專利名稱：一種風電機組的變槳系統的制作方法
技術領域：
—種風電機組的變槳系統技術領域[0001]本實用新型涉及風力發電用設備領域，特別是風電機組機艙內的的變槳系統。
背景技術：
[0002]目前我國風電發電事業不斷發展，分布地域越來越廣泛，風機應用環境越來越惡劣，如沙漠、海邊、高溫或低溫，甚至會遭受雷電的破壞，所以對風力發電機上的配件及安裝提出更高的要求。[0003]風力發電要求有較強的環境適應能力，而變槳系統則是風力發電的核心部什之一。目前，風力發電機組的變槳系統從執行硬件角度可以分為電動變槳系統和液壓變槳系統兩大類，其中，電動變槳系統實質上是一種位置跟蹤的傳動系統。變槳系統的作用主要有兩點:第一、當風速大于額定風速，槳葉轉速無法通過發電機電磁轉矩控制時，通過變槳系統維持風機的功率輸出恒定；第二、當風機發生安全鏈故障時，變槳系統需要立即順槳來保證風機安全。順槳是指不論槳矩角處丁什么位置，都將槳葉以固定的速度轉動至某一固定順槳位置，根據槳葉的不同氣動特性，順槳位置將略有差異。[0004]當外部安全鏈發生故障時，風力發電機組的控制裝置發出順槳命令以實現風機的順槳。而當內部安全鏈發生故障時，變槳系統需要立即順槳以實現風機的停機。[0005]目前，變槳系統所需的能量來自兩個方而，第一是由外部電源提供的主電，第二是備電。由于風機運行環境惡劣，時有主電斷電情況發生。現一般將超級電容作為備電，可以保證槳葉在內部安全鏈發生故障等主電丟失突發事故中能短時間工作，使槳葉受力最小，盡快進入順槳位置，保證槳葉的安全。[0006]但同時，超級電容使用時間短，成為機艙內需要經常檢修的部件，增加風機運行成本。[0007]鑒于以上諸多原因，迫切需要一種聯動的風電機組變槳系統，可以在發生故障時快速反應，并且需要此系統安全、低故障率和低成本。實用新型內容[0008]本實用新型的目的是針對以上產品的訴求，提供一種風電機組的變槳系統，可以實現機艙、槳葉、機座和控制基站間的聯動，在主電丟失情況發生時，快速反應實現順槳，并且優化了信號滑環和超級電容，保證備電的無故障切換和持續使用，系統安全、故障率低、成本低。[0009]為了達到以上目的，本實用新型采用如下技術方案:[0010]一種風電機組的變槳系統，包括發電機組輪轂中的變槳驅動器、變槳電機變槳減速器，以及風機機艙中的信號滑環、發電機定子和超級電容，信號滑環將電能和信號傳遞給變槳驅動器，變槳驅動器通過變槳電機連接變槳減速器，最終將槳葉轉動到順槳位置，還具有轉換開關，轉換開關將來自超級電容和外部電源的供電進行切換，然后連接信號滑環；[0011]超級電容還具有充電器，所述充電器包括功率因子變換電路單元、DC/DC開關電路單元和超級電容電池均壓保護單元；[0012]所述外部電源和轉換開關之間還具有預警設備；[0013]超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號。[0014]所述轉換開關在外部電源斷電時切換到超級電容供電模式，在外部電源通電時切換回外部電源供電模式。[0015]充電器中，所述功率因子變換電路單元的功率校正電路直流主回路輸出端與DC/DC開關電路單元的輸入端連接，所述DC/DC開關電路單元輸出端與超級電容電池均壓保護單元中的超級電容電池的輸入端連接；[0016]所述功率因子變換電路單元中，功率校正電路控制回路單元控制功率校正電路直流主回路單元；[0017]所述DC/DC開關電路單元中，DC/DC變換控制回路單元控制DC/DC變換直流主回路單元；[0018]所述超級電容電池均壓保護單元中具有超級電容電池以及均壓保護電路。[0019]超級電容電池均壓保護單元內部實現對單個超級電容充電過壓保護，使單個超級電容工作于正常電壓范圍之內。[0020]所述信號滑環卡接有測速裝置，所述測速裝置由沿轉子轉動軸線套設在固定定子刷架上的測速碼盤以及固定于信號滑環轉子一側的接近開關傳感器組成，測速碼盤和接近開關傳感器相互配合用于測速。[0021]滑環，也稱做旋轉電氣接口、電氣旋轉關節，可用于任一要求無限制連續旋轉時從固定結構到旋轉結構傳輸電源和數據信號的電力系統中。滑環常常被使用在要求無限制、連續或者間斷旋轉，傳輸電源和數據信號的機電系統中，能簡化和改進系統性能，并且不損壞導線，是實現對旋轉動態實現信號和功率傳輸的主要電器裝置。[0022]滑環主要由環體和電刷以接觸的方式、并做相對旋轉運動實現對旋轉體上進行信號和功率的傳輸，他的主要構造是由導電軸(含引線)、電刷(含電刷引線)、滑環支架、軸承、軸承端蓋組合而成，導電軸與旋轉物體機械連接，導線和需要提供功率和信號的接口一一對應連接，滑環支架固定在靜止物體上，把電刷引線接入需要輸入的信號和功率端口，這樣導電軸和電刷之間接觸式相對旋轉，實現信號和功率的傳輸。[0023]滑環的工作速度在8 18rpm，一般需要有一個測速裝置測試并監控滑環在工作狀態下的轉速。超出其工作要求范圍，導致信號滑環工作狀態不穩定，信號丟失。[0024]測速碼盤測速原理采用接近開關傳感器方式。接近開關傳感器即位移傳感器，它不需要接觸到被檢測物體，當有物體移向位移傳感器，并接近到一定距離時，位移傳感器就有“感知”。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性制作的開關，就是接近開關。所述測速碼盤固定于定子刷架，接近開關傳感器固定于轉子部分，通過滑環轉子與滑環定子的相對位置測速。[0025]同時，卡接結構，安裝方便。[0026]所述信號滑環的電刷板包括線路板及安裝在線路板上的電刷，所述電刷板為π型結構，所述線路板具有通孔，電刷彎曲一端穿過通孔套裝在線路板上，通孔孔徑大于電刷直徑，使得電刷可以根據應力在一定角度內擺動，電刷另一端與信號滑環的環道接觸，所述環道為V槽形。[0027]風機信號滑環負責轉動設備與固定設備之間的數據與電傳輸，在滑環轉子內部需要電刷板將信號由定子傳遞到轉子部分，所以目前在風機信號滑環上設計上大多還存在該裝配方式:即電刷與線路板的裝配方式為焊接方式，電刷多采用緊固導電絲的方式，且采用彎曲型導電絲。將電刷一端焊接在線路板上，這種設計雖然表面上將電刷固定在了線路板上，但其缺點也很明顯:即焊接改變了電刷的自由的應力，在滑環振動工作狀況下，電刷受外力影響易斷裂。信號滑環的工作環境比較特殊，必須考慮其振動頻率，電刷焊接容易在振動的工作狀態下發生斷裂，從而導致滑環環路中斷，導致信號滑環工作信號丟失。[0028]電刷可以根據應力在一定角度內擺動，在滑環振動工作狀況下，電刷會受軸向外力影響，通孔孔徑大于電刷直徑的設計，給予了電刷相對自由的應力，大大減少了電刷斷裂的情況。[0029]同時，目前在風機信號滑環電刷與環道設計上大多采用單點接觸的方式，這種設計缺點明顯:在工作時已丟失信號。信號滑環的工作環境比較特殊，且單點接觸的不可靠性顯而易見，在點與面的滑動接觸過程中，遇到環道接觸面上有雜質或表面不平整時，接觸斷開，信號丟失，導致信號滑環工作狀態不穩定，或者雜質引起相鄰環道短路。相對于傳統的環道面的平面設計，環道采用V型的凹槽設計后，在電刷與環道相對運動中，電刷刷頭掃過環道，與環道的接觸面及接觸作用力均增加，極大的提高了信號滑環的工作可靠性，安裝方式簡單，便于后期維護。[0030]所述預警設備在外部供電切斷時發出信號，超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號；所述風機控制基站的系統主機配有繼電器，系統可聯動控制。[0031]當發生主電供電丟失時，預警設備在第一時間即通知超級電容的充電器向超級電容供電，同時風機控制基站的電腦系統也進行報警，使得故障可以及時發現，及時維修。風機控制基站的系統主機配有繼電器，系統可聯動控制。[0032]本申請所述技術的有益效果是:[0033]本實用新型所述風電機組的變槳系統，可以實現機艙、槳葉、機座和控制基站間的聯動，在主電丟失情況發生時，快速反應實現順槳，并且優化了信號滑環和超級電容，保證備電的無故障切換和持續使用，系統安全、故障率低、成本低。
[0034]圖1為本實用新型所述風電機組變槳系統連接示意圖；[0035]圖2為本實用新型所述超級電容充電器模塊框圖；[0036]圖3為本實用新型所述信號滑環的測速碼盤結構圖；[0037]圖4為本實用新型所述信號滑環的電刷結構圖；[0038]圖5為本實用新型所述信號滑環的電刷環道剖面結構示意圖；[0039]圖中標記:I為信號滑環本體，2為測速碼盤，3為固定定子刷架，4為接近開關傳感器，5為滑環定子，6為滑環轉子，7為電刷，8為環道，9為電刷板。
具體實施方式
[0040]下面結合具體實施方式
對本實用新型的上述發明內容作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于下述實施例。在不脫離本實用新型上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本實用新型的范圍內。[0041]本實施方式所述的風電機組的變槳系統，包括發電機組輪轂中的變槳驅動器、變槳電機變槳減速器，以及風機機艙中的信號滑環、發電機定子和超級電容，信號滑環將電能和信號傳遞給變槳驅動器，變槳驅動器通過變槳電機連接變槳減速器，最終將槳葉轉動到順槳位置，還具有轉換開關，轉換開關將來自超級電容和外部電源的供電進行切換，然后連接信號滑環；[0042]超級電容還具有充電器，所述充電器包括功率因子變換電路單元、DC/DC開關電路單元和超級電容電池均壓保護單元；[0043]所述功率因子變換電路單元的功率校正電路直流主回路輸出端與DC/DC開關電路單元的輸入端連接，所述DC/DC開關電路單元輸出端與超級電容電池均壓保護單元中的超級電容電池的輸入端連接；[0044]所述控制回路為專用控制1C，功率校正電路控制回路單元使用專用功率因子校正芯片UCC3817，DC/DC變換控制回路單元使用電流模式控制芯片UC2844 ；[0045]所述功率因子變換電路單元中，功率校正電路控制回路單元控制功率校正電路直流主回路單元；[0046]所述DC/DC開關電路單元中，DC/DC變換控制回路單元控制DC/DC變換直流主回路單元；[0047]功率因子變換電路單元和DC/DC開關電路單元中的執行單元為MOS管Q1，Q2和高頻隔離變換器Tl ；[0048]所述超級電容電池均壓保護單元中具有超級電容電池以及均壓保護電路，采用TL431穩壓保護。使單個超級電容工作于正常電壓范圍之內。當超過電容電壓2.7V時，TL431工作于放大狀態，使兩級三極管迅速導通流過電流，將電容兩端的電壓鉗制在電容允許電壓范圍2.7V之內。[0049]所述外部電源和轉換開關之間還具有預警設備；[0050]超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號。[0051]所述轉換開關在外部電源斷電時切換到超級電容供電模式，在外部電源通電時切換回外部電源供電模式。[0052]所述信號滑環本體I上卡接有測速裝置，所述測速裝置由沿轉子轉動軸線套設在滑環定子5的固定定子刷架3上的測速碼盤2以及固定于信號滑環轉子6 —側的接近開關傳感器4組成，測速碼盤2和接近開關傳感器4相互配合用于測速。[0053]所述信號滑環的電刷板9包括線路板及安裝在線路板上的電刷7，所述電刷板9為π型結構，所述線路板具有通孔，電刷7彎曲一端穿過通孔套裝在線路板上，通孔孔徑大于電刷直徑，使得電刷7可以根據應力在一定角度內擺動，電刷7另一端與信號滑環的環道8接觸，所述環道8為V槽形。[0054]所述預警設備在外部供電切斷時發出信號，超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號；所述風機控制基站的系統主機配有繼電器，系統可聯動控制。[0055]當發生主電供電丟失時，預警設備在第一時間即通知超級電容的充電器向超級電容供電，同時風機控制基站的電腦系統也進行報警，使得故障可以及時發現，及時維修。風機控制基站的系統主機配有繼電器，系統可聯動控制。[0056]綜上所述，本實用新型所述的風電機組的變槳系統，可以實現機艙、槳葉、機座和控制基站間的聯動，在主電丟失情況發生時，快速反應實現順槳，并且優化了信號滑環和超級電容，保證備電的無故障切換和持續使用，系統安全、故障率低、成本低。
權利要求1.一種風電機組的變槳系統，包括發電機組輪轂中的變槳驅動器、變槳電機變槳減速器，以及風機機艙中的信號滑環、發電機定子和超級電容，信號滑環將電能和信號傳遞給變槳驅動器，變槳驅動器通過變槳電機連接變槳減速器，最終將槳葉轉動到順槳位置，其特征在于: 還具有轉換開關，轉換開關將來自超級電容和外部電源的供電進行切換，然后連接信號滑環； 超級電容還具有充電器，所述充電器包括功率因子變換電路單元、DC/DC開關電路單元和超級電容電池均壓保護單元； 所述外部電源和轉換開關之間還具有預警設備； 超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號。
2.根據權利要求1所述的風電機組的變槳系統，其特征在于:所述轉換開關在外部電源斷電時切換到超級電容供電模式，在外部電源通電時切換回外部電源供電模式。
3.根據權利要求1所述的風電機組的變槳系統，其特征在于:充電器中，所述功率因子變換電路單元的功率校正電路直流主回路輸出端與DC/DC開關電路單元的輸入端連接，所述DC/DC開關電路單元輸出端與超級電容電池均壓保護單元中的超級電容電池的輸入端連接； 所述功率因子變換電路單元中，功率校正電路控制回路單元控制功率校正電路直流主回路單元； 所述DC/DC開關電路單元中，DC/DC變換控制回路單元控制DC/DC變換直流主回路單元; 所述超級電容電池均壓保護單元中具有超級電容電池以及均壓保護電路。
4.根據權利要求1所述的風電機組的變槳系統，其特征在于:所述信號滑環卡接有測速裝置，所述測速裝置由沿轉子轉動軸線套設在固定定子刷架上的測速碼盤以及固定于信號滑環轉子一側的接近開關傳感器組成，測速碼盤和接近開關傳感器相互配合用于測速。
5.根據權利要求1所述的風電機組的變槳系統，其特征在于:所述信號滑環的電刷板包括線路板及安裝在線路板上的電刷，所述電刷板為η型結構，所述線路板具有通孔，電刷彎曲一端穿過通孔套裝在線路板上，通孔孔徑大于電刷直徑，使得電刷可以根據應力在一定角度內擺動，電刷另一端與信號滑環的環道接觸，所述環道為V槽形。
6.根據權利要求1所述的風電機組的變槳系統，其特征在于:所述預警設備在外部供電切斷時發出信號，超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號；所述風機控制基站的系統主機配有繼電器，系統可聯動控制。
專利摘要本實用新型公開了一種風電機組的變槳系統，包括變槳驅動器、變槳電機變槳減速器，以及風機機艙中的信號滑環、發電機定子和超級電容，具有轉換開關，轉換開關將來自超級電容和外部電源的供電進行切換，然后連接信號滑環；超級電容還具有充電器，充電器包括功率因子變換電路單元、DC/DC開關電路單元和超級電容電池均壓保護單元；外部電源和轉換開關之間還具有預警設備；超級電容的充電器和風機控制基站具有接收設備，接收預警設備傳來的信號。本實用新型所述系統，可實現機艙、槳葉、機座和控制基站間的聯動，在主電丟失情況發生時，快速反應實現順槳，并且優化了信號滑環和超級電容，保證備電的無故障切換和持續使用，系統安全、故障率低、成本低。
文檔編號F03D7/00GK203050991SQ201220743489
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者王麗香 申請人:王麗香