风力发电机变桨控制系统培训教材

变桨控制系统培训教材 1 变桨控制系统概述 图 1 变桨系统 变桨控制系统包括三个主要部件 驱动装置 电机 齿轮箱和变桨轴承 从额定功率起 通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动 实现 风机的功率控制 如果一个驱动器发生故障 另两个驱动器可以安全地使风机 停机 变桨控制系统是通过改变叶片迎角 实现功率变化来进行调节的 通过在 叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角 由 此控制叶片的升力 以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的 在90 轮毂 变桨轴承 变桨驱动器 雷电保护装置 变桨控制柜 撞块装置 限位开关装置 度迎角时是叶片的工作位置 在风力发电机组正常运行时 叶片向小迎角方向 变化而达到限制功率 一般变桨角度范围为0 86度 采用变桨矩调节 风机的 启动性好 刹车机构简单 叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降 额定点以前的 功率输出饱满 额定点以的输出功率平滑 风轮叶根承受的动 静载荷小 变 桨系统作为基本制动系统 可以在额定功率范围内对风机速度进行控制 变桨控制系统有四个主要任务 1 通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度 2 当安全链被打开时 使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状 位置 安全运行 3 调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力 4 通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化 2 变桨轴承 图2 变桨轴承和驱动装置 变桨轴承 变桨驱动装置 2 1 安装位置 变桨轴承安装在轮毂上 通过外圈螺栓把紧 其内齿圈与变桨驱动装置啮 合运动 并与叶片联接 2 2 工作原理 当风向发生变化时 通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对 风向地迎角 使叶片保持最佳的迎风状态 由此控制叶片的升力 以达到控制 作用在叶片上的扭矩和功率的目的 2 32 3 变桨轴承的剖面图 图3 变桨轴承的剖面图 从剖面图可以看出 变桨轴承采用深沟球轴承 深沟球轴承主要承受纯径 向载荷 也可承受轴向载荷 承受纯径向载荷时 接触角为零 位置1 变桨轴承外圈螺栓孔 与轮毂联接 位置2 变桨轴承内圈螺栓孔 与叶片联接 位置3 S标记 轴承淬硬轨迹的始末点 此区轴承承受力较弱 要避免进 12345 6 一 7 入工作区 位置4 位置工艺孔 位置5 定位销孔 用来定位变桨轴承和轮毂 位置6 进油孔 在此孔打入润滑油 起到润滑轴承作用 位置7 最小滚动圆直径的标记 啮合圆 2 4 变桨轴承的基本维护 1 检查变桨轴承表面清洁度 2 检查变桨轴承表面防腐涂层 3 检查变桨轴承齿面情况 4 变桨轴承螺栓的紧固 5 变桨轴承润滑 2 5 下表列举了变桨系统工作环境 安装地点内陆和沿海地区 工作寿命20 年 环境温度范围 35 C 到 45 C 机舱内温度范围 35 C 到 55 C 工作过程中环境温度范围 35 C 到 55 C 露天环境要求腐蚀性 盐雾 流砂 相对湿度在 40 C 时为 5 到 95 露点 3 变桨驱动装置 图4 变桨驱动装置 3 1 安装位置 变桨驱动装置通过螺柱与轮毂配合联接 变桨齿轮箱前的小齿轮与变桨轴 承内圈啮合 并要保证啮合间隙应在0 2 0 3mm之间 间隙由加工精度保证 无法调整 3 2 组成部件 变桨驱动装置由变桨电机和变桨齿轮箱两部分组成 3 3 工作原理 变桨齿轮箱必须为小型并且具有高过载能力 齿轮箱不能自锁定以便小齿 轮驱动 为了调整变桨 叶片可以旋转到参考位置 顺桨位置 在该位置叶片 以大约双倍的额定扭矩瞬间压下止挡 这在一天运行之中可以发生多次 通过 短时间使变频器和电机过载来达到要求的扭矩 齿轮箱和电机是直联型 变桨 电机是含有位置反馈和电热调节器的伺服电动机 电动机由变频器连接到直流 母线供给电流 变桨电机 变桨齿轮箱安装螺柱 3 3 变桨驱动装置平面图 图5 变桨驱动装置平面图 位置1 压板用螺纹孔 用于安装小齿轮压板 位置2 驱动器吊环 用于起吊安装变桨驱动器 位置3 螺柱 与轮毂联接用 位置4 电机接线盒 3 4 变桨驱动装置的基本维护 1 检查变将驱动装置表面清洁度 2 检查变将驱动装置表面防腐层 3 检查变桨电机是否过热 有异常噪声等 4 检查变桨齿轮箱润滑油 5 检查变桨驱动装置螺栓紧固 1 2 34 3 5 变桨电机技术参数 电机类型异步电机 数 量每个叶片一个 一套风机总共 3 个 额定功率 3 kW 极数可选择 额定电压 3 相 400 VAC 频率 50 Hz 防护等级 IP 55 齿轮输入速度取决于极对数 旋转方向双向 均布 温度等级F 在环境温度为 55 C 时能力为 F 级 冷却用一个风扇强制风冷 温度检测一个内置在定子绕组中的 Pt 100 工作模式电机适合变频器操作 增加 du dt 值 增加铁心损耗 增加电压峰值 电机连接单传动 闭合环路 工作时间100 当制动器有飞轮时 电机必须 持续保持叶片在工作位置 动态工作 相对于齿轮输出 最大加速度 125 1 rpm s 扭矩限制最大扭矩限制到 65 Nm 电缆长度 3 0 m 使用寿命 20 年 6000 小时 年 70 静态 和 30 动态位置控制 采用脉动负荷 3 6 变桨齿轮箱技术参数 数 量每个叶片一个 一套风机总共 3 个 额定输出扭矩 7500 Nm 最大输出扭矩 静态 9300 Nm 额定传动速度取决于电机中的极对数 传动比取决于电机中的极对数 额定输出速度 9 09 1 rpm 相对于输出端 低速轴 电机和齿轮 箱的最大惯性矩 320 kgm 额定驱动功率 3 kW 优选润滑剂 脂 MOBILITH SHC 460 如果使用其它润滑 剂 必须提供与优选润滑剂的相容证 明 维护周期 脂 20 年 优选润滑剂 油 MOBILGEAR SHC XMP 320 如果使用其它 润滑剂 必须提供与优选润滑剂的相 容证明 维护周期 油 5 年 4 雷电保护装置 图6 1 雷电保护装置安装顺序 集电爪 炭纤维刷 垫片压板 图6 2 雷电保护装置 4 1 安装位置 雷电保护装置在变桨装置中的具体位置见图 1 在大齿圈下方偏左一个螺 栓孔的位置装第一个保护爪 然后 120 等分安装另外两个雷电保护爪 4 2 组成部件 雷电保护爪主要由三部分组成 按照安装顺序图 6 2 从上到下依次是垫片压 板 炭纤维刷和集电爪 4 3 工作原理 雷电保护装置可以有效的将作用在轮毂和叶片上的电流通过集电爪导到地 面 避免雷击使风机线路损坏 炭纤维刷是为了补偿静电的不平衡 雷击通过 风机的金属部分传导 在旋转和非旋转部分的过渡处采用火花放电器 这个系 统有额外的电刷来保护轴承和提供静电平衡的方法 4 4 雷电保护装置的基本维护 1 检查雷电保护装置的表面清洁 2 检查炭刷纤维的是否完好 3 检查雷电保护装置螺栓的紧固 5 顺桨接近撞块和变桨限位撞块 图7 顺桨接近撞块和变桨限位撞块剖面图 图 8 变桨限位撞块 变桨限位撞块 顺桨接近撞块 缓冲块 顺桨感光装置 2 1 3 5 1 安装位置 变桨限位撞块安装在变桨轴承内圈内侧 与缓冲块配合使用 5 2 工作原理 当叶片变桨趋于最大角度的时候 变桨限位撞块会运行到缓冲块上起到变 桨缓冲作用 以保护变桨系统 保证系统正常运行 位置 1 变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向螺钉孔 位置 2 顺桨接近撞块安装螺栓孔 与变桨限位撞块连接 位置 3 变桨限位撞块安装螺栓孔 与变桨轴承连接 图9 顺桨接近撞块 5 3 安装位置 顺桨接近撞块安装在变桨限位撞块上 与顺桨感光装置配合使用 5 4 工作原理 当叶片变桨趋于顺桨位置时 顺桨接近撞块就会运行到顺桨感光装置上方 感光装置接受信号后会传递给变桨系统 提示叶片已经处于顺桨位置 5 5 顺桨接近撞块和变桨限位撞块的基本维护 1 检查顺桨感光装置的清洁度 以保证能够正常接受感光信号 2 检查易损件缓冲块 做到及时更换 3 检查各撞块螺栓的紧固 6 极限工作位置撞块和限位开关 图10 极限工作位置撞块和限位开关 极限工作位置撞块 限位开关撞杆限位开关 图11 极限工作位置撞块 6 1 安装位置 极限工作位置撞块安装在内圈内侧两个对应的螺栓孔上 6 2 工作原理 当变桨轴承趋于极限工作位置时 极限工作位置撞块就会运行到限位开关 上方 与限位开关撞杆作用 限位开关撞杆安装在限位开关上 当其受到撞击 后 限位开关会把信号通过电缆传递给变频柜 提示变桨轴承已经处于极限工 作位置 6 3 限位开关的基本维护 1 检查开关灵敏度 是否有松动 2 检查限位开关接线是正常 手动刹车测试 3 检查螺栓紧固 7 变频柜和电池柜 图12 电池柜和变频柜 7 1 安装位置 变频柜和电池柜安装在柜子支架上 柜子支架安装在轮毂上 7 2 工作原理 电池柜系统的目的是保证变桨系统在外部电源中断时可以安全操作 电池 柜是通过二极管连接到变频器共用的直流母线供电装置 在外部电源中断时由 电池供应电力保证变桨系统的安全工作 每一个变频器都有一个制动断路器在 制动状态时避免过高电压 变频器应留有与PLC的通讯接口 位置1 柜子支架安装螺纹孔 位置2 连接板安装螺纹孔 1 2 电池柜 变频柜 柜子支架 7 3 变频柜和电池柜基本维护 1 变浆控制柜 轮毂之间缓冲器是否有磨损 2 变浆控制柜内接线是否有松动 3 柜子支架及柜子的螺栓紧固 8 轮毂变桨装置按螺栓分部件统计 1 2 3 4 10 11 12 14 5 7 6 9 13 15 8 15 1 变桨轴承与轮毂联接 M30 29010 948 3 144HytorcXLT3 SW46mm Ma 1750 Nm 3 胶 2 变桨轴承用螺栓 安装撞块 M30 10 957 3 162HytorcXLT3 46mm 套筒 齿轮安装压板M20 x50 全 螺纹 10 9S 3 每个电机 一个 1 力矩扳手 SW 30 2 Ma 550 Nm 涂 Loctite 243 胶 3 垫圈 203 变将驱动器与轮毂支架M12 螺母 10H36 每个电 机 12 力矩扳手 SW 19 Ma 95 Nm 涂 Loctite 243 胶 4 垫圈 62 M12 螺母 36 每个电 机 12 安装顺桨接近撞块M8 15 全 螺纹 8 8s 6 每个撞块 上 2 个 1 力矩扳手 SW 13 2 Ma 23Nm 3 涂 Loctite 243 胶 5 垫圈 M8200HV200HV 6 限位开关用螺钉 M4 258 86 将力矩扳手 2 20Nm 7 变桨限位撞块用螺钉 M10 508 86 力矩扳手 缓冲器用螺钉 内部 M10 358 83 内六角扳手 SW8 Ma 32 Nm 涂 Loctite 243 胶 8 垫圈 M10200HV3 极限工作位置撞块用螺栓M8 25 全 螺纹 8 86 1 力矩扳手 SW 13 2 Ma 23Nm 3 胶 9 垫圈 M8200HV 连接板用螺栓 M12 30 全螺纹 8 86 3 1810 垫圈 M129 变桨控制柜支架用螺栓 M16 150 全螺纹 8 8121 2 Ma 77Nm 3 垫圈 M1612 11 螺母 M1612 控制柜用螺栓M10 90 全螺纹 A2 7012 螺母 M1012 12 垫圈 M1012 13 轮毂与齿轮箱上用螺柱 M3610 9481 Hydac XLT3 SW 55 叉形力 矩扳手 SW 55 2 Ma 2700 Nm 14 锁紧作用螺栓 M20 40 全螺纹 8 86 15 滑环 1 9 9 轮毂各部件基本属性统计轮毂各部件基本属性统计 部件名称 图号 材质重量 件 Kg 数量 台 轮毂罩 1201079 玻璃钢135 3 变桨轴承 931685001 42CrMo410873 变桨减速电机2803 分隔壁 1201082 玻璃钢49 43 楔形盘 1201067 Q235D1003 导流帽 1201087 玻璃钢124 71