隙每周期变化的峰峰值，并进行相应的分析。

10)、数据分析：针对一段时间内测量的数据，进行数据分析，判断机组运行的状态。

11)、分析报告：对分析的数据及结果生产气隙监测报告。

由于上述的风力状态监测及采集设备和气隙监测***软件为市售产品，具体实施时可联系本申请人的企业进行采购而得到相应的产品和服务。

五、***连接及工作流程：

1、将径向、轴向电涡流传感器及键相传感器连接到风力状态监测及采集设备。

2、风力状态监测及采集设备将电涡流传感器信号经模拟电路处理后送入高精度AD转换器，由FPGA控制AD进行快速采样，采集一定数量点数后，ARM从FPGA读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中。如果出现报警事件，可以通过继电器输出。

3、服务器连接到局域网和广域网，局域网内工作站或者远程的工作站可以通过局域网或互联网访问服务器上的数据库。再安装气隙监测***软件，可以实时查看风力发电机的实时气隙数据。并可以通过所述的气隙监测***软件来控制采集设备进行不同的工作方式。

六、气隙测试内容：

(一)、出厂前测试：

1、端盖合上前、后气隙数据测试；

2、旋转转子一定角度后气隙数据测试；

3、将电机吊起，悬停，落下，整个过程气隙数据的测试；

3、启停机气隙数据测试；

4、固定转速转动气隙数据测试。

(二)、现场运转前测试：

1、安装后气隙数据测试；

2、启停机气隙数据测试；

3、不同风速气隙数据测试；

4、不同转速气隙数据测试；

5、不同发电功率气隙数据测试。

(三)、运行过程中的实时监测：

当风力发电机正式进行运转发电后，对风力放电机进行实时气隙监测。

电涡流传感器(高精度低温漂型)与空间气隙传感器(平板电容式)比较：

	电涡流传感器	空间气隙传感器(平板电容式)
			精度	<1％	<3％
工作温度	-45度-155度	0度–125度
			温度漂移	小	大
体积	小	大
			安装方式	机械螺纹安装(简单)	粘贴(安装工艺复杂)
成本	小(1万元/套左右)	大(10万元/套左右)

由此可见采用电涡流传感器(高精度低温漂型)具有许多优势：

1、由于采用了电涡流传感器(高精度低温漂型)，提高了风力发电机的气隙测量精度，同时也提高了定子和转子气隙控制精度，能够进一步减小气隙余量，使得风机体积和重量更小。

2、由于采用了电涡流传感器(高精度低温漂型)，风力发电机气隙监测***的环境适应能力大大增强，可以在恶劣的温度环境下进行测量。

3、由于采用了电涡流传感器(高精度低温漂型)，安装体积很小，安装方式简单，这在一定程度上减少了温度的影响，也减少了在安装过程中出现的问题，可以使传感器工作寿命更长，减少维护费用。

4、由于采用了电涡流传感器(高精度低温漂型)，气隙监测***的成本大大减少，间接减少了风力发电机成本，间接上也降低了风力发电的成本。

关于前述高精度低温漂型电涡流传感器的相关资料，可参考本申请人已经获得授权的中国发明专利ZL 200510030941.0“一种超低温漂电涡流振动/位移传感器”中的相关内容；关于前述风力状态监测及采集设备的相关资料，可参考本申请人此前递交的申请号为201010169240.6，申请日为2010年04月29日的中国发明专利申请“一种风力发电机组状态监测及故障诊断***”中的相关内容，在此不再详述。

本发明的技术方案成功应用于某公司的1.5MW，2.5MW，3MW，6MW的风力发电机上。

选用3MW机组为例，说明本发明技术方案实施后的技术效果：

1、选择四支φ22电涡流传感器、一支φ18电涡流传感器和一支接近开关，用于测试，其测试结果部分数据和图形如下：

1)、发电机定子端盖安装前、后气隙数据变化：

名称	安装前气隙(mm)	安装后气隙(mm)	变化值(mm)
				位移1	8.90	8.84	-0.06
位移2	9.07	9.11	0.03
				位移3	8.85	8.86	0.01
位移4	9.06	9.06	0
				轴向	6.49	6.40	-0.09

2)、发电机转子旋转一定角度吊起气隙数据：

3)、发电机现场运行不同转速峰峰值、均方根值的比较：

4)、发电机设备出厂前与现场实测数据平均值的比较：

5)、发电机设备出厂前旋转60度落下过程曲线，见附图4所示。

风力发电机出厂前旋转60度落下过程气隙曲线是指在风力发电机在安装好电涡流气隙监测传感器后，进行气隙测试，用吊车把发电机定子完全吊起，再放下定子，然后让发电机工作(转子转到60度工作)，在整个过程中电涡流气隙传感器监测的发电机定转子间的气隙变化。

6)、发电机设备现场14转/分钟气隙变化曲线，见附图5所示。

发电机设备现场14转/分钟气隙变化曲线是指在风力发电机在安装后气隙监测传感器后，在现场正常使用时的气隙监测数据曲线。风场的风速一般为8转/分钟～14转/分钟，用以监测电涡流气隙传感器检测的发电机定转子间的气隙变化。

由于附图3、4均为本领域的通用标准曲线图，本领域的技术人员完全可以毫无疑义地确定其各种曲线的含义，故其各种曲线所包含的含义在此不再叙述。

由于本发明的技术方案采用电涡流传感器作为气隙监测传感器，将其安装在风力发电机定子上，来实现静态和动态地测量风力发电机转子和定子之间的绝对位移及相对位移值，可提高风力发电机定子和转子气隙控制精度，实现在恶劣的温度环境下进行测量，其传感器的安装方式简单，减少了受温度变化的影响，延长了传感器工作寿命，减少了维护费用，使得风力发电机气隙监测***的制造或购置成本大大降低，减少了风力发电机的一次购置成本，也降低了风力发电的运行综合成本。

本发明可广泛用于风力发电机的气隙监测领域。

Claims (10)

1.一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，包括监测设置在定子上的传感器到转子磁极表面的距离，从而测量出风力发电机定、转子之间的气隙大小；其特征是：

在所述风力发电机的定子表面，沿其圆周设置至少四个径向电涡流传感器，用于测量所述风力发电机定子和转子之间的径向气隙；

在所述风力发电机的定子轴向方向上设置至少一个轴向电涡流传感器，用于测量风力发电机定子和转子之间的轴向气隙；

在所述风力发电机转轴径向位置的机体或机架上，固定设置一个键相传感器，用于进行键相识别或转速测量；

在与所述键相传感器的安装位置相对应的风力发电机转轴上，设置一个金属质凸台，当所述的金属质凸台随所述的转轴转动至所述键相传感器所在的位置时，所述的金属质凸台非接触式地触发所述的键相传感器输出一次键相信号。

其所述径向电涡流传感器、轴向电涡流传感器和键相传感器的信号输出端，与风力状态监测及采集设备的信号输入端分别对应连接；

所述的风力状态监测及采集设备，至少包括模拟整形电路、A/D转换器、可编程门阵列逻辑单元FPGA和嵌入式处理器单元ARM；具有实时采样、同步整周期采样、数字滤波及FFT频谱分析功能。

所述的风力状态监测及采集设备，将所述各电涡流传感器的输出信号经模拟整形电路处理后送入A/D转换器，由可编程门阵列逻辑单元FPGA控制A/D转换器进行快速采样，采集一定的数量点数后，嵌入式处理器单元ARM从可编程门阵列逻辑单元FPGA读取采样结果进行处理计算，然后将处理后的结果通过以太网口上传到服务器的数据库中；

所述的服务器连接到局域网、广域网或互联网，局域网内的工作站或者远程的工作站可以通过局域网、广域网或互联网访问所述服务器中的数据库，实时查看风力发电机的实时气隙数据，并可以通过气隙监测***软件控制所述风力状态监测及采集设备进行不同工作方式或工作模式的切换。

2.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的径向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相垂直地设置在所述风力发电机定子的表面，其所述的径向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机定子的表面。

3.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的径向电涡流传感器设置在风力发电机定子与转子相对部分的定子表面，其所述径向电涡流传感器的表面或端面，低于所述定子外表面的轮廓圆周线，以防止在定子套装时碰到径向电涡流传感器探头而导致径向电涡流传感器探头的损坏。

4.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的轴向电涡流传感器，与所述风力发电机定子纵向轴线相平行地设置在所述风力发电机定子端部的表面，其所述的轴向电涡流传感器通过螺纹连接的方式固定在所述风力发电机定子端部的表面。

5.按照权利要求3或4所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是在所述的定子套装后，通过所述的螺纹连接结构，分别调整所述径向或轴向电涡流传感器的位置，使得所述径向或轴向电涡流传感器的输出值在量程的中点附近。

6.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的键相传感器为电涡流传感器、有源磁电式传感器或者非接触式接近开关；所述的键相传感器与所述发电机转轴之间成径向设置。

7.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的键相传感器用于在进行气隙监测时提供键相信号，用来对发电机定、转子径向或轴向气隙信号进行计算和分析，也可以用于提供一个转速测量信号。

8.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的气隙监测***软件具有采样方式选择，实时监测，输出气隙棒图、时域波形、频域波形、时域雷达图或定、转子气隙趋势图，计算出转子的轴心位置，绘制出转子的轴心轨迹，测量数据分析和根据分析的数据及结果生成气隙监测报告的功能。

9.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是所述的不同工作方式或工作模式至少包括采样方式的选择、采样周期的调整、FFT频谱分析参数的设定、同步整周期采样模式的切换以及输出图形种类的切换。

10.按照权利要求1所述的采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，其特征是测量风力发电机气隙的方法，基于所述电涡流传感器具有的非接触、高线性度和高分辨力性能，通过所述的风力状态监测及采集设备，实现风力发电机定、转子气隙的出厂前测试、现场运转前测试和运行过程中的实时监测。