变桨控制系统设计.pdf

三一电气有限责任公司三一电气有限责任公司变桨控制系统设计变桨控制系统设计品质改变世界品质改变世界2 2三一电气三一电气1 1 变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述品质改变世界品质改变世界3 3三一电气三一电气1 1 变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述旋转编 码器和 绝对编 码器旋转编 码器和 绝对编 码器旋转编 码器和 绝对编 码器3相交 流电风机主控 制器驱 动 器驱 动 器驱 动 器3相交 流电3相交 流电人机界面变桨距控制器 （PLC）CAN通讯超级电容 模块CAN通讯绝对编 码器限位开关每个桨叶配制一个每个桨叶配制2个通讯变桨控制系统基本架构变桨控制系统基本架构品质改变世界品质改变世界4 4三一电气三一电气1 1 变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述变桨控制系统设计概述? 电气、软件设计要求电气、软件设计要求主要功能主要功能? 功率调节：低于额定风速时捕获最大风能；高于额定风速时调节节距角以保持 功率恒定 刹车：风力发电机组在一些意外工作状态下，驱动电机快速转动，使桨叶快速 地回到90度位置，最大程度保障风机安全。

辅助功能辅助功能? 系统状态监控 信号传输 结构设计要求结构设计要求变桨控制系统结构设计要在满足电气功能要求的前提下充分考虑布线、信号传 输干扰、安全可靠、散热、可维护性、系列化生产需要等要求品质改变世界品质改变世界5 5三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型单轴硬件框图单轴硬件框图品质改变世界品质改变世界6 6三一电气三一电气主要电气部件：主要电气部件：1. 控制器2. 驱动器3. 变桨电机4. 备用电源5. 传感器：限位开关、冗余编码器、温度传感器等6. 低压电器：断路器、继电器、接触器、负荷开关、选择开关、熔断器、防雷器件等7. 重载连接器和电缆等2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界7 7三一电气三一电气2.1 控制器控制器1. 作用：1. 作用：与风机主控制器之间以CANopen实现双向通讯；检测3个驱动器状 态并同时与驱动器进行信息传递；对冗余编码器进行信号处理； 手动信号DI输入2. 设计要点：2. 设计要点：?可靠性要求 ，在恶劣的环境下长期无人值守运行处理器能力，算法处理、状态监控、远程通讯等任务并行进行。

可维护性要求 ，调试、故障排除、系统维护和升级换代的方便开发调试友好度，缩短代码编写和算法调试的时间，便于产品的 升级和更新换代2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界8 8三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界9 9三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型2.2 驱动器驱动器1. 作用：1. 作用：通过DI/DO口对变桨控制系统部件进行监控及驱动部件动作；根 据自身编程及控制器指令实现变桨控制系统的模式转换并通过驱 动变桨电机实现变桨控制系统的电气功能2. 设计要点：2. 设计要点：?额定功率：依据所选电机来配，以能完全驱动所选电机为准额定输入电压：3相380V直流母线：a.可通过备用电源直接向直流母线供电以驱动电机b. 通过备用电源供电时，当直流母线电压低于250VDC时，具有80%负 载输出能力根据实际情况设计参数可能会有变动，仅供参考，下同根据实际情况设计参数可能会有变动，仅供参考，下同品质改变世界品质改变世界 1010三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型?具有PLC编程功能。

驱动器安装方式：穿墙式安装（散热片可伸出柜外）DI/DO口：自带DI/DO口，并可通过DI/DO口模块进行扩展转矩：额定转矩30NM；最大转矩90NM刹车输出：１个编码器接口：若电机配SSI编码器则要求驱动器具有SSI编码器接 口；若电机配旋转变压器则要求驱动器具有旋转变压器接口品质改变世界品质改变世界 1111三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 1212三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型2.3 变桨电机变桨电机1. 作用：1. 作用：根据驱动器指令运转，并通过减速机带动回转支撑的旋转，从而 调节桨叶的节距角；通过编码器将电机的位置信号反馈至驱动器2. 设计要点：2. 设计要点：?额定功率：需不小于于4.7KW额定转速：1450RPM 转矩：额定30NM；最大70NM由于轮毂内空间限制，安装法兰至轴端尺寸应满足空间要求品质改变世界品质改变世界 1313三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 1414三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型2.4 备用电源备用电源1. 作用：1. 作用：当动力电出现异常跌落或遭遇其他意外情况时，备用电源储备的 电能可保证变桨控制系统正常收桨，保证风机的安全。

2. 设计要点：2. 设计要点：?变桨过程中，备用电源电压不低于驱动器正常工作的最低母线电 压值（250V）变桨过程中可释放能量满足变桨需求寿命长，维护成本低：超级电容品质改变世界品质改变世界 1515三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 1616三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型2.5 传感器传感器1. 作用：1. 作用：变桨过程中，通过限位开关及回转支承上撞块的配合实现软件控 制之上的硬件控制，确保变桨控制系统正常收桨2. 设计要点：2. 设计要点：?双限位开关的冗余设计安装时需考虑限位开关与撞块的安装尺寸配合2.5.1 限位开关品质改变世界品质改变世界 1717三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 1818三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型1. 作用：1. 作用：起冗余作用的独立于电机编码器的旋转编码器，在不同桨叶角度 误差过大时使桨叶紧急收桨，确保变桨控制系统可靠运行。

2. 设计要点：2. 设计要点：?计数方式：绝对值数据传输方式：CANopen2.5.2 冗余编码器品质改变世界品质改变世界 1919三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 2020三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型1. 作用：1. 作用：温度传感器把变桨距系统柜内的温度采集并转化成不同的电阻 值，通过温度变送器转化成不同的电压信号输入驱动器的DI口， 使系统可以实时监测变桨柜内温度的变化值2. 设计要点：2. 设计要点：?可监测温度范围：－50~150℃?热响应时间：t0.5=8s?引出导线规格：三或四线制3. 安装方式：3. 安装方式：金属支架配合格兰头安装2.5.3 温度传感器、变送器品质改变世界品质改变世界 2121三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型品质改变世界品质改变世界 2222三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型作用：作用：低压电器在电路中的用途是根据外界信号或要求，自动或手动接 通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、 控制、保护、检测和调节。

变桨距系统中的配电电器设计要点：变桨距系统中的配电电器设计要点：?包括负荷开关、转换开关、空气断路器和熔断器等?断流能力强、限流效果在系统发生故障时保护动作准确，工作可 靠；有足够的热稳定性和动稳定性2.6.1 用于低压电力网的配电电器2.6 低压电器低压电器品质改变世界品质改变世界 2323三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型断路器品质改变世界品质改变世界 2424三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型熔断器负荷开关品质改变世界品质改变世界 2525三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型变桨距系统中的控制电器设计要点：变桨距系统中的控制电器设计要点：?包括接触器、起动器和各种控制继电器等?主要技术要求是操作频率高、寿命长，有相应的转换能力2.6.2用于电力拖动及自动控制系统的控制电器品质改变世界品质改变世界 2626三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型接触器品质改变世界品质改变世界 2727三一电气三一电气2 2 电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型电气设计与选型继电器品质改变世界品质改变世界 2828三一电气三一电气3 3 软件设计软件设计软件设计软件设计EPEC控制器模块负责与主控通讯和三个柜子的协调统一，三个备 用电源分别给三个变桨柜提供在主电掉电情况下供电，在接到主控命 令时，EPEC控制器将经过处理的指令传送给三个驱动器，驱动器驱动电机执行相应的变桨指令。

品质改变世界品质改变世界 2929三一电气三一电气3 3 软件设计软件设计软件设计软件设计系统工作模式： 模式0：系统准备好进入正常模式，电机上电，制动器闭合 模式1：正常操作模式，系统将按照接收到的指令变桨 模式2、3：故障模式系统产生故障时自动进入该模式 模式2：闭环顺桨模式，桨叶将经由驱动器采取闭环反馈顺桨到指定位置，位置到达后制动器闭合 模式3：开环顺桨模式，当电机编码器损坏或其他原因不能闭环收桨时，打开工频旁路收桨 模式4：手动操作模式，上电前将手动开关打开，系统上电后即进入手动操作模式，此时，要靠手动操作盒来进行操作品质改变世界品质改变世界 3030三一电气三一电气3 3 软件设计软件设计软件设计软件设计系统工作模式切换图品质改变世界品质改变世界 3131三一电气三一电气4 4 结构设计结构设计结构设计结构设计设计要点：设计要点：?密封等级要求较高?针对海上型变桨距系统，选用抗腐蚀能力的柜体材料?提高焊接质量?密封件选用抗老化能力和适应环境能力强的产品?盖板上安装柜锁，方便维护时开启盖板?部件分布合理，使走线均匀、动力线与信号线最大程度分开?柜体风扇及电机风扇的轴和轮毂旋转轴平行品质改变世界品质改变世界 3232三一电气三一电气4 4 结构设计结构设计结构设计结构设计品质改变世界品质改变世界 3333三一电气三一电气4 4 结构设计结构设计结构设计结构设计品质改变世界品质改变世界 3434三一电气三一电气5 5 成功方法成功方法成功方法成功方法变桨系统是整个风机可靠性保障的重要环节。

变桨系统是整个风机可靠性保障的重要环节1.整个柜体采用SUS304材料，料厚3mm ，柜门与柜体之间采用进口橡胶圈，柜体与柜体之间的连接采用进口工业用连接器，整个柜体的防护等级达到IP65a.柜体密封结构b.柜体密封结构品质改变世界品质改变世界 3535三一电气三一电气2.从柜内器件选型上讲，全采用具有从柜内器件选型上讲，全采用具有CE和和UL国际认证的进口低压器国际认证的进口低压器件，保证低压电器的可靠性建立可靠的低压电器选型目录，元器件的件，保证低压电器的可靠性建立可靠的低压电器选型目录，元器件的控制包括监制、验收、补充筛选、升级筛选、试验、失效分析等工作控制包括监制、验收、补充筛选、升级筛选、试验、失效分析等工作对超期复验、低质量等级、失效情况、新品状态变。