风机偏航结构及作用
第七章 风力发电机组传动系统
风力发电机组 传动系统
传动系统
定义:将风轮吸收的风能以机械的方式传送到 发电机的中间装置。
一.传动链布局形式 二.传动零部件组成
传动系统
传动系统包括主轴、联轴器、齿轮箱、制动器和过载安全保护 器等。
传动链的布局形式
传统的风力发电机采用齿轮增速装置， 按主轴轴承的支撑方式风力发电机组传动 的形式可以分为“两点式”、“四点式” 、“三点式”、“主轴齿轮箱集成式”、 “直驱式”、“半直驱式”。
2）齿轮箱可靠性要求高，维护不变。 体积较大、重量大、结构相对复杂、造 价较高
传动链布局形式—直驱式
直驱式：直驱永磁风力 发电机组的发电机机轴 直接连接到风轮上，转 子的转速随风速而改变， 其交流电的频率也随之 变化，经过大功率电力 电子变流器，将频率不 定的交流电整流成直流 电，再逆变成与电网同 频率的交流电输出。
风力发电机组 偏航系统
偏航系统
风力机的偏航系统：也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变 化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。
小微型风力机—尾舵对风：尾翼装在尾杆上与风轮轴平行或成一定的角 度。为了避免尾流的影响，也可将尾翼上翘，装在较高的位置。
中小型风机—舵轮对风：工作原理：当风向变化时，位于风轮后面两舵 轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系 统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束。
传动链布局形式—半直驱式
半直驱式：采用了一级行星齿轮传动 和适当增速比，把行星齿轮副与发电 机集成在一起，构成了发电机单元。
采用单级变速装置以提高发电机 转速，同时配以多级永磁同步发电机。 介于直驱和双馈之间，齿轮箱的调速 没有双馈的高，发电机也由双馈的绕 线式变为永磁同步式。
基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计
基于ＰLC的风力发电机偏航控制系统设计摘要由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注,因此清洁绿色的风力发电技术已深受全世界的重视。
本设计主要研究的偏航系统是风力发电机组的重要组成部分。
由于偏航机构安装在机舱底部,通过偏航轴承与机舱相连。
当风向改变时,风向仪将信号传到控制系统,控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上转动,从而带动机舱旋转，是风轮对准风向。
当机舱的旋转方向有接近开关进行检测,当机舱向同一方向达到极限偏航角度时，限位开关会及时将信号传到控制装置内，控制装置会迅速发出信号使机组快速停机,并反转解缆,经过上述过程从而实现偏航控制使风轮始终保持迎风状态。
根据边行系统的工作原理本设计所要解决的基本问题有：1、实现自动偏航控制及手动偏航控制的双控制系统设计2、设计偏航系统的制动装置以及扭缆、解缆保护装置的控制方法3、了解偏航液压系统的作用、工作原理和控制方法。
4、编写驱动控制程序、扭缆、解缆保护程序。
关键词:风向,自动偏航,风向仪,偏航电机Ｄesｉgnｏf Yａw Conｔrｏl SysteｍfoｒWindMotor Bａｓed on ＰＬCABSTRＡCTＣleaｎａnｄgreen wｉnd power ｔｅchnｏｌogy has gotteｎgreat atｔeｎtｉon ｂyｔｈe worlｄbecause ofｔｈe ｉncreasingly exhａustｅｄfossil ｒesourcｅs aｎｄthe ｍore ａtteｎtioｎon the ｇloｂal envｉｒｏnｍｅｎｔaｌｄeｇraｄａtion。
Ｔhis ｄesi ｇn ｍａｉnly reｓeａrchｅsｔｈe yaw ｓystem which iｓan imｐortanｔｃompoｎent of ｔhｅwiｎｄｔuｒbine。
Beｃausｅthe yaw mechaｎiｓｍinstallｅd at the bｏttoｍofｔhe enｇineｒoom ａn ｄconneｃｔｅd tｏthｅenginｅroom through ｔhe ｙａw ｂeａri ｎｇ. When ｔhｅwｉnｄchａnges, wiｎd ｖane wilｌｓｅnｄthe siｇnal ｔo ｔhe cｏntroｌsysｔem ｔｏｃoｎｔｒol tｈe drivｅwork．Tｈe pinion rotated ｏn tｈe ｂｉg gｅａr rｉng，whｉch ca ｎtuｒｎｔhe enｇｉne rｏｏm to ｍaｋe thｅwｉnd wheel ｔuｒbines on the diｒｅctｉon of tｈｅwｉnd．When tｈe ｒevolving direcｔｉon of the engｉｎe rooｍisｃloseｄｔo the swｉtcｈto do deｔｅｃtｉon and the enｇine ｒｏom ｒeａchｅs thｅmａｘimｕm yaｗａngｌe tｏthe samｅdiｒection,the liｍited switｃh willｓend the signals to the controｌdevｉｃｅin time. Thｅn the coｎtrol ｄevｉce could quickly ｓenｄａsｉgnal tｏmake the set quｉck stｏp ａnd ｔurn over thｅcast loop．Aｆteｒａｂovｅthe pｒoceｓs，it will ｒeaｌize the yaw cｏntrol aｎｄmaｋe the wｉnd ｗheｅl keeｐthe state oｆｆacinｇthe wiｎd。
风机各部件的基本介绍
大唐山东风电培训中心 第二部分 控制系统功能和控制策略介绍
• 各类机型中，变速变距型风电机组控制技术较复杂，其控制系统主要 由三部分组成：主控制器、桨距调节器、功率控制器。 • 主控制器主要完成机组运行逻辑控制，如偏航、对风、解绕等，并在 桨距调节器和功率控制器之间进行协调控制。 • 桨距调节器主要完成叶片节距调节，控制叶片桨距角，在额定风速之 下，保持最大风能捕获效率，在额定风速之上，限制功率输出。 • 功率控制器主要完成变速恒频控制，保证上网电能质量，与电网同压、 同频、同相输出，在额定风速之下，在最大升力桨距角位置，调节发 电机、叶轮转速，保持最佳叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率， 在额定风速之上，配合变桨距机构，最大恒功率输出。 • 小范围内的抑制功率波动，由功率控制器驱动变流器完成，大范围内 的超功率由变桨距控制完成。
大唐山东风电培训中心
偏航控制
大多数水平轴风机采用偏航机构旋转风轮顺风，限 制功率输出。但这种方法响应速度很慢，原因有： （1）机舱和风轮有很大的惯性力矩； （2）垂直于风轮的风速与偏航角度的变化呈正弦 关系，如果偏航角变化10度，功率下降只变化几个 百分比，而如果桨距角变化10度，功率下降会很明 显。 在变速机组上应用主动偏航控制，振风引起的的超 功率可以暂时储存在风轮动能里，如果继续超功率， 再进行偏航动作，这种设计方法已在Gamma 60试验 样机上获得成功，偏航最大速率8度/s。
大唐山东风电培训中心
（4）偏航系统
偏航系统是水平轴风力发电机组的不可缺少的组成部分, 偏航系统的主要作用有两个： 其一是与风力发电机组的控制系统相配合，使风力发电 机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风 力发电机组的发电效率； 其二是提供必要的锁紧力矩， 以保障风力发电机组的安全运行
偏航系统原理及维护
风力发电机组偏航系统原理及保护UP77/82 风电机组偏航控制及保护目录1、偏航系统简介2、偏航系统工作原理3、偏航系统控制思想4、偏航系统故障5、偏航系统保护偏航系统简介偏航系统功能使机舱轴线能够追踪变化稳固的风向；当机舱至塔底引出电缆抵达设定的扭缆角度后自动解缆。
风向标风向标的接线包含四根线，分别是两根电源线，两个信号（我们实质的）线和两根加热线；当前每台机组上有两个风向标；风向标的 N 指向机尾；偏航取一分钟均匀风向。
偏航系统构造4个偏航电机偏航刹车片（10个）偏航内齿圈塔筒偏航大齿圈侧面轴承偏航轴承内摩擦的滑动轴承系统；内齿圈设计。
偏航驱动电机：数目： 4 个对称部署，由电机驱动小齿轮带动整个机舱沿偏航轴承转动，实现机舱的偏航；内部有温度传感器，控制绕组温度偏航电子刹车装置，偏航齿轮箱：行星式减速齿轮箱偏航小齿轮偏航编码器绝对值编码器，记录偏航地点；偏航轴承齿数与编码器碼盘齿数之比；左右限位开关，常开触点；左右安全链限位开关，常闭触点；偏航刹车片数目： 10 个液压系统偏航刹车控制；偏航系统未工作时刹车片所有抱闸，机舱不转动；机舱对风偏航时，所有刹车片半松开，设置足够的阻尼，保持机舱安稳偏航；自动解缆时，偏航刹车片全松开。
偏航润滑装置偏航轴承润滑150cc/ 周偏航齿轮润滑50cc / 周用量 3： 1润滑周期 16 分钟 /72 小时（偏航润滑油泵启动间隔时间：36H 偏航润滑油泵运行时间：960s）偏航系统工作原理偏航系统原理由四个偏航电机与偏航内齿轮咬合，偏航内齿轮与塔筒固定在一起，四个偏航电机带动机舱转动。
偏航电机由软启动器控制。
偏航软启动器软启动器使偏航电机安稳启动；晶闸管控制偏航电机启动电压迟缓上涨，启动过程结束时，晶闸管截止；限制电机起动电流。
偏航软起动器工作时序图1.主控给出软起使能 EN命令；2.软起内部启动工作继电器 READY接点闭合；3.启动初始电压 30%Un；4.启动时间 10s5.内部旁路继电器 TOR接点闭合，晶闸管控制截止。
风力发电机组的结构及组成
风力发电机组的结构及组成在当今追求清洁能源的时代，风力发电作为一种可再生、无污染的能源获取方式，正发挥着越来越重要的作用。
要了解风力发电的原理和运作，首先得清楚风力发电机组的结构及组成。
风力发电机组主要由以下几个部分构成：叶片、轮毂、机舱、塔筒和基础。
叶片是风力发电机组中最为关键的部件之一。
它们的形状和设计直接影响着风能的捕获效率。
通常，叶片采用复合材料制造，如玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料。
叶片的外形就像飞机的机翼，具有特定的翼型和扭转角度。
这样的设计能够使风在叶片表面产生升力和阻力，从而推动叶片旋转。
而且，叶片的长度和数量会根据风力发电机组的功率大小而有所不同。
一般来说，功率越大的机组，叶片越长，数量也可能更多。
轮毂则是连接叶片和机舱的重要部件。
它负责将叶片所捕获的风能传递到机舱内部的传动系统。
轮毂的结构强度要求很高，以承受叶片旋转时产生的巨大力量和扭矩。
机舱内部包含了众多核心部件。
首先是主轴，它将轮毂传递过来的旋转动力传递给增速箱。
增速箱的作用是将主轴的低速旋转提高到适合发电机工作的高速旋转。
发电机是将机械能转化为电能的关键设备。
目前，常见的风力发电机有异步发电机和同步发电机两种类型。
除了这些，机舱内还有刹车系统、偏航系统和控制系统等。
刹车系统用于在紧急情况下停止风机的转动，保障设备和人员的安全。
偏航系统则可以使机舱根据风向的变化自动调整方向，以最大程度地捕获风能。
控制系统就像是风机的大脑，负责监测和控制整个机组的运行状态，确保其稳定、高效地工作。
塔筒是支撑机舱和叶片的结构。
它通常由钢材制成，高度可达数十米甚至上百米。
塔筒的高度越高，所接触到的风速通常也越大，从而能够捕获更多的风能。
但同时，塔筒的高度也受到制造工艺、运输条件和成本等因素的限制。
基础是风力发电机组的根基，它要能够承受整个机组的重量以及风荷载等外力的作用。
常见的基础形式有混凝土基础和桩基础等。
基础的设计和施工质量直接关系到整个风力发电机组的稳定性和安全性。
风力发电机结构和原理
风力发电机结构原理杜容熠太阳辐射到地球的热能中有约2％被转变成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW（10亿亿千瓦）。
其中可被开发利用的风能理论值约有3.5×109MW（3.5万亿千瓦），比世界上可利用的水能大10倍。
把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。
风力发电机一般有叶轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机的工作原理比较简单，叶轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为叶轮轴的机械能，发电机在叶轮轴的带动下旋转发电。
1．风力发电原理：1.1 风能的概念：风能：空气因为太阳能辐射，造成压力差，而发生运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为：E＝0.5ρsV³式中: E－风能（W）ρ－空气密度（kg/m3）S－气流截面积（m2)V－风速（m/s)风能密度（W）：单位时间内通过单位面积的风能，W＝0.5ρV³。
有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度（对应的风速范围大约是3～25m/s)。
1.2 风能发电的动力学原理风力发电采用空气动力学原理，并非风推动叶轮叶片，而是风吹过叶片形成叶片正反面的压力差，这种压力差会产升力，令叶轮旋转并不断横切风流。
该原理类似于飞机上升时的原理，空气通过机翼，产生向上的升力和向前的阻力。
如果将一块薄板放在气流中，则在沿气流方向将产生一正面阻力F D和一垂直于气流方向的升力F L其值分别由下式确定L：F D=0.5CdρSV2F L=0.5C LρSV2式中：CD－阻力系数C－升力系数L S－薄板的面积ρ－空气的密度阻力型叶轮V －气流速度如果把薄片当作叶片，将其装在轮毂上组成叶轮，那么风的作用力旋转中心线就会使叶轮转动。
由作用于叶片上的阻力FD而使其转动的叶轮，称为阻力型叶轮；而由升力FL而使其转动的叶轮，称为升力型叶轮。
目前为止现代风力机绝大多数采用升力型叶轮。
2．风力发电机的组成部分及特点：2.1 叶轮叶轮是将风能转化为动能的机构，风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
风电机组偏航系统故障浅析
风电机组偏航系统故障浅析摘要：现阶段我国的环境污染逐渐加剧，寻找清洁的能源进行发电是发展的必要措施。
风力发电技术由于其清洁无污染，引起了人们的重视，偏航系统的性能好坏对风电机组十分重要。
本文对风力发电机组偏航系统常见故障问题作了阐述，从如何做好风力发电机组偏航的噪音处理、齿轮箱以及偏航轴承的维护等三方面对风力发电机组偏航系统常见故障的排除技术进行论述。
关键词：风力发电机组偏航系统故障处理现阶段我国社会经济发展迅速，国家科技水平也在稳固提升，但同时伴随着环境的污染，人们也开始重视这个问题。
相对于火力发电、核发电等发电方式，风力发电具有可再生、无污染的独特性质引起了人们的关注，我国许多地区都增加了风力发电的探索和规模。
但是在实际研究中风力发电机组并不是十分成熟，有许多故障仍然会产生并且解决难度较大，很大程度上影响了风力发电机组的功能，降低了风力资源的利用率。
1风力发电机的简介风力发电机本质上就是一种能量转换装置，将外界的风能转化为电能。
随着空气的流动，风机就会被带动旋转起来，也就转化为了机械能，进而通过电磁感应现象将风机的机械能转化为电能，最终以交流电的形式输送出去。
风力发电机通常包括风轮、发电机、尾翼、塔架、限速安全机构以及储能装置这六个部分组成，如图1所示。
一般而言，风力发电机的原理并不复杂，利用中学理论就可以解释，在工作中，风轮由于风力的作用而旋转，这样风的动能也就随之转化成为轮轴的机械能，最终由于磁场的作用转化为电能，实现发电。
实际上，风能也是太阳能，地球经过太阳的照射，各个区域的温度也就会不一样，进而大气流动就会形成风，最终我们才可以通过风力发电机进行发电。
2偏航系统的功能风力发电机的偏航系统是重要的组成部分，其功能的好坏对发电机组的运转有着很大的影响。
在工作环境中，如果风的方向出现变化，那么风与水平方向的角度就也就会有变化，和叶轮扫风面也就偏离垂直角度，这种情况就可能会降低输出功率，还很容易加剧载荷状态。
风力发电机组偏航系统的维护与维修方法及要求
风力发电机组偏航系统的维护与维修方法及要求简介偏航系统的作用主要有两个：一是根据风向仪的检测，在偏航控制系统的指令下，自动使风轮对准风向，提高风力发电机组的发电效率；二是提供必要的阻尼，防止在交变风力作用下机舱频繁摆动，减小振动，保证风机平稳、安全运行。
功能（1）正常运行和暂停状态时保持机舱的方向不变；（2）必要时解开扭曲电缆。
解缆系统有一个旋转编码器，借助偏航驱动总成的小齿轮与偏航轴承内齿的啮合传动来确定机舱旋转的度数，解缆系统还设有一个解缆开关进行极限保护。
偏航系统的组成偏航系统主要由偏航轴承、制动器支座、偏航刹车盘、偏航制动器、偏航驱动总成、接油盘、偏航编码器、解缆系统组成。
偏航轴承偏航轴承承载机组中主要部件的重量，并通过偏航驱动器与其内齿圈啮合传递推力到塔架，机舱旋转一定角度，使风轮精确迎对风向。
偏航驱动器每台风力发电机组共有4个偏航驱动总成，偏航驱动总成由驱动电机、偏航减速箱、偏航小齿轮组成。
偏航驱动总成在通过与偏航轴承内齿圈啮合带动整个机舱旋转时，要求起动平稳，转速均匀，无振动现象。
偏航驱动电机参数如下：类型：带制动器的三相电机，B5额定功率：电压：380V频率：50Hz额定转速：1460rpm防护等级：IP54绝缘等级：ISOF制动器：失电弹簧制动，电磁松闸并带手动操作手柄式旋钮制动力矩：偏航减速箱参数如下:额定功率：额定输入转速：1460rpm额定扭矩：19Nm名义传动比：1113使用场合系数：使用场合系数（静强度）：接触强度安全系数：≥接触强度安全系数（静强度）：≥行星齿轮弯曲强度安全系数：≥行星齿轮弯曲强度安全系数：≥弯曲强度安全系数（静强度）：≥所选轴承供应商：进口轴承使用寿命：20年运行环境温度：-40℃～+40℃生存环境温度：-40℃～+50℃噪声（声功率级）：≤85dB（A）偏航小齿轮技术参数模数：18齿数：14压力角：20°变位系数：+表面粗糙度：齿面宽度：130mm齿面硬度：675HV齿轮精度：8e26（DIN3963/DIN3967）齿形：鼓形齿偏航减速机的润滑润滑方式：浸油润滑＋油脂润滑齿轮润滑油：ShellOamalHD320MobilMobilgearSHCXMP320 OptigearSyntheticA320轴承润滑脂：460#号锂基润滑脂偏航制动器每台风机配备12个偏航制动器，分为4组匀布于偏航刹车盘上。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
风力发电机组偏航系统的结构与作用
风力发电机组偏航系统的结构与作用
偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的PLC的I/O板，计算10分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机（带失电制动），将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。
偏航控制系统框图如下图所示：
下文将对偏航控制系统的各机构进行分析：
1、风速仪
风力发电机组应有两个可加热式风速计。
在正常运行或风速大于最小极限风速时，风速计程序连续检查和监视所有风速计的同步运行。
计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min计算一次平均值，用于判别起动风速和停机风速。
测量数据的差值应在差值极限1.5m/s以内。
如果所有风速计发送的都是合理信号，控制系统将取一个平均值。
2、风向标
风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。
一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。
控制器根据风向信号，起动偏航系统。
当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。
当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。
3、扭揽开关
扭缆开关是通过齿轮咬合机械装置将信号传递PLC进行处理和发出指令进行工作的。
除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般在电缆处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。
以国内某知名公司
生产的1.5MW风机为例，当机身在同一方向己旋转2转(720度)，且风力机不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速) 系统进入解缆程序。
解缆过程中，当风力机回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速)，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度)偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。
当风速超过25 m/s时，自动解缆停止。
自动解除电缆缠绕可以通过人工调向来检验是否正常。
当调向停止触点由常闭进入常开状态时，风机自动解除电缆缠绕，此时风力发电机应不处于维修状态，因此自动调向功能在维修状态时无法使用。
4、偏航编码器
偏航编码器是一个绝对值编码器，可以准确记录偏航位置。
因为绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。
这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
5、软启动器
软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。
这种电路如三相全控桥式整流电路，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。
待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。
软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
图1 软启动器控制电机的主电路图
图1为软启动器控制电机的主电路图，图2为电机启动电压变化曲线，图三为软启动器的接线图和电气图。
图2 电机启动电压变化曲线
图3 软启动器的接线图和电气图
6、偏航机构
偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和四台电机驱动的齿轮传动机构组成的。
带有内齿的偏航轴承用螺栓连接在塔筒顶部，外环与机舱座连接，内环与塔架法兰连接。
在偏航系统中驱动机构一般都是由电机加减速机构成，电机是偏航的动力来源，减速机是将电机输出的高速转变成低速的机构，那么在一般的偏航系统中偏航刹车部分一般由两部分组成，一个是安装在驱动电机后端的电机电磁制动器，一部分是安装在偏航轴承附近的液压偏航。
偏航时10个刹车盘处于半释放状态，偏航系统压力约45bar; 自动解缆时刹车盘处于全释放状态。
风力发电机组偏航系统的作用：偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。
它主要有两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向;二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。