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摘 要

针对目前迅猛发展的风电装备缺乏有效监测诊断方法开展综述，指出其研究现状和值得研究的问题。综述风力发电机的发展现状、故障特点和诊断难点，风力发电机的装机容量和规模都在逐年扩大。针对风力发电机中的主要故障部件，如齿轮箱、发电机、传动轴等，介绍现有状态监测和故障诊断方法的研究现状。

首先，根据风电机组的国内外近况对其进行分析，包括传感器性能简析、被测量简析、信号调理简析。通过上述条件对CPU和总线进行选择，确定软件平台。然后，针对各个被测量进行硬件选型和电路设计。最后，通过LabVIEW程序完成最终测试系统的软件设计。

本系统是对风力发电机和机械刹车的相关参数（温度、噪声、振动等）进行监测，适用于风力发电机特点的在线状态监测系统。

关键词：风力发电机 状态检测 传动轴 发电机 噪声

Wind turbine shaft and motor monitoring system design

ABSTRACT

Based on the current rapid development of wind power equipment lack of effective monitoring and diagnosis methods to carry out the review, points out its research status and problems worthy of studying. This paper reviewed the development situation of wind turbines, failure characteristics and diagnostic difficulties, and the installed capacity of wind generators and scale expanded year by year. For wind turbines, the main fault components such as gear box, generator, transmission shaft, etc., introduces the existing research status of condition monitoring and fault diagnosis method.

First of all, according to recent situation carries on the analysis of wind turbines at home and abroad, including sensor performance analysis, measurement analysis, signal disposal analysis. Through these conditions to select the CPU and bus, determine the software platform. Then, in view of each measured the hardware selection and circuit design. Finally, through LabVIEW program to complete the final test system software design.

This system is for wind generators and mechanical brake related parameters (temperature, noise, vibration, etc.) monitoring, suitable for the characteristics of wind turbine online condition monitoring system.

Keywords:Wind turbines;State detection;Mechanical brake; shaft;Noise;electric generator

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2国内外的研究进展情况 2

1.2.1国内外风电发展状况 2

1.2.2风力发电机组的故障特点 3

1.2.3风力发电机的监测诊断技术 4

1.3研究内容及技术路线 5

1.4本章小结 7

第二章 设计方案论证 8

2.1系统要求分析 8

2.2测试系统测试原理 9

2.2.1传感器测试性能简析 9

2.2.2 被测量简析 9

2.2.3 信号调理简析 9

2.2.4 CPU选择 10

2.2.5 总线方式 10

2.3 软件平台的确定 11

2.3.1虚拟仪器介绍 12

2.3.2 LabVIEW概述 12

2.4本章的总体设计 13

2.5本章小结 14

第三章 硬件选型和电路设计 15

3.1 传感器选型 15

3.1.1 温度传感器选型 15

3.1.2 噪声传感器选型 16

3.1.3 加速度传感器选型 17

3.1.4 转速传感器选型 18

3.1.5 数显千分表选型 19

3.2 控制器选型 20

3.3 传动轴及发电机结构简图 23

3.4 传感器布置 24

3.5 数据采集接线图 25

3.6本章小结 27

第四章 测试系统软件设计 28

4.1 测试系统软件功能分析 28

4.2 测试系统软件流程设计 28

4.3 测试系统软件功能实现 29

4.3.1 登录功能 29

4.3.2 采集功能 30

4.3.3 查询功能 34

4.3.4 打印功能 35

4.4 测试系统软件使用说明 35

4.4.1登录界面 36

4.4.2等待界面 36

4.4.3系统主界面 37

4.5 本章小结 37

第五章 总结与展望 38

参考文献 39

致 谢 41

第一章 绪 论

1.1课题的背景及意义

环境污染，能源短缺，油价上涨，当今社会对清洁可再生能源的强烈诉求促使风能产业遇到了前所未有的发展机遇。据估计，世界风能资源高达每年53万亿kW·h，是2020年世界预期电力需求的两倍。同时与之相关的风电制造业也呈现出了蓬勃的发展前景。

风力发电系统主要由风轮、齿轮箱(可选)、发电机、功率变换器(可选)、变压器等部分构成。其中，发电机承担将风能转换为电能的任务，是风力发电系统中的核心部件。随着风力发电整体技术的发展，风力发电机由早期的直流发电机、笼型异步发电机等演变为当前的双馈异步发电机和低速直驱永磁同步发电机等。同时，风力发电机自身技术水平的提高，又有力地促进了风力发电整体技术的进步。例如，双馈异步发电机及其控制技术的成熟，使变速恒频风力发电得以实现，成为当前风力发电系统的主流。因此，风力发电机与风力发电系统互为因果，相互促进^[1]。近年来风力发电系统的容量不断增大，特别是低速直驱永磁风力发电系统的快速发展，有力地促进了风力发电机的设计、制造、控制以及运行维护水平的提高，各种新型风力发电机不断出现。本节是对主要类型风力发电机的技术特点、适用范围、发展前景等进行综述、比较，并对风力发电机的最新研究进展做简要介绍，以期起到抛砖引玉之效。

风力发电机组一般安装在荒郊、野外、山口、海边等风能较大且周围无遮挡物之处,发电机、齿轮箱等安装在机组塔架之上狭小的机舱内,距地面几十米高。常年受酷暑严寒和极端温差的影响,工作环境恶劣。传动轴、发电机是风力发电机组的核心,其安全可靠运行将直接关系到整个机组的稳定和电能的质量^[2]。风力发电机长期处在极端温度、风沙、盐蚀等恶劣气候环境下,并承受了巨大的机械应力,极易发生各类机械、电气故障。根据文献可知，电机发生故障25%，机械刹车系统占9%^[3]。

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