[发明专利]扭转共振频率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于旋转件的扭转共振频率(torsional resonancefrequency)测量装置及方法，更详而言之，涉及一种利用电机侧转换器通过冲击激振(impact excitation)方式测量具有无拘束(free-free)式传动链支撑的旋转件的扭转共振频率的装置及方法。

背景技术

近年来，由于燃料缺乏以及对于环境保护的重视，致使世界各国都积极投入发展风力发电。风力发电所使用的风力机通过风力带动叶片(blades)旋转而产生机械能，再经由发电机将其转换成为电能，最终经由电力转换器(power converter)将电能以适当的形式馈送至负载(如路灯)、储能装置(如电池)或输配电系统；通常馈送至负载及储能装置的风力机可称为非并网型风力机(non grid-tied wind turbine)，而馈送至输配电系统的风力机则称为并网型风力机(grid-tied wind turbine)。以目前的产业现况而言，中大型的风力机大部分均采用并网型风力机。

由于风力机在运作时必须承受具有随机性及紊流的风力负载，故极易产生振动与噪音问题。当旋转电机应用于大型发电设备或电机牵引设备(如大功率并网型风力机)时，由传动链(drive-chain)所产生的扭转振动是造成机件损伤及噪音污染的主要因素之一，因此，如何抑制风力机的振动与噪音遂成为本领域技术的一重要课题。

对于上述的问题，通常必须先得知风力机的扭转共振频率，才能判断该风力机的运作状态。故扭转共振频率已成为产业界相当关注的数据，并已提出有许多成熟的测量及分析方法及工具。就风力机而言，无论是垂直轴或水平轴结构，在正常运转时，其传动轴(转子)两端皆为无拘束的支撑方式。一般而言，测试这类风力机的扭转共振频率的方式包括：冲击激振(impact excitation)方式、扭转振动子激振(torsional shaker excitation)方式及可变频率(variable frequency)方式等，其中冲击激振的做法最为简便快速，因此最广为采用。

参阅图1，显示已知技术运用冲击激振方法以测量传动链的扭转共振频率的示意图。如图所示，专业的冲击激振方式需使用信号分析仪1、加速规2及敲击锤3，其中，先利用该敲击锤3敲击该永磁式同步发电机(permanentmagnet synchronous generator；PMSG)4的传动轴5而产生脉冲(impulse)扭力，并使该加速规2量取(pick-up)振动信号，再通过该信号分析仪1对该敲击锤3与该加速规2所输出的信号取样并计算，即可找出传动链的扭转共振频率。

然而，利用已知的冲击激振方法针对风力机传动链进行扭转共振频率的测量仍存在许多执行问题有待解决。举例而言，以上述已知技术对风力机传动链进行测量时必须由专业维修人员将精密分析仪器及测量工具(如加速规、敲击锤等)运送至风力机所在位置，通过敲击发电机的传动轴而产生脉冲扭力，藉此测量反应的振动信号。如此一来，维修人员必须亲自前往每一个风力机所在位置进行测量工作，然而，一般大型风力发电机的所在位置均相当高，或为了得到较佳的风力撷取效果以及避免风力机所产生的噪音造成污染，大部分的风力机或风力撷取装置均设置于较偏远的山上、海边甚或外海岛屿上，不易进行扭转共振频率的测量，因此会耗费相当大的维修时间与维修成本。另外，风力机通常具有相当的高度，使得现场的维修人员易发生危安事件。

有鉴于现今所采用的风力机传动链扭转共振频率测量技术的种种缺失，因此，如何提供一种具有高效率、高安全性及低成本的扭转共振频率测量装置及方法，遂成为目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够应用于大型发电设备或电机牵引设备(如大功率并网型风力机)的旋转件的扭转共振频率测量装置，能利用并网型风力机既有的硬件架构直接测量扭转共振频率，使维修人员不需亲临现场执行测量，不但可降低发电设备在参数调整、预兆检测及设备诊断时的成本效益，也大大提高了维修及保养的效率与维修人员的作业安全性。