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1、华锐风电科技有限公司 风力发电机组培训教材 变桨部分 编制：历晓杰编制：历晓杰 日期：日期：2006-3-132006-3-131.变桨控制系统简介 变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置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。生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。变变桨桨控控制制系系统统是是通通过过改改变
2、变叶叶片片迎迎角角，实实现现功功率率变变化化来来进进行行调调节节的的。通通过过在在叶叶片片和和轮轮毂毂之之间间安安装装的的变变桨桨驱驱动动电电机机带带动动回回转转轴轴承承转转动动从从而而改改变变叶叶片片迎迎角角，由由此此控控制制叶叶片片的的升升力力，以以达达到到控控制制作作用用在在风风轮轮叶叶片片上上的的扭扭矩矩和和功功率率的的目目的的。在在9090度度迎迎角角时时是是叶叶片片的的工工作作位位置置。在在风风力力发发电电机机组组正正常常运运行行时时，叶叶片片向向小小迎迎角角方方向向变变化化而而达达到到限限制制功功率率。一一般般变变桨桨角角度度范范围围为为0 08686度度。采采用用变变桨桨矩矩调
3、调节节，风风机机的的启启动动性性好好、刹刹车车机机构构简简单单，叶叶片片顺顺桨桨后后风风轮轮转转速速可可以以逐逐渐渐下下降降、额额定定点点以以前前的的功功率率输输出出饱饱满满、额额定定点点以以的的输输出出功功率率平平滑滑、风风轮轮叶叶根根承承受受的的动动、静静载载荷荷小小。变变桨桨系系统统作作为为基基本本制制动动系系统统，可可以以在在额额定定功功率率范范围围内内对对风风机机速速度度进行控制。进行控制。变桨控制系统有四个主要任务：变桨控制系统有四个主要任务：1.1.通通过过调调整整叶叶片片角角把把风风机机的的电电力力速速度度控控制制在规定风速之上的一个恒定速度。在规定风速之上的一个恒定速度。2.
4、2.当当安安全全链链被被打打开开时时，使使用用转转子子作作为为空空气气动力制动装置把叶子转回到羽状位置（安全运行）。动力制动装置把叶子转回到羽状位置（安全运行）。3.3.调调整整叶叶片片角角以以规规定定的的最最低低风风速速从从风风中中获获得适当的电力。得适当的电力。4.4.通通过过衰衰减减风风转转交交互互作作用用引引起起的的震震动动使使风风机上的机械载荷极小化。机上的机械载荷极小化。2.变桨轴承2.1安装位置 变变桨桨轴轴承承安安装装在在轮轮毂毂上上，通通过过外外圈圈螺螺栓栓把把紧紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合运动，并与叶片联接。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
5、风向发生变化时，当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带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，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升力，以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的。的目的。2.3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。向载荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。位置位置1 1
6、：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。位置位置2 2：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。位置位置3 3：S S标记，轴承淬硬轨迹的始末点，此区标记，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。轴承承受力较弱，要避免进入工作区。位置位置4 4：位置工艺孔。：位置工艺孔。位置位置5 5：定位销孔，用来定位变桨轴承和轮毂。：定位销孔，用来定位变桨轴承和轮毂。位置位置6 6：进油孔，在此孔打入润滑油，起到润：进油孔，在此孔打入润滑油，起到润滑轴承作用。滑轴承作用。位置位置7 7：最小滚动圆直径的标记（啮合圆）。：最小滚动圆直
7、径的标记（啮合圆）。2.4变桨轴承基本维护 1.1.检查变桨轴承表面清洁度。检查变桨轴承表面清洁度。2.2.检查变桨轴承表面防腐涂层。检查变桨轴承表面防腐涂层。3.3.检查变桨轴承齿面情况。检查变桨轴承齿面情况。4.4.变桨轴承螺栓的紧固。变桨轴承螺栓的紧固。5.5.变桨轴承润滑。变桨轴承润滑。2.5变桨系统工作环境安装地点安装地点 内陆和沿海地区内陆和沿海地区 工作寿命工作寿命 2020年年 环境温度范围环境温度范围 -35C-35C 到到 +45C+45C 机舱内温度范围机舱内温度范围 -35C-35C 到到 +55C+55C 工作过程中环境温度范围工作过程中环境温度范围 -35C-35C
8、 到到 +55C+55C 露天环境要求露天环境要求 腐蚀性，盐雾，流砂腐蚀性，盐雾，流砂 相对湿度相对湿度 在在+40C+40C时为时为5%5%到到 95%95%，露点，露点 3.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保证啮合间隙应在0.20.20.5mm0.5mm之间，间隙由加工之间，间隙由加工精度保证，无法调整。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。变桨驱动装置由变桨电机和变桨齿轮箱两
9、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
10、服电动机。电动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。由变频器连接到直流母线供给电流。3.4变桨驱动装置平面图 位位置置1 1：压压板板用用螺螺纹纹孔孔，用用于于安安装装小小齿齿轮轮压压板。板。位位置置2 2：驱驱动动器器吊吊环环，用用于于起起吊吊安安装装变变桨桨驱驱动器。动器。位置位置3 3：螺柱。与轮毂联接用。：螺柱。与轮毂联接用。位置位置4 4：电机接线盒。：电机接线盒。3.5变桨驱动装置的基本维护 1.1.检查变将驱动装置表面清洁度。检查变将驱动装置表面清洁度。2.2.检查变将驱动装置表面防腐层。检查变将驱动装置表面防腐层。3.3.检查变桨电机是
11、否过热、有异常噪声等。检查变桨电机是否过热、有异常噪声等。4.4.检查变桨齿轮箱润滑油。检查变桨齿轮箱润滑油。5.5.检查变桨驱动装置螺栓紧固。检查变桨驱动装置螺栓紧固。3.6变桨电机技术参数电机类型电机类型 异步电机异步电机 数数 量量每个叶片一个，总共每个叶片一个，总共3 3个个额定功率额定功率 3 kW 3 kW 极数极数 可选择可选择 额定电压额定电压 3 3 相相 400 VAC400 VAC频率频率 50 Hz 50 Hz 防护等级防护等级 IP 55 IP 55 齿轮输入速度齿轮输入速度 取决于极对数取决于极对数 旋转方向旋转方向 双向，均布双向，均布 温度等级温度等级 F,F,
12、在环境温度为在环境温度为+55C+55C时能力为时能力为F F 级级 冷却冷却 用一个风扇强制风冷用一个风扇强制风冷 温度检测温度检测 一个内置在定子绕组中一个内置在定子绕组中的的 Pt-100 Pt-100 工作模式工作模式 变频器操作，增加变频器操作，增加 du/du/dtdt 值值,增加铁心损耗增加铁心损耗,增加电压峰值增加电压峰值 电机连接电机连接 单传动单传动,闭合环路闭合环路 工作时间工作时间 100%100%，当制动器有飞轮，当制动器有飞轮时，电机必须持续保持时，电机必须持续保持叶片在工作位置叶片在工作位置 动态工作动态工作最大加速度最大加速度125 1 rpm/s 125 1
13、rpm/s 扭矩限制扭矩限制最大扭矩限制到最大扭矩限制到65 Nm 65 Nm 电缆长度电缆长度 3.0 m 3.0 m 使用寿命使用寿命 20 20 年年,6000,6000 小时小时/年年,70%,70%静态静态 和和 30%30%动态动态位置控制位置控制,采用脉动负荷。采用脉动负荷。3.7变桨齿轮箱技术参数数数 量量 每个叶片一个，共每个叶片一个，共3 3个个 额定输出扭矩额定输出扭矩 7500 Nm 7500 Nm 最大输出扭矩最大输出扭矩 (静态静态)9300 Nm 9300 Nm 额定传动速度额定传动速度 取决于电机中的极对数取决于电机中的极对数 传动比传动比 取决于电机中的极对数
14、取决于电机中的极对数额定输出速度额定输出速度 9.09 1/rpm 9.09 1/rpm 相对于输出端（低速轴），相对于输出端（低速轴），电机和齿轮箱的最大惯性电机和齿轮箱的最大惯性矩矩 320 kgm 320 kgm 额定驱动功率额定驱动功率 3 kW 3 kW 优选润滑剂优选润滑剂 (脂脂)MOBILITH SHC 460MOBILITH SHC 460如果使如果使用其它润滑剂，必须提供用其它润滑剂，必须提供与优选润滑剂的相容证明与优选润滑剂的相容证明 维护周期维护周期 (脂脂)20 20 年年 优选润滑剂优选润滑剂 (油油)MOBILGEAR SHC XMP 320MOBILGEAR S
15、HC XMP 320如果使用其它润滑剂，必如果使用其它润滑剂，必须提供与优选润滑剂的相须提供与优选润滑剂的相容证明容证明 维护周期维护周期(油油)5 5 年年 4.雷电保护装置4.1安装位置 雷雷电电保保护护装装置置在在变变桨桨装装置置中中的的具具体体位位置置见见图图1 1，在在大大齿齿圈圈下下方方偏偏左左一一个个螺螺栓栓孔孔的的位位置置装装第第一一个个保护爪，然后保护爪，然后120120等分安装另外两个雷电保护爪。等分安装另外两个雷电保护爪。4.2组成部件 雷雷电电保保护护爪爪主主要要由由三三部部分分组组成成,按按照照安安装装顺顺序序从上到下依次是垫片压板，炭纤维刷和集电爪。从上到下依次是垫
16、片压板，炭纤维刷和集电爪。4.3工作原理 雷雷电电保保护护装装置置可可以以有有效效的的将将作作用用在在轮轮毂毂和和叶叶片片上上的的电电流流通通过过集集电电爪爪导导到到地地面面，避避免免雷雷击击使使风风机机线线路路损损坏坏。炭炭纤纤维维刷刷是是为为了了补补偿偿静静电电的的不不平平衡衡，雷雷击击通通过过风风机机的的金金属属部部分分传传导导。在在旋旋转转和和非非旋旋转转部部分分的的过过渡渡处处采采用用火火花花放放电电器器。这这个个系系统统有有额额外外的的电电刷刷来来保护轴承和提供静电平衡的方法。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 1.1.检查雷电保护装置的表面清洁。检查雷电保
17、护装置的表面清洁。2.2.检查炭刷纤维的是否完好。检查炭刷纤维的是否完好。3.3.检查雷电保护装置螺栓的紧固。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变桨限位撞块5.1安装位置 变变桨桨限限位位撞撞块块安安装装在在变变桨桨轴轴承承内内圈圈内内侧侧，与与缓冲块配合使用。缓冲块配合使用。5.2工作原理 当当叶叶片片变变桨桨趋趋于于最最大大角角度度的的时时候候，变变桨桨限限位位撞撞块块会会运运行行到到缓缓冲冲块块上上起起到到变变桨桨缓缓冲冲作作用用，以以保保护护变变桨系统，保证系统正常运行。桨系统，保证系统正常运行。位位置置1 1：变变桨桨限限位位撞撞块块与与变变桨桨轴轴承承连连接
18、接时时定定位位导向螺钉孔。导向螺钉孔。位位置置2 2：顺顺桨桨接接近近撞撞块块安安装装螺螺栓栓孔孔，与与变变桨桨限限位撞块连接。位撞块连接。位位置置3 3：变变桨桨限限位位撞撞块块安安装装螺螺栓栓孔孔，与与变变桨桨轴轴承连接。承连接。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。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号后
19、会传递给变桨系统，提示叶片已经处于顺桨位置。位置。5.5顺桨接近撞块和变桨限位撞块的基本维护 1.1.检查顺桨感光装置的清洁度，以保证能够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。正常接受感光信号。2.2.检查易损件缓冲块，做到及时更换。检查易损件缓冲块，做到及时更换。3.3.检查各撞块螺栓的紧固。检查各撞块螺栓的紧固。6.极限工作位置撞块和限位开关极限工作位置撞块和限位开关 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极限工作位置撞块安装在内圈内侧两个对应的螺栓孔上。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，极限工作位置当变桨轴承趋于极限
20、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，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。轴承已经处于极限工作位置。6.3限位开关的基本维护限位开关的基本维护 1.1.检查检查开关灵敏度，是否有松动。开关灵敏度，是否有松动。2.2.检查限位开关接线是正常，手动刹车测试。检查限位开关接线是正常，手动刹车测试。3.3.检查螺栓紧固。检查螺栓紧固。7.变频柜和变频
21、柜和电池柜柜 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。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。变都有一个制动断路器在制动状态时避免过高电
22、压。变频器应留有与频器应留有与PLCPLC的通讯接口。的通讯接口。位置位置1 1：柜子支架安装螺纹孔。：柜子支架安装螺纹孔。位置位置2 2：连接板安装螺纹孔。：连接板安装螺纹孔。7.3变频柜和电池柜基本维护变频柜和电池柜基本维护 1.1.变浆控制柜变浆控制柜/轮毂之间缓冲器是否有磨损。轮毂之间缓冲器是否有磨损。2.2.变浆控制柜内接线是否有松动。变浆控制柜内接线是否有松动。3.3.柜子支架及柜子的螺栓紧固。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.变桨轴承与轮毂连接规格规格M30290 M30290 强度强度10.9 10.9 数量数量483=144 483=144 其它
23、其它HytorcXLT3 HytorcXLT3 SW46mmSW46mm；Ma=1750 Nm Ma=1750 Nm 2.变桨轴承用螺栓（包括安装撞块）规格规格M30M30强度强度10.9 10.9 数量数量573=162 573=162 其它其它HytorcXLT3 46mmHytorcXLT3 46mm套筒套筒3.齿轮安装压板规格M20 x50(全螺纹)强度10.9S 数量13=3其它1.力矩扳手 SW 30；Ma=550 Nm2.涂Loctite 243 胶 4.变将驱动器与轮毂支架 规格M12（螺母）强度10H数量312=36其它1.力矩扳手 SW 19；Ma=95 Nm2.涂Loct
24、ite 243 胶 5.顺桨接近撞块规格M815(全螺纹)强度8.8s 数量32=6其它1.力 矩 扳 手 SW 13；Ma=23Nm2.涂Loctite 243 胶 6.限位开关用螺钉规格M425 强度8.8 数量32=6其它力矩扳手（2-20Nm）7.变桨限位撞块用螺钉 规格M1050强度8.8 数量32=6其它力矩扳手（2-20Nm）8.缓冲器用螺钉规格M1035 强度8.8 数量31=3其它1.内六角扳手SW8；Ma=32 Nm2.涂Loctite 243 胶 9.极限工作位置撞块用螺栓 规格M825(全螺纹)强度8.8 数量32=6其它力矩扳手 SW 13Ma=23Nm 10.连接板
25、用螺栓 规格M1230(全螺纹)强度8.8 数量36=18其它11.变桨控制柜支架用螺栓 规格M16150（全螺纹）)强度8.8 数量34=12其它Ma=77Nm 12.控制柜用螺栓 规格M1090（全螺纹）强度A2-70 数量34=12其它13.轮毂与齿轮箱上用螺柱 规格M36 强度10.9 数量316=48其它Hydac XLT3,SW 55,叉形力矩扳手,SW 55;Ma=2700 Nm 14.锁紧作用螺栓 规格M2040(全螺纹)强度8.8 数量32=6其它15.滑环规格强度数量1其它附一.轮毂各部件基本属性统计部件名称部件名称(图号图号)材质材质 重量重量/件件（KgKg）数量数量/
26、台台 轮毂罩轮毂罩（12010791201079）玻璃钢玻璃钢1351353 3变桨轴承变桨轴承（93168500931685001 1）42CrMo4 42CrMo4 1087 1087 3 3变桨减速电变桨减速电机机（570538570538）2802803 3分隔壁分隔壁（12010821201082）玻璃钢玻璃钢49.449.43 3楔形盘楔形盘（12010671201067）Q235D Q235D 1001003 3部件名称部件名称(图号图号)材质材质 重量重量/件件（KgKg）数量数量/台台 导流帽导流帽（12010871201087）玻璃钢玻璃钢124.7124.71 1变桨电控
27、支变桨电控支架架（12010271201027）焊接件焊接件 24.324.33 3变桨限位撞变桨限位撞块块（12006541200654）Q345D Q345D 11113 3顺桨接近撞顺桨接近撞块块（12006441200644）Q235B Q235B 0.240.243 3部件名称部件名称(图号图号)材质材质 重量重量/件件（KgKg）数量数量/台台 极限工作位极限工作位置撞块置撞块（12010661201066）Q235B Q235B 0.30.33 3雷电保护爪雷电保护爪（12000801200080）0Cr18Ni90Cr18Ni91.31.39 9变桨小齿轮变桨小齿轮（1200045b1200045b）18CrNiMo7-18CrNiMo7-6 6 41413 3定距套定距套（12010321201032）45 45 0.250.254 4部件名称部件名称(图号图号)材质材质 重量重量/件件（KgKg）数量数量/台台 缓冲块缓冲块（11019591101959）PUR PUR 0.10.13 3压板压板（12000811200081）45451.61.63 3轮毂轮毂（12007601200760）球墨铸铁球墨铸铁 11250 11250 1 1转子装配转子装配（12011661201166）45 45 17981.9 17981.9 1 1