解析风力发电机组发电机振动故障
风机产生振动的原因及处理方法

风机是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,它是一种从动的流体机械。
风机是中国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称,通常所说的风机包括通风机,鼓风机,风力发电机。
那么风机会出现振动的原因和解决办法有哪些呢?风机产生振动的原因及解决方法1.叶轮与主轴配合间隙过大引起的振动,其主要原因是叶轮在制作加工过程中加工精度有误差,轴头出现椭圆,导致配合接触面减少,有原来的面接触变成了点接触。
还有在修复过程中检修人员用细砂纸打磨轴头,多次修复后,导致主轴头与叶轮配合间隙过大。
解决方法:叶轮与主轴配合间隙过大引起的振动,对于新轴要依据图纸进行校核,确保达到叶轮与轴的配合间隙,叶轮轴孔与轴之间为过盈配合,紧力为0.01-0.05mm。
另外风机正常运行期间尽量减少检修次数,由于每次检修对于风机主轴都存在一定的磨修,这样一来多次的修复会造成主轴的累积磨损,使主轴轴颈明显变细,达不到孔与轴的过盈配合要求。
还有叶轮与主轴安装完毕后,轴头用于锁紧叶轮的锁母必须紧固到位,一旦出现松动会造成风机振动加剧上升。
2.叶轮本身不平衡所引起的振动,其产生的原因有:叶轮上的零部件松动、变化、变形或产生不均匀的腐蚀、磨损;工作介质中的固体颗粒沉积在转子上;检修中更换的新零部件重量不均匀;制造中叶轮的材质不绝对匀称;加工精度有误差、装配有偏差等。
叶轮本身不平衡,叶轮不平衡可分为动不平衡(力偶不平衡)和静不平衡(力矩不平衡)两种。
解决方法:消除动不平衡的方法是:拆除风机转子,利用动平衡机对转子进行平衡找平,通过平衡机找平的转子,动、静不平衡基本可以得到根除。
静不平衡可在现场利用三点平衡法进行找平。
3.主轴发生弯曲,其主要原因是风机长期处于停用状态,主轴叶轮在自重的作用下,发生弯曲变形。
这种情况经常出现在正常运转的风机停用后,,再次启机时,出现风机振动超标的现象。
再者主轴局部高温也可使轴弯曲。
解决方法:主轴发生弯曲所引起的振动,主轴弯曲主要产生于日常点检维护工作不到位,对长期停用风机,点检和岗位人员必须每天进行手动盘车,每天盘车角度为60°~120°之间,防止由于风机长时间不运转,在叶轮自重的因素下,主轴发生弯曲变形。
风力发电机组异常振动测试与诊断分析

风力发电机组异常振动测试与诊断分析风能作为一种清洁能源,发展迅速。
由于风电机组通常在野外,环境条件恶劣,而且容易发生故障,因此维护保养需要耗费大量的人力物力。
我国在风机故障诊断方面开展了大量的研究,并取得了丰硕的成果。
给出了各种状态监测方法和信息融合诊断技术。
这些研究大多基于数值计算和理论分析,并提出了各种控制措施。
但由于风电机组的复杂性和运行环境的多变性,在设计之初就要考虑风电机组的振动特性,进行优化设计,并进行相应的试验验证,以避免出现异常振动。
标签:风力发电机组;异常振动测试;诊断1研究概况某风力发电机组电机整体通过4个隔振器弹性安装在基座上,电机-隔振器-基座组成的电机系统与增速齿轮箱所在的塔筒基座通过8个螺栓纵向连接,该基座下部悬空,以齿轮箱安装基座面为基准呈悬臂梁状态。
箱体上布置三条横向加强筋,铁芯与横向加强筋通过4个点焊接刚性固定。
发电机工作方式为水冷,通过左侧面的进出水口循环,水箱安装在电机顶部的箱体上。
风力发电机运行转速范围为600rpm~1380rpm,正常并网发电转速为900rpm~1200rpm。
2振动特性2.1齿轮啮合频率啮合频率是两个齿轮转动一个节面角所需时间的倒数,可由式(1)确定。
(1)式中:n为主轴转速即风轮转速,rpm;z为齿数。
风电机组齿轮箱采用1级行星/2级平行轴传动结构,如图1所示。
第一级为行星轮系,行星齿轮架为输入端,内齿圈固定,太阳齿轮为输出端。
主要参数有:太阳齿轮齿数Z2、行星齿轮齿数Z3、内齿圈齿数Z4。
当一级行星轮系传动比为I1,内齿圈转速N4=0,太阳齿轮转速N2=I1·n,行星齿轮转速N3=n,即可计算出太阳轮、行星齿轮和内齿圈的啮合频率。
以此类推,容易得出中间轴及高速轴齿轮的啮合频率计算方法。
2.2轴承通过频率轴承的特征频率与自身尺寸有关,计算公式如下:内圈通过频率:外圈通过频率:滚动体特征频率:保持架固有频率:由公式及参数,便可求出理论轴承特征频率,在实际应用过程中发现,计算得出的理论特征频率与实际特征频率极其接近。
风力发电机组振动原因分析和解决措施

风力发电机组振动原因分析和解决措施摘要:近年来,风力发电作为一种绿色能源在我国迅速发展,风电装机不断加大,机组数量不断增多,为保证机组设备的安全,风机厂家会相应对风机系统配置各种各样的保护,来确保机组在运行过程中发生异常时能够安全解列,其中风机振动超限就是一个常见的机组故障保护,主要是保证机组振动值在超过定值时机组停运,避免发生设备损毁或机组倒塌,我国早期投运的的1.5MW风机只配置两个振动传感器,振动监测较现在技术较为简单,当机组出现振动超限故障时,因涉及电气、传动、控制、结构、环境等多因素,分析处理都有一定难度,本文通过对某风场发生的振动超限故障进行研究,分析发生振动超限的原因,提出应对措施,提高风机安全和稳定性。
关键词:风机;振动;原因分析;解决措施引言:随着风力发电技术的发展,风机振动状态监测技术也得到较大的发展,目前,风机振动在线监测系统已成为风力发电机组一个重要的组成部分,对风机传动链进行24h监测。
而早期投产的风力发电机组,因技术限制,只在传动链上配置两个振动传感器,分别安装在齿轮箱和发电机下方,振动传感器拾取的振动信号不能够直接反映振动源的信号特征,而且还容易受外部干扰,所以机组运行过程中,经常会发生振动超限故障,影响风机稳定运行和造成一定电量损失,更严重的会影响到风机整机安全,所以,当风机发生振动超限故障,就需要运行单位尽快排查故障原因并采取措施,保证风机安全稳定运行。
一、风机振动原因分析云南某风电场作为较早在云南高海拔地方开发建设的风电场,安装的双馈式风力发电机组,2012年投产以后,机组经常发生振动超限故障,尤其在大风阶段,频率更高,严重影响风电场正常运营,为了彻底解决风机振动问题,通过对风场内风机发生的振动超限故障原因进行分析,发现主要为以下几个方面的问题:风向变化过快、风速湍流度大、传感器误报、传动链波动、叶片零位误差等几个方面原因。
(一)风向变化过快风力发电机组采取主动对风系统来捕捉风能,通过机组上安装的风向标来进行测风,风机位置与测风位置超过一定角度,控制系统启动对风。
风力发电机组异常运行与事故处理

风力发电机组异常运行与事故处理风力发电机组是技术含量高、装备精良的发电设备,在允许的风速范围内正常运行发电,只要保证日常维护,一般很少出现异常,但在长期运转或遭受恶劣气候袭击后也会出现运转异常或故障。
一、异常运行分析对于机组异常情况的报警信号,要根据报警信号所提供的部位进行现场检查和处理。
(1)发电机的定子温度过高、输出功率过高、超速或电动启动时间过长。
发电机定子温度过高,温度超过设定值(140℃),原因可能是散热器损坏或发电机损坏;发电机输出功率过高,超过设定值15%,应检查叶片安装角是否符合规定安装;电动启动时间过长,超过允许值,原因可能是制动器未打开或发电机故障。
发电机转速超过额定值,原因可能是发电机损坏、电网故障或传感器故障;发电机轴承温度超过额定值(90℃),原因可能是轴承损坏或缺油。
(2)设备或部件温度过高。
当风力发电机组在运行中发生发电机温度、晶闸管温度、控制箱温度、齿轮箱油温度、机械卡钳式制动器制动片温度等超过规定值会造成机组的自动保护动作而停机。
应检查冷却系统、制动片间隙、温度传感器及相关信号检测回路、润滑油脂质量等,查明温度上升原因并处理。
(3)风力发电机组转速或振动超限。
风力发电机组运行时,由于叶尖制动系统或变桨距系统失灵,瞬时强阵风以及电网频率波动会造成风力发电机组转速超过限定值,从而引起自动停机;由于传动系统故障、叶片状态异常导致机械不平衡、恶劣电气故障导致机组振动超过允许振幅也会引起机组自动停机。
应检查超速、振动原因,经处理后,才允许重新启动。
(4)偏航系统的异常运行引起机组自动保护停机。
偏航系统电气回路、偏航电动机、偏航减速器以及偏航计数器和扭缆传感器等故障会引起风力发电机组自动保护动作而停机。
偏航减速器故障一般包括内部电路损坏、润滑油油色及油位失常;偏航计数器故障主要表现在传动齿轮的啮合间隙及齿面的润滑状况异常;扭缆传感器故障表现在使风力发电机组不能自动解缆;偏航电动机热保护继电器动作一段时间,表明偏航过热或损坏等。
浅谈风力发电机组振动状态监测与故障诊断

浅谈风力发电机组振动状态监测与故障诊断摘要:随着科技的发展,风电机组单机容量变大,内部的结构越来越复杂,还会受到天气的不可控因素的影响,比如会受到下雨时,打雷闪电等,本文对风力发电机组振动状态监测与故障诊断进行分析,以供参考。
关键词:风力发电;机组振动;状态监测;故障诊断引言风能是自然界中常见的自然现象,特别是在经济不发达,风能资源丰富的山地地区。
考虑到风能对当前社会结构的重要性,它提高了风力发电机运行的可检测性,并允许在整个发电机组运行期间及时发现问题,使整个风力发电机运行更平稳和安全。
1概述近年来国内风电发展迅速,风电机组容量的提升能够有效提高风能利用率和施工效率以及降低后期运维成本。
在机组容量和体型逐渐增大的同时,风电机组的安全成为风电领域内研究的重点。
江苏某风电场安装了多台6.45MW机组,此类型机组是目前国内厂家生产新型大容量机组之一,此机组塔筒高度为110m,叶轮直径达到171m。
国外GE公司生产的12MW风机单支叶片更是长达107m。
机组容量增大的同时叶片也在不断增大。
风电机组叶片成本约占风电机组总成本的15%~20%,风电机组叶片在风电机组运行过程中受风力作用而产生较大的弹性形变,故通常选用质量较轻、强度较大、耐腐蚀、抗疲劳的材料来制作风电机组叶片。
此外,由于结冰或者风力和风向的突变导致叶片振动过大,从而超过设计载荷发生断裂或者扫塔的现象也时有发生,而振动检测是叶片故障识别的常用方法之一,所以研究大型风电机组的叶片振动情况,对于叶片安全检测和监测具有重要的意义,研究结果也可对风电机组的控制策略优化提供重要指导作用。
在风力发电机组中,齿轮箱也存在着异常问题,表面磨损,齿轮轻度裂纹,设备老化等问题,以下对论文展开叙述。
2风力发电机组安全系统2.1分析(1)安全有关停止功能在机组通过安全防护装置(如传感器)检测到风轮转速超过限值、扭缆超过限值、过度振动及控制系统失效等信号时,安全系统起动机组紧急制动进入停止状态。
某风电场双馈风力发电机振动异常故障诊断

某风电场双馈风力发电机振动异常故障诊断文|于秀丽,崔皓,靳宏杰,石红娟双馈异步风电机组在市场中占据重要的份额。
该型机组在风电场的应用情况表明,振动是其运行时常见的故障。
这类故障会使机组各部件连接松动,严重时会造成机组及其本身部件的损坏,甚至导致停机,影响风电场收益。
早期,对于此类故障的监测与诊断主要是依靠经验,或者借助于某些简单的工具。
随着技术的进步和用户要求的提高,风电机组状态监测系统(CMS)在线监测成为极为重要的控制手段,并取得了较好的应用效果。
本文以某连续出现多台双馈型风电机组发电机振动故障的风电场为例,基于CMS监测数据,针对机组连接、发电机对中、发电机动平衡、轴承润滑、轴承电蚀等可能引起发电机振动故障的因素进行了详细分析。
故障概况根据标准EN 60034-14—2007,可通过分析和处理安装在轴承座适当方位的振动传感器所获得的轴承振动信号,判断轴承的运行工况和故障情况。
该方法适用于各种类型和工况的轴承,可以有效地诊断出早期的微小故障,信号测试与处理简单、直观,诊断结果可靠。
某风电场装配有25台2MW空空冷双馈异步风力发电机,通过CMS在线监测,连续发现数台双馈发电机出现振动异常现象。
风电机组发电机轴承系统主要由普通轴承、轴承室、轴承外盖和绝缘端盖组成,并在其两端轴承外盖相互垂直的两个径向和一个轴向位置安装了振动传感器。
依据VDI3834规范,其中较严重两台发电机的非传动端轴承振动加速度已达到区域III,为保证发电机正常运行,需对此轴承进行更换。
该发电机所用轴承型号为6344-M/C4,两台电机的测量转速为1000rpm,故其1倍频为1000/60=16.67Hz,2倍频为33.33Hz,3倍频为50Hz,4倍频为66.7Hz。
由故障频率信息(表1)可知,轴承外圈的故障频率为3.6175Hz,在1000rpm转速下的故障特征频率为3.6175×1000/60=60.3Hz,2倍频为120.6Hz,3倍频为180.9Hz。
风力发电机组传动系统常见故障分析

风力发电机组传动系统常见故障分析摘要:课题对我国应用最为广泛的1500型风力发电机传动系统常见故障展开研究,从1500型发电机传动系统的组成结构,各部位功能以及工作中的应力分布情况展开研究,分析常见的传动故障原因,并提出风力发电机组安全可靠运行,降低故障发生概率的维护维修技术方法。
关键字:风力发电机组;传动系统;齿轮箱1.国产1500型发电机组传动系统结构分析1500型风力发电机组是我国自主研发的一种风力发电设备,该设备技术成熟,生产成本较低,并具备变桨、变速恒频等先进功能,可以高效的利用陆地风能进行发电工作。
1.1风轮风轮是风力发电机组的核心部件,是风力发电机组与其他类型发电机组最根本的区别,风力发电机组通过风轮设备将风的动能转化为机械能量。
风轮由叶片、轮毂两部分组成。
其中叶片是风能的承载部件,叶片的形状、结构决定发电机组的发电效率以及功率。
1500型发电机组使用的玻璃纤维增强环氧树脂材料的变速变桨叶片,叶片中安装有防雷装置。
轮毂是叶片与发电机组主轴的连接装置,叶片通过轮毂与主轴连接,轮毂属于承重、承载装饰,需要承担发电机组工作中由叶片产生的推力、扭矩、弯矩和陀螺力矩。
轮毂结构种类较多,目前使用最广的是铸造球星结构。
轮毂中安装的启动刹车是实现发电机组变桨的重要装置,通过气动刹车改变叶片角度,从而实现对发电机组的功率控制,也是主要动制动部件。
1.2主轴主轴是风力发电机组中承重以及传速的重要部件,是发电机组运行不可缺少的部件之一,工作中在陆地风能的作用下叶片旋转带动轮毂和主轴将风能转化为机械能传递给变速箱。
并将叶片转动过程中产生的轴向推力、启动弯矩传递给机舱以及搭架。
1.3齿轮箱齿轮箱是传动系统中的变速部件,齿轮箱将风轮转速增加到发电机组要求的转速,现阶段我国多数风力发电场所处区域,自然风力无法将叶片转速增加到发电机需求转速,需要通过齿轮箱进行变速,达到发电需求。
1.4联轴器与安全离合器联轴器和离合器是将不同部件的两根轴连接起来的重要工具,其中联轴器用于固定装置的连接,连接后在机器运转过程中,两根轴一起转动不能分离,离合器则可以在设备运行中,随时实现两根轴的连接与分离。
某风电场风力发电机组振动故障探究

性 的 波 动 : 2) 桨 角 度 产 生 与 风 机 自 然 机 械 摆 动 相 ( 变 同 特 性 的 波 动 : 3 在 1 ~ 4 m/ () 0 1 s的 风 速 下 满 功 率 运
桨矩
行 时 . 动 的幅值 逐渐 增 大 。 波
312 安装 的振 动加 速度 传 感器收 到 的反馈 波 形 ..
j
绿 色代 表桨 矩角 占 通 过波 形可 以 观测 到 以下现 。
象 :1 发 电 机 转 速 产 生 与 风 机 自然 机 械 摆 动 相 同特 ( )
31 检 测 分 析 .
3 1 1 测 试 图 形 ..
报 警 触 发 前 振 动 波 形 如 图 2所 示 . 图 中 蓝 色 代
表 风 速
。;
3 13 振 动 发 生 过 程 ..
( ) 当 风 机 运 行 在 风 速 1 ~ 4m/ 1 0 1 s且 接 近 满 功
风 速 下 满 功 率 运 行 时 , 机 自然 摆 动 的 幅 值 增 大 . 风 可 以 清 晰 地 看 到 塔 筒 的 振 动 在 风 机 进 入 满 功 率 发 电状 态 后 迅 速 开 始 增 强
到控制 系 统 , 制系 统据此 信 号实施 变 桨控 制给 定 . 控 最 终 触 发 振 动 报 警 并 导 致 风 机 进 入 停 机 状 态
; 色 代 表 功 率 : 色 代 表 发 电 机 转 速 红 黑
率 时 开始 发 生振 动 ,此 时转 子 承 受 最 大 的轴 向力 :
( 风 机 在 变 化 的 风 况 下 产 生 自 然 摆 动 ; 3) 机 自 2) ( 风 然 摆 动 在 发 电 机 转 速 中 诱 发 了 同 样 的 摆 动 : 4) 制 ( 控
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风电机组发电机前轴承加速度高频振动信号由CMS诊断平台采集,数据和诊断结果均通过专业人员和风电场审核确认。加速度高频振动信号通过傅里叶变换得到加速度频谱,进行希尔伯特变换得到加速度包络频谱,对加速度信号进行积分得到速度振动信号,对其进行傅里叶变换得到速度频谱。
5.4时域分析
关键词:风力发电机组;发电机;振动故障
引言
目前我国风力发电机组发生的故障的部件主要为风机传动系统,其中包括主轴、齿轮箱、风机发电系统、叶片等,而目前国内风电机组发生的故障中,大部分是以齿轮箱、发电机故障为主,而除了电气原因导致的故障以外,故障产生的与机组结构振动有关的故障异常更为突出,造成的经济损失也更高。因此,风力发电机组齿轮箱,发电机的振动特性及振动检测研究对提前预警风机故障,以及提高风电机组可靠性也十分重要。
时域分析能直观反应设备的运行状态,故障信号的特征与设备的失效点有良好的对应关系。时域波形所包含的信息量大,但是不容易看出所包含信息与故障失效的联系。
5.5包络分析
在发电机振动包络图中可以明显看出振动存在122.5Hz及其倍频成分,并伴有25Hz的转频调制,经计算查询,该122.5Hz的频率为发电机驱动端轴承内环通过频率,25Hz为发电机1500ram/m的转频。并且幅值最高时出现在122.Hz,由此判断该风机的异常振动为发电机轴承内环通过频率导致,意味着发电机轴承内环可能出现缺陷。
4实际振动引发故障
机组实际振动触发限值并不多见,即便发电机及齿轮箱轴承、主轴轴承发生异常,一般不会引发机舱加速度超过限值。除非严重失效,但也因此故障点已十分明显,本文不做讨论。实际振动故障特点:(1)发生在相对高风速段或启停过程;(2)能够感受到机组运行声音异常及高能振动;(3)从加速度数据(毫秒级)看幅值存在渐变过程,不存在跳变。
2风力发电机组成
风力发电机组主要由风轮、变桨系统、机舱、发电机系统、变流器和塔筒等组成,是将风能转换为机械能,机械能带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备,其控制系统是复杂的刚柔耦合的多维度控制系统。随着机组的容量增大,机组结构和体积也不断增大,从而更容易引发振动问题。风力发电机组的振动特性极其复杂,一般采用在机舱安装加速度传感器的方法对机组的振动进行监测,实时传入主控系统中,并且传感器接入安全链独立回路中。当出现机组振动值超过门限值后,机组将会报出故障,断开安全链,保护机组安全。
导致实际振动的原因有:
(1)机械传动链的某一异常振动频率与系统固有频率重合;
(2)叶轮转矩波动导致共振。
(3)塔筒基础或结构刚性未达到设计要求,导致固有频率下降,与叶轮转频过于接近引发共振;
(4)控制系统异常;
5振动检测诊断方法
5.1数据分析方法
目前数据分析方法主要有时域分析和频域分析两种方法,时域分析方法是用专业软件将采集的数据转换为时域波形,观察时域波形的形状、幅值、周期性等变化情况,从而推断故障发生的原因,由于时域分析方法只能对数据在时域内的特性进行分析处理,分析处理的结果往往不能反映到频域上,不利于对故障定位;频域分析方法是用专业软件将采集的数据转换为频域波形,观察幅值随频率的变化情况,从而推断故障发生的原因。频域分析方法只能对信号的频域成分进行分析,假设检测信号为周期循环,通常分析频谱更多表征为数据检测时段内平均值的概念,很难反映准确对应时序信息,所以数据分析时采用时频联合分析法。即先在时域上进行分析,如果存在明显的周期性波形,将对此波形进行频域分析。
解析风力发电机组发电机振动故障
摘要:风力发电机组振动超限类故障较为常见,不仅因为风电机组结构,细长的叶片及塔筒,沉重的机舱容易产生振动。还有多环节的传动链及偏航系统;复杂的控制策略,开关过程、控制过程,加之一系列动态载荷,如:阵风、湍流、波浪(海上风机)、地震、叶轮转动等;都有容易激发机组的强烈振动;另外测量回路中测量本体,线路虚接及干扰问题造成的测量信息错误引发故障也占了该类故障触发相当大的比重。以上提及的部分都使得该故障频次较高。
3.2检测回路故障处理
无论使用哪种加速度传感器,都会不同程度的受到其测量本体可靠性、传输线路可靠性、接收信号模块故障及干扰问题的影响从而引发故障。因测量本体、接收信号模块以及线路虚接问题,经细致检查或替换备件的方法可以找到故障点。另在新投入风电场可能出现设计算法过于敏感,特殊天气导致机组误报振动加速度故障。
1风力发电控制技术的发展现状
控制技术对于风力发电机的重要性主要体现在以下几方面:(1)风力发电机所获得的风能是随机的、无法控制的。风速、风向、风力的大小会随着客观自然条件的变化而改变,本身并不具有控制性,要想得到控制,就需要通过技术手段来实现。(2)风力发电机的风轮惯性很大,风轮叶片直径在特定的范围内可以有效利用风能。(3)风力发电所需要的并网、脱网都会用到控制技术。现阶段,很多技术都可以应用到风力发电领域,风力发电的控制技术也越来越先进,控制方向越来越多元化。定桨距型风力机只通过连接桨叶、轮毂并不能发生改变,在风速高于额定风速的情况下,通过失速原理可以限制发电机的功率。所谓失速原理,指的是气流达到一定程度的攻角后就会产生涡流。当外界因素让输出功率发生改变时,桨叶的被动失速调节就不会由任何控制,风力发电机组系统就会更加简化。然而,风轮的叶片重量很大,一些部件受力大,所以发电机组的工作效率较低,一些重要部件也很容易损坏。
5.2陷波滤波器设计
机组的功率由转速转矩控制,故障时机组处于发电状态,转速已经达到额定转速,但功率未满发,机组处于控制III区当转速继续下降时,转矩将随之下降,转矩的下降,会使转速在短时间内有一定增大,从而在某种特殊工况下,转速出现了周期性的波动。针对这种情况,一般采取的措施为使用陷波滤波器对特有的频率进行处理,避免转速产生与塔筒固有频率相近的频率信号,从而避免发生共振。
3测量回路引发故障
3.1检测回路基本原理
加速度传感器主要通过对内部质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值,根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。大部分整机厂商应用的是一种电容式加速度传感器,输出信号是加速度正比电压。也有整机厂商应用的是PCH,使用CAN通讯进行传输信号,可以测量X、Y、Z三个方向加速度值。