发电机空气间隙不均匀对振动影响

作者：DIGITIMES陈明阳

随着太阳能与风力等再生能源的发电比例日益吃重，相关发电设备的运作效益与使用寿命至为关键，有助于确保风力涡轮发电机(wind turbine)及其机件的正常运作、性能表现、最佳化维护方式的各种电(electrical)传感器与光学(optical)传感器，将扮演日益吃重的角色。

根据Electronics360报导，传感器收集的数据可用于分析与确认那些环境因素普遍会影响风力涡轮发电机的运作，并可协助建立作业状况的基准，当侦测到机件的机械应力、压力、温度、震动变化等的偏离可能影响其运作或导致其损坏时，便可及时进行有效的预测性维护(preventative maintenance)与检修，以延长机件与设备的使用寿命。

风力涡轮发电机最常应用到也是最重要的传感器，包括量测轴承间隙(bearing gap)的涡电流位移(eddy current displacement)传感器、控制空气供给的拉线式(draw-wire)位移传感器、量测发电机空气间隙(generator air gap)的电容式(capacitive-type)位移传感器、监测风力涡轮发电机塔震动的雷射三角(laser triangulation)位移传感器。

电容式位移传感器具备高分辨率、耐高温、不受电磁场影响的特性，运用两个邻近的导体表面间存在电容且会随两者距离改变的原理，传感器根据电容的变化侦测定子(stator)与转子(rotor)间的距离变化，以此来衡量发电机空气间隙以防止定子与转子产生接触，这对风力涡轮发电机的安全性与维护至为重要。

拉线式位移传感器透过监测涡轮通风叶片(air flap)的位置并根据温度变化来控制空气供给，传感器运用缠绕在鼓状物上的超高弹性不锈钢线量测线性移动，不锈钢线的一端与要量测的物体连接，而鼓状物的轴线则搭配编码器(encoder)或电位计(potentiometer)使用，物体与传感器的距离改变时鼓状物会随之旋转，并转换为电讯号传送至空气供给控制器。

雷射三角位移传感器会向目标发射细窄的激光束，再接收由物体反射回来的光束，因此能高度精准的计算地基与垂直柱体间极小的距离变化，确实掌握风力涡轮发电机塔的震动情况，而依据长期监测所获得的数据纪录还可进行趋势分析，以显示风力涡轮发电机塔在各个时间点的震动行为。

位移传感器可用于量测一个物体与参考点间的距离，涡电流位移传感器运用导体进入移动中的磁场会造成电流变化的特性，将电流变化换算为距离的变化来量测轴承间隙，或是涡轮离合器碟(clutch disc)在轴向(axial)、径向(radial)、切线(tangential)方向的偏移(deflection)，这些与滑动属性(sliding property)相关的信息，对风力涡轮发电机的运作不可或缺。

涡轮轴承表面与驱动轴(drive shaft)的间隙需充填润滑油，间隙缩小则润滑油膜变薄可能造成机件间的摩擦力增加、轴承升温，导致内部机件使用寿命缩短、轴承受损，影响风力涡轮发电机的运作效益。传统量测轴承间隙的方式需停机且相当耗时，涡电流位移传感器透过外部软件能快速、可靠的完成量测。

此外抗油污、压力、温度等特性对设置在户外的仪器设备如风力涡轮发电机非常重要，因此涡电流位移传感器的设计可承受严苛的作业环境。