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

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

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

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。

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。

变桨轴承的剖面图

6

一

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7

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

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）。

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。

下表列举了变桨系统工作环境

3.变桨驱动装置

变桨电机

变桨齿轮箱安装螺柱

图4 变桨驱动装置

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～之间，间隙由加工精度保证，无法调整。

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。

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。 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

3

4

变桨电机技术参数：

变桨齿轮箱技术参数：

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(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

图6-2 雷电保护装置

集电爪

炭纤维刷

垫片压板

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。

.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。

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。

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。