发布时间 : 星期日 文章基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读83cbf49f14791711cd791767
第2章 风力发电机及偏航系统的工作原理
2.1 风力发电机组的基本介绍
2.1.1 风力发电机的分类
风力发电机可以分为很多类型可以从结构、功能、组成方面的不同分为不同的种类：
（1）按照风力发电机主轴与水平方向夹角大小的不同可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
（2）按照叶片数量也不相同可以有1个叶片﹑2个叶片﹑3个叶片和多个叶片等不同型号的风机。
（3）按照输出容量的不同可分为小型、中型、大型、兆瓦级系列。 （4）按功率调节方式的不同分为定桨恒频型、变桨恒频型、主动失速型和独立变桨型。
（5）根据风电机的组成机构的不同可分为直驱式和双馈式。 （6）根据发电机结构的不同分为异步型风力发电机和同步型风力发电机[3]。
本文主要研究的是2.0MW双馈式异步发电机的偏航系统的设计
2.1.2 风力发电机的基本构成及原理
风力发电机组的工作原理是将风的动能转换成风机风轮旋转的机械能，再将机械能转换成电能，以并将电能的频率保持在要求的频率后输送到电网中的过程 。
风力发电机组由四大组成部分，分别是风轮、机舱、塔架和基础。 风轮主要由叶片、轮毂组成。风轮的主要作用是吸收风的动能并将它转换为机械能，由传动机构传递给发电机并转化为电能。风轮在风力发电机组中最主要的作用就是吸收风能。风轮吸收风能能力的大小直接决定发电机组的发电能力[4]。
风力发电机组的机舱内的装置是风力发电机最重要的设备。其中包含传动系统、发电机系统、控制系统和辅助系统等。本次主要研究的就是以
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机舱底座为固定基础的偏航机构。
风力发电机中机舱的支撑力主要来源于塔架和基础，塔架和基础承受来自风电机组的各种载荷，因此，塔架一定要有足够的疲劳强度、强度和刚度。同时为了防止风电机在极端风条件下不会倾覆。基础除了承受风电机组的静、动载荷之外，还负责风力发电机接地系统及接地触点[5]。
2.2 风力发电机偏航系统的介绍
风的方向是随时间不断变化的，而风力发电机的风轮必须迎着风向才能最大程度的吸收风能从而提高风能利用率，所以机舱也必须随着风向变化来不断改变方向，只有这样才能保证风轮扫掠面始终与风向保持90o的夹角，为了实现这一目的，我们引入了偏航系统。
2.2.1 偏航系统的分类
偏航系统一般分为两大类，一类是主动偏航系统，别一类是被动偏航系统。
主动偏航系统主要是通过电力或液压系统为动力源的拖动来实现偏航功能。
被动偏航系统主要是依靠风的力量再结合相关机构来实现机组的偏航功能。
常见的发电机组一般采用主动偏航的齿轮驱动形式，例如本文所讲到的机型MY2.0-110机型，它就是通过偏航电机驱动齿圈啮合达到偏航目的，其结构如图2-1所示[6]。
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图2-1齿轮驱动系统结构图
2.2.2 偏航系统的组成
偏航系统主要由偏航驱动装置、接近开关、限位开关、风速风向仪、解缆系统等部分组成[7]。
偏航系统的驱动装置包括偏航电机、制动器、偏航小齿轮等组成，它们主要依靠螺栓及内部构造连接成一体，并用螺栓与塔架连接。
偏航驱动装置一般有4组。
由于偏航齿圈齿的高度不同，会获得不同号的光信号，偏航驱动装置通过利用接近开关（光传感器）来收集这些光信号并记数，将不同位置的接近开关采集到的光信号，转换为电信号传送给PLC从而实现偏航控制。偏航一般不超过?650度，以防止出现扭揽现象。
限位开关也是为了防止发生电缆过分绞缠而设置的极限位置传感器，当机舱偏航角度达到?700o时，限位开关将被触发，并将信号传送给PLC。以实现机组快速停机。
凸轮开关轴上的三个可以随意调整位置的快速动作的凸轮环，且每个凸轮环是都包含一个常开触点和常闭触点[8]。
风向仪是偏航系统的风向传感器，当控制器接收到风向信号时，首先会把接收到的风向位置与机舱的当前位置进行比较，然后结果输出给偏航驱动装置，使偏航驱动装置发生相应的动作。
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解缆系统是为了防止机舱在反复旋转的过程中，朝着同一个方向转动过大角度而造成机舱与塔底之间连接的电缆扭绞在一起发生故障的保护系统[9]。
2.2.3 偏航系统的功能及原理
偏航系统是用来捕捉风向，并实现机舱保持与风向，使风电机组实现做大使用率的一种装置。例如，现在是北风，风电机组保持正常工作状态，机舱叶轮与风向的夹角也保持在90o夹角的位置，也就是朝向北方，大厦自然的风不是一成不变的，介入现在由北风变成了西风，这是如果风电机组留在原来的位置就会使风轮偏离迎风位置，风轮吸收风能的能力就会下降，为了克服这一问题，自动偏航系统就会体现作用，它通过风向仪测得的风向信号与机舱位置信号进行比较，并将信号输送给偏航电机，病友接近开关、限位开关等元件的相互配合使偏航电机带动机舱旋转至与风向相同的位置，是风轮与风向的夹角保持在90o[10]。
由于偏航驱动装置是用螺栓固定在主机架上的。而偏航大齿圈是用螺栓（88个）紧紧固定在塔筒的法兰盘上面的，所以偏航大齿圈是不能转动的，这样就可以通过小齿轮在大齿圈上围绕着中心轴线的运动来带动机舱的旋转，直到机舱的位置与风向保持一致。
由于机舱是可以顺时针旋转和逆时针旋转的，一旦在偏航过程中，机舱总是向一个方向转动，则会造成机舱内的电缆发生严重的绞缠现象，严重时可能造成电缆的损坏，构成巨大的经济损失。因此必须要有一个装置能加测电缆的绞缠程度，对此现在加以保护，所以采用接近开关和限位开关以保证绞缠现象不会发生，接近开关能保护偏航角度在?650o（0o为机舱安装时的初始位置，顺时针方向为正向，逆时针方向为反向）时向PLC发出信号请求启动解缆程序。限位开关作为机舱偏航角度的极限位置保护开关在机舱旋转角度达到?700o时，限位开关将被触发，并将信号传送给PLC使风电机组快速停机，以保护电缆不被损坏。
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