第四章　變速變槳距風電機組

第一節(jié)變速變槳距機組的特點【知識目標】①了解變槳距機組的結(jié)構(gòu)特點以及變槳距機構(gòu)的作用。②掌握液壓變槳系統(tǒng)和電動變槳系統(tǒng)的工作特性，理解各自不同的優(yōu)缺點。③理解變速變槳距機組的運行控制特點?！炯寄苣繕恕竣僮R別定速定槳距機組和變速變槳距機組的不同結(jié)構(gòu)，解讀其不同的功率曲線比較。②認知液壓變槳系統(tǒng)與電動變槳系統(tǒng)、內(nèi)齒輪和外齒輪電動變槳機構(gòu)的特點。③識讀風能利用系數(shù)、葉尖速比和葉片節(jié)距角的非線性關(guān)系。④描述變速變槳距機組的啟動和制動性能。葉片與輪轂之間通過軸承連接，通過改變?nèi)~片迎風面與縱向旋轉(zhuǎn)軸的夾角進行變距調(diào)節(jié)，從而影響葉片的受力和阻力，限制大風時風機輸出功率的增加，保持輸出功率恒定。

一、變速變槳距機組的結(jié)構(gòu)特點

變速變槳距機組主要包括塔架、輪轂、葉片、變槳距機構(gòu)、主軸、變速箱、變速發(fā)電機、變頻器、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制等。

變槳距機構(gòu)的作用：

①風機切入、切出時減少沖擊；

②超過額定風速時限制功率；

③氣動剎車。

變槳距執(zhí)行系統(tǒng)（圖4-1）是一個隨動系統(tǒng)，有液壓變槳和電動變槳兩種。

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圖4-1變槳距執(zhí)行系統(tǒng)

1液壓變槳系統(tǒng)

液壓變槳系統(tǒng)以液體壓力驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，液壓變槳系統(tǒng)又可分為葉片單獨變距和統(tǒng)一變距兩種類型。

液壓變槳系統(tǒng)以電動液壓泵作為工作動力，液壓油作為傳遞介質(zhì)，電磁閥作為控制單元，通過將油缸活塞桿的徑向運動變?yōu)槿~片的圓周運動來實現(xiàn)葉片的變槳距。

（1）液壓變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

液壓變槳系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，包括主控PLC、液壓電機、液壓機械泵、液壓油油箱、儲能罐、濾芯、濾芯缸、油管、變槳缸、變槳連桿、爆破閥、比例閥、電磁閥、壓力傳感器、位置傳感器等，如圖4-2所示。

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圖4-2液壓變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

液壓變槳系統(tǒng)的優(yōu)點：出力大，動作平穩(wěn)，無后沖間隙，由蓄能器提供可靠安全的保護。缺點：液壓油、過濾器需定期檢測、更換；液壓油有泄漏，可能造成污染；液壓泵動作頻繁耗能大、噪聲大。

（2）電動變槳系統(tǒng)

電動變槳系統(tǒng)以伺服電機驅(qū)動齒輪實現(xiàn)變距調(diào)節(jié)，3個葉片分別帶有獨立的電驅(qū)動變槳距系統(tǒng)。

機械結(jié)構(gòu)主要包括伺服電機、伺服驅(qū)動器、回轉(zhuǎn)支承、減速裝置、傳感器和2個限位開關(guān)等，如圖4-3和圖4-4所示。伺服電機有異步電機、直流電機和三相永磁同步電機三種。

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圖4-3內(nèi)齒輪電動變槳距機構(gòu)

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圖4-4外齒輪電動變槳距機構(gòu)

減速裝置固定在輪轂上，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)安裝在葉片上，葉片軸承的外環(huán)固定在輪轂上。當變槳距系統(tǒng)上電后，伺服電機帶動減速機的輸出軸小齒輪旋轉(zhuǎn)，而小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)相嚙合，從而帶動回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)與葉片一起旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)槳距角節(jié)距角β的控制。

液壓變槳系統(tǒng)與電動變槳系統(tǒng)相比，液壓傳動的單位體積小、重量輕、剛度大、定位精確、動態(tài)響應(yīng)好、扭矩大并且無需變速機構(gòu)，在失電時將蓄壓器作為備用動力源對葉片進行全順槳作業(yè)而無需設(shè)計備用電源。

液壓變槳的機構(gòu)和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，且存在漏油、卡塞等現(xiàn)象。

葉片是在不斷旋轉(zhuǎn)的，必須通過一個旋轉(zhuǎn)接頭將機艙內(nèi)液壓站的液壓油管路引入旋轉(zhuǎn)中的輪轂，液壓油的壓力在20MPa左右，因此制造工藝要求較高，難度較大，