电控风机变桨控制系统

风电论坛2018-12-05 13:43:45

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1. 变桨控制系统概述

 

 


 

 

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086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

 

 

2 变桨轴承和驱动装置

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  +45°C

 

机舱内温度范围

-35°C  +55°C

工作过程中环境温度范围

-35°C  +55°C

露天环境要求

腐蚀性,盐雾,流砂

相对湿度

+40°C时为5%  95%,露点

 

3.变桨驱动装置

 

 

 



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。

3.3变桨驱动装置平面图

  

 

  

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。

 

 

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  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

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 ,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 , 6000 小时/年,70% 静态  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 kgm²

 

额定驱动功率

3 kW

优选润滑剂 ()

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

优选润滑剂 ()

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()

5

4.雷电保护装置


6-1 雷电保护装置安装顺序

 

 

 

 

 

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


 


 

7 顺桨接近撞块和变桨限位撞块剖面图

 

 

 

 

 

8 变桨限位撞块

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。

 

 


 

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。

 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

 

 

 

 

 

10 极限工作位置撞块和限位开关


 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

 

 

 

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。

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



变桨轴承与轮毂联接

 


M30×290

10.9

48×3=144

HytorcXLT3 SW46mm

Ma=1750 Nm

3.胶

2



变桨轴承用螺栓(安装撞块)

 


M30×?

10.9

57×3=162

HytorcXLT3 46mm套筒

3

齿轮安装压板

 


M20x50(全螺纹)

10.9S

3(每个电机一个)

1.力矩扳手 SW 30

2.Ma=550 Nm

Loctite 243

 

垫圈

20

3



4

变将驱动器与轮毂支架

 


M12(螺母)

10H

36(每个电机12)

力矩扳手 SW 19

Ma=95 Nm

Loctite 243

垫圈(62)

M12(螺母)


36(每个电机12)


5

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

垫圈

M8

200HV

200HV


6

限位开关用螺钉

 

 


M4×25

8.8

6

将力矩扳手(2-20Nm)

7

 

 

 

 

变桨限位撞块用螺钉

 


M10×50

8.8

6

力矩扳手

8

缓冲器用螺钉(内部)

 

 


M10×35

8.8

3

内六角扳手SW8

Ma=32 Nm

Loctite 243

垫圈

M10

200HV

3


9

极限工作位置撞块用螺栓

 


M8×25(全螺纹)

8.8

6

1. 力矩扳手 SW 13

2.Ma=23Nm

3.胶

垫圈

M8

200HV



10

连接板用螺栓

 


M12×30(全螺纹)

8.8

6×3=18


垫圈

M12


9


11

变桨控制柜支

架用螺栓

M16×150(全螺纹)

8.8

12

1.

2.Ma=77Nm

3.

垫圈

M16


12


螺母

M16


12


12

控制柜用螺栓

 

M10×90(全螺纹)

A2-70

12


螺母

M10


12


垫圈

M10


12


13

轮毂与齿轮箱上用螺柱

 


M36

10.9

48

1.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)

8.8

6


15

滑环

 




1

 

9.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/

轮毂罩(1201079

玻璃钢

135

3

变桨轴承(931685001

42CrMo4

1087

3

变桨减速电机


280

3

分隔壁(1201082

玻璃钢

49.4

3

楔形盘(1201067

Q235D

100

3

导流帽(1201087

玻璃钢

124.7

1

变桨电控支架(1201027

焊接件

24.3

3

变桨限位撞块(1200654

Q345D

11

3

顺桨接近撞块(1200644

Q235B

0.24

3

极限工作位置撞块(1201066

Q235B

0.3

3

雷电保护爪(1200080

0Cr18Ni9

1.3

9

变桨小齿轮(1200045b

18CrNiMo7-6

41

3

定距套(1201032

45

0.25

4

缓冲块(1101959

PUR

0.1

3

压板(1200081

45

1.6

3

轮毂(1200760

球墨铸铁

11250

1

转子装配(1201166


17981.9



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