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 日期：2006-3-13 1.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 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 2.1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。 2.3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 -35C 到 +45C 机舱内温度范围 -35C 到 +55C 工作过程中环境温度范围 -35C 到 +55C 露天环境要求 腐蚀性，盐雾，流砂 相对湿度 在+40C时为5% 到 95% ，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 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0.20.5mm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。 3.4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。 3.5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。 3.6变桨电机技术参数 电机类型 异步电机 数 量每个叶片一个，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+55C 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 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。 3.7变桨齿轮箱技术参数 数 量 每个叶片一个，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 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 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 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。 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 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 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.变桨轴承与轮毂连接 规格M30290 强度10.9 数量483=144 其它HytorcXLT3 SW46mm； Ma=1750 Nm 2.变桨轴承用螺栓（包 括安装撞块） 规格M30 强度10.9 数量573=162 其它HytorcXLT3 46mm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 Nm 2.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 Nm 2.涂Loctite 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=23Nm 2.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 Nm 2.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 13 Ma=23Nm 10.连接板用螺栓 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M2