CN101644236A - 用于风力发电机上的电液制动系统 - Google Patents

用于风力发电机上的电液制动系统 Download PDF

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Abstract

用于风力发电机上的电液制动系统，属于风力发电设备技术领域。它是为了解决现有风力发电机的偏航制动系统与主轴制动系统采用电磁换向阀和电液伺服阀进行控制，系统液压回路复杂、故障率高的问题。它以交流伺服电机驱动双向定量泵作为动力源，由变频器驱动交流伺服电机进行变转速、转向运动从而控制与交流伺服电机输出轴相连的双向定量泵出口油液的压力和流向，控制制动器实现制动、提供阻尼力或者取消制动，通过双向液压锁保持制动器的制动或非制动状态，通过补油阀实现闭式回路的油液补充和将多余的油液排出，通过溢流阀保证进入制动器的压力油压力一定。本发明作为风力发电机上使用的制动系统。

Description

用于风力发电机上的电液制动系统
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电机上的电液制动系统，属于风力发电设备技术领域。
背景技术
目前商用大型风力发电机一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、机舱、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。它由风轮将风能转换为机械能，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。由于风向的变化，为了有效地利用风能，需要有偏航装置，使大型风力发电机在风速矢量方向变化时，能快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。在偏航过程中，需要偏航制动系统提供一定的偏航阻尼，以保证偏航过程的安全平稳；偏航完成后，偏航制动系统还需要将机舱锁紧，保证机舱安全；另外，当风力发电机需要停机检修或者因外界环境变化而不利于风力发电机正常工作时，风力发电机需要停机，即需要主轴停转。主轴停转可以通过紧急顺桨来减小风对风轮桨叶的攻角，间接的减小风力发电机主轴旋转的动力，并同时通过机舱内安装的主轴制动系统强行让主轴停转。一套可靠的主轴制动系统，对于保证风力发电机的安全工作至关重要。
图3所示为现有风力发电机的偏航制动系统与主轴制动系统的液压制动原理图。整个风力发电机液压系统共用一个液压站。
由现有的风力发电机上使用的偏航制动与主轴制动液压系统原理图分析可以看出，现有的偏航制动与主轴制动系统液压回路复杂，回路中安装有一个电磁换向阀12和一个电液伺服阀15进行控制。由于系统主轴处于自由状态的时间长，因此电磁换向阀12的电磁铁在风力发电机正常工作时总是带电，而且电液伺服阀15也经常动作，即电液伺服阀15的电磁铁需要频繁启动，如果其中任意一个电磁铁发生故障，则制动系统就无法正常工作。另外，由于油液污染造成的电磁换向阀12和电液伺服阀15的滑阀阀芯的卡滞现象也是液压系统发生故障的主要原因之一。可见现有风力发电机上使用的偏航制动与主轴制动系统可靠性差；另一方面，偏航制动与主轴制动液压控制系统没有冗余配置，一旦发生故障，必将造成停机事故。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有风力发电机的偏航制动系统与主轴制动系统采用电磁换向阀和电液伺服阀进行控制，系统液压回路复杂、故障率高的问题，提供了一种用于风力发电机上的电液制动系统。
本发明包括电液制动动力源、制动器、控制器和力传感器，所述的电液制动动力源包括双向定量泵、补油阀、双向液压锁、两个溢流阀、闭式油罐、交流伺服电机、编码器和变频器，
交流伺服电机的动力输出轴与双向定量泵的动力输入轴连接，双向定量泵与制动器之间通过两条油路组成闭式回路，两条油路上设置双向液压锁，补油阀的两个出油口将补油阀连通于双向液压锁与双向定量泵之间的两条油路之间，补油阀的进油口连通闭式油罐的进出油口，两个溢流阀的出油口同时与闭式油罐的进出油口连通，一个溢流阀的进油口连通制动器的一个油口，另一个溢流阀的进油口连通制动器的另一个油口；
编码器的输入转轴与交流伺服电机的动力输出轴相连，编码器的检测信号输出端连接变频器的反馈信号输入端；变频器的控制信号输入端连接控制器的控制信号输出端，控制器的控制信号输入端连接力传感器的力信号输出端，力传感器的力信号输入端连接到制动器的油缸的活塞杆出力端；变频器的控制信号输出端连接交流伺服电机的控制信号输入端。
本发明的优点是：
本发明相对于传统的风力发电机制动系统，具有结构简单、控制可靠、效率高、故障率低的优点。本发明系统通过变频器控制交流伺服电机的转向和转速来控制制动器的制动力，去除了对油液颗粒度敏感的电液伺服阀和容易发生故障的电磁换向阀，简化了液压回路，并使系统的故障率降低。本发明的控制系统由于既有对交流伺服电机的速度与转向控制，又有对制动器的制动力反馈控制，整机系统的加载精度达到了很高的水平。溢流阀能够保证进入制动器的压力油压力一定，保证足够的制动力矩，还可防止压力过高引起故障；当交流伺服电机停止工作时，双向液压锁可保持制动器的制动或非制动状态。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是实施方式三中采用两套电液制动动力源的本发明整体结构示意图，图3是已有风力发电机制动系统的液压原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括电液制动动力源20、制动器30、控制器60和力传感器70，所述的电液制动动力源20包括双向定量泵20-1、补油阀20-2、双向液压锁20-3、两个溢流阀20-4、闭式油罐20-5、交流伺服电机20-6、编码器20-7和变频器20-8，
交流伺服电机20-6的动力输出轴与双向定量泵20-1的动力输入轴通过联轴节50连接，双向定量泵20-1与制动器30之间通过两条油路组成闭式回路，两条油路上设置双向液压锁20-3，补油阀20-2的两个出油口将补油阀20-2连通于双向液压锁20-3与双向定量泵20-1之间的两条油路之间，补油阀20-2的进油口连通闭式油罐20-5的进出油口，两个溢流阀20-4的出油口同时与闭式油罐20-5的进出油口连通，一个溢流阀20-4的进油口连通制动器30的一个油口，另一个溢流阀20-4的进油口连通制动器30的另一个油口；
编码器20-7的输入转轴与交流伺服电机20-6的动力输出轴相连，编码器20-7的检测信号输出端连接变频器20-8的反馈信号输入端；变频器20-8的控制信号输入端连接控制器60的控制信号输出端，控制器60的控制信号输入端连接力传感器70的力信号输出端，力传感器70的力信号输入端连接到制动器30的油缸的活塞杆出力端；变频器20-8的控制信号输出端连接交流伺服电机20-6的控制信号输入端。
本实施方式中双向定量泵20-1由控制器60通过变频器20-8和交流伺服电机20-6进行控制；双向液压锁20-3由两个液控单向阀组成，两个液控单向阀的出油口分别与制动器30的油缸的两个不同油口相连通，两个液控单向阀的进油口分别与双向定量泵20-1的两个不同油口相连通，每个液控单向阀的控制油口分别与另一个液控单向阀的进油口所连接的油路相连通。双向液压锁20-3的作用是用于保持制动器30的制动或非制动状态，制动器30可以采用常开式，也可以采用常闭式。
本发明针对现有风力发电机偏航刹车与主轴制动系统的不足和缺陷，提供了一种用于风力发电机的新型电液制动系统，该系统具有结构简单、控制元件少、效率高、重量轻、占地面积小、安全可靠的优点，减少了故障发生的几率，确保制动操作安全可靠地进行。
本发明的工作过程：控制器60接受由风力发电机总控制器发出的指令，通过与力传感器70输入的信号进行比较与运算，然后输出控制电压给变频器20-8，变频器20-8发出控制信号给交流伺服电机20-6，交流伺服电机20-6在收到变频器20-8的控制信号后顺时针或逆时针旋转，并带动双向定量泵20-1转动，双向定量泵20-1向制动器30输出压力油。制动器30可实现制动、提供阻尼力或者取消制动，当完成控制器60下达的指令后，由双向液压锁20-3保持制动或非制动状态。
本发明系统可用在风力发电机的偏航刹车系统上，也可用在主轴制动系统上。应用时只需改变具体参数即可。
控制器60可采用可编程控制器PLC，由PLC发出控制信号控制变频器20-8工作。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述补油阀20-2由两个液控单向阀组成，两个液控单向阀并联于两条油路之间，两个液控单向阀的进油口同时连通闭式油罐20-5的进出油口。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
本实施方式中所述的每个液控单向阀的出油口分别与不同的油路连接，每个液控单向阀的控制油口分别与另一个液控单向阀的出油口所连接的油路相连通。
补油阀20-2并联在闭式回路上并与闭式油罐20-5连通，作用是闭式回路中油液不足时从闭式油罐20-5中向闭式回路中补充油液和将闭式回路中多余的油液排回闭式油罐20-5。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于它还包括两个三位四通阀40，所述的电液制动动力源20为两套，每套电液制动动力源20的一条油路通过一个三位四通阀40连通制动器30的油缸的一个油口，每套电液制动动力源20的另一条油路通过另一个三位四通阀40连通制动器30的油缸的另一个油口；控制器60的控制信号输出端连接每套电液制动动力源20中变频器20-8的控制信号输入端。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
本实施方式中通过控制两个三位四通阀40来切换两套电液制动动力源20实现冗余配置，当一套电液制动动力源20的液压回路发生故障时，可通过控制系统自动切换到第二套电液制动动力源20，这使得液压制动系统的可靠性大大提高。在突发情况需要快速停机时，可以控制两套电液制动动力源20同时工作，加快制动器30的制动速度，在最短时间内使制动盘停止转动。

Claims (3)

1、一种用于风力发电机上的电液制动系统，其特征在于：它包括电液制动动力源(20)、制动器(30)、控制器(60)和力传感器(70)，所述的电液制动动力源(20)包括双向定量泵(20-1)、补油阀(20-2)、双向液压锁(20-3)、两个溢流阀(20-4)、闭式油罐(20-5)、交流伺服电机(20-6)、编码器(20-7)和变频器(20-8)，
交流伺服电机(20-6)的动力输出轴与双向定量泵(20-1)的动力输入轴连接，双向定量泵(20-1)与制动器(30)之间通过两条油路组成闭式回路，两条油路上设置双向液压锁(20-3)，补油阀(20-2)的两个出油口将补油阀(20-2)连通于双向液压锁(20-3)与双向定量泵(20-1)之间的两条油路之间，补油阀(20-2)的进油口连通闭式油罐(20-5)的进出油口，两个溢流阀(20-4)的出油口同时与闭式油罐(20-5)的进出油口连通，一个溢流阀(20-4)的进油口连通制动器(30)的一个油口，另一个溢流阀(20-4)的进油口连通制动器(30)的另一个油口；
编码器(20-7)的输入转轴与交流伺服电机(20-6)的动力输出轴相连，编码器(20-7)的检测信号输出端连接变频器(20-8)的反馈信号输入端；变频器(20-8)的控制信号输入端连接控制器(60)的控制信号输出端，控制器(60)的控制信号输入端连接力传感器(70)的力信号输出端，力传感器(70)的力信号输入端连接到制动器(30)的油缸的活塞杆出力端；变频器(20-8)的控制信号输出端连接交流伺服电机(20-6)的控制信号输入端。
2、根据权利要求1所述的用于风力发电机上的电液制动系统，其特征在于所述补油阀(20-2)由两个液控单向阀组成，两个液控单向阀并联于两条油路之间，两个液控单向阀的进油口同时连通闭式油罐(20-5)的进出油口。
3、根据权利要求1或2所述的用于风力发电机上的电液制动系统，其特征在于它还包括两个三位四通阀(40)，所述的电液制动动力源(20)为两套，每套电液制动动力源(20)的一条油路通过一个三位四通阀(40)连通制动器(30)油缸的一个油口，每套电液制动动力源(20)的另一条油路通过另一个三位四通阀(40)连通制动器(30)油缸的另一个油口；控制器(60)的控制信号输出端连接每套电液制动动力源(20)中变频器(20-8)的控制信号输入端。
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