CN101655065B - 风力发电机变桨距控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风力发电机变桨距控制系统，包括轮毂，设置在轮毂内的主控箱、轴控箱、后备电源箱、电机及传动装置，所述主控箱控制若干个并联的轴控箱，每一个轴控箱单独控制一组电机，所述主控箱箱体的壁呈六边形设置，所述主控箱箱体内设有PLC控制单元，所述轴控箱和后备电源箱的壁均呈六边形设置。本发明的有益效果主要体现在：PLC控制单元实现了桨叶转角位置、电池充电、箱体温度控制、故障处理等多项功能；主控箱和轴控箱、后备电源箱都采用六边形结构，使各个箱内的空间最大化，使每个箱内可以放置更多的电气器件或电池组，从而能实现更多的功能；提高整个控制组件的工作电压，使桨叶的转动速度更快，安全性更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机的变桨距控制系统，属于风力发电技术领域。
背景技术
随着不可再生能源在世界范围面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生能源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源开发技术，尤其在高原、沿海等地区有着广泛的普及应用。
采用变桨技术的风力发电机组通过变桨系统可以调整叶片的桨距角，优化风轮的出力，改善风力机的输出功率特性，并消除因空气密度变化和叶片表面粗糙度对功率输出的影响。变桨距风力发电机组能主动以全顺桨方式来减少叶轮所承受的风压，具有机组起动性能好、输出功率稳定、机组结构受力小、停机方便安全和运输起吊难度小等优点。另外，通过变桨系统可以使叶片处于顺桨状态，这样在机组出现故障等情况下，极大地减小制动工况下作用在传动系统中的载荷，同时在极端风速工况下通过顺桨减小风轮上承受的推力，从而降低塔架所承受的极限载荷。
现有的变桨系统一般包括主控箱，及由主控箱控制的若干个并联的轴控箱，如图2所示，目前的主控箱一般都是设置成方形，因此主控箱内只能设用于提供控制程序的单片机16，因为单片机16的结构相对较小。但是，同时带来的影响是单片机所能带来的控制功能较少。
为了保证在电网失电等意外情况下叶片可靠顺桨，需要给变桨距系统提供可靠的后备电源，在系统断电情况下给变桨距机构提供足够的能量，使叶片顺桨，保证机组的安全。
现有的变桨系统的每个轴控箱都控制一个桨叶的转向，桨叶固定在轮毂上，由轴控箱驱动轮毂转动，来带动桨叶转动。现有的轴控箱和后备电源箱对称设置在轮毂内，且都设置成矩形。这样的形式导致后备电源箱中只能放置两组电池组，电压较低，最终导致只能使用形状较小的桨叶从而使发电效率低下。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种结构优化设计的风力发电机的变桨距控制系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种风力发电机变桨距控制系统，包括与桨叶固定连接的轮毂，设置在轮毂上的主控箱、轴控箱、后备电源箱、电机及传动装置，所述主控箱控制若干个并联的轴控箱，每一个轴控箱单独控制一组电机，所述主控箱箱体的壁呈六边形设置，所述主控箱箱体内设有PLC控制单元，所述轴控箱和后备电源箱的壁均呈六边形设置，所述轴控箱内设有驱动所述电机转动的驱动器，所述传动装置连接于所述电机并将扭矩传递至所述轮毂和桨叶，所述轴控箱内还设有与所述后备电源箱的电池组相连的充电单元。
进一步地，所述主控箱箱体上相互间隔的三个壁上分别设有用于与轴控箱连接的控制接口。所述主控箱箱体上相互间隔的三个壁的外侧设有照明灯，内侧设有加热器。所述主控箱箱体的壁呈正六边形设置。
再进一步地，所述后备电源箱内排列设置有三组电池组。所述轴控箱为三个。
更进一步地，所述传动装置包括固设于电机轴上的齿轮及与所述轮毂固接的齿圈，所述齿轮与齿圈啮合。
本发明的有益效果主要体现在：PLC控制单元实现了桨叶转角位置、电池充电、箱体温度控制、故障处理等多项功能；主控箱和轴控箱、后备电源箱都采用六边形结构，使各个箱内的空间最大化，确保每个箱内可以放置更多的电气器件或电池组，从而能实现更多的功能，提高整个控制组件的工作电压，使桨叶的转动速度更快，安全性更好。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1是本发明变桨用主控箱的结构示意图。
图2是现有技术变桨用主控箱的结构示意图。
图3是本发明的轴控箱和后备电源箱的结构示意图。
具体实施方式
本发明揭示了一种风力发电机变桨距控制系统，包括与桨叶22固定连接的轮毂，设置在轮毂21上的主控箱11、轴控箱23、后备电源箱27、电机及传动装置。
所述主控箱控制若干个并联的轴控箱，每一个轴控箱单独控制一组电机，所述主控箱箱体的壁呈六边形设置，所述主控箱箱体内设有PLC控制单元，所述轴控箱和后备电源箱的壁均呈六边形设置，所述轴控箱内设有驱动所述电机转动的驱动器，所述传动装置连接于所述电机并将扭矩传递至所述轮毂和桨叶，所述轴控箱内还设有与所述后备电源箱的电池组相连的充电单元。
轴控箱内还设有与电机驱动器并联的充电电路，充电电路一端与主控箱联接，另一端联接充电电池组，充电电池组再与保护电路联接，充电电路在PLC控制单元给出指令后，控制充电电池组充电；所述的电机输出齿轮上设有位置传感器。
设置在桨叶转动齿轮上的位置传感器将桨叶转动的位置信号通过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理。所述的电机输出齿轮上还设有速度传感器，速度传感器将直流电机输出的角速度信号反馈给电机驱动器进行处理。
如图1所示，所述主控箱包括箱体，所述箱体内设有PLC控制单元，所述箱体的壁11呈正六边形设置。由于主控箱是设置在球形的轮毂上的，因此，在保证与现有技术主控箱的外切圆相同的条件下，本发明的六边形主控箱的内部收容空间就大，这样就可以设置长度较长的PLC控制系统的硬件15。
进一步地，所述主控箱箱体上相互间隔的三个壁11上分别设有用于与轴控箱连接的控制接口14。由于变桨系统的轴控箱同样设置在轮毂上，且相互成三角对称设置，而控制接口14设置的位置能保证与轴控箱的直线距离最近，这样可以使连接主控箱和轴控箱之间的电缆最短化，方便连接。
所述主控箱箱体上相互间隔的另外三个壁的外侧设有照明灯12，其内侧设有加热器13。照明灯12是为了维修时照明所用。加热器13的功率为200瓦，确保主控箱内部的温度保持在5摄氏度以上，使主控箱能在零下40摄氏度的外界环境下正常运行。
由于本发明的主控箱的内部收容空间呈六边形设置，且面积比现有技术大，因此还可以在其内设置温度控制器和温度传感器，用来控制所述加热器。另外，还可以再其内设置更多的接触器和继电器，使PLC系统能实现更复杂的控制功能。
如图3所示，所述轴控箱23内设有驱动所述电机29转动的驱动器24，所述传动装置连接于所述电机29并将扭矩传递至所述轮毂21和桨叶22，所述轴控箱和后备电源箱的壁均呈六边形设置。
将现有技术的矩形轴控箱和后备电源箱改成六边形设置，增加了其内部的收容空间，所述后备电源箱内排列设置有三组电池组28，提高整个控制组件的工作电压；轴控箱23内可设置更多的电气器件，实现更多的功能。所述轴控箱23内设有与电池组相连的充电单元25。所述轴控箱的壁上设有用于与主控箱连接的控制接口26。
进一步地，所述传动装置包括固设于电机轴上的齿轮210及与所述轮毂固接的齿圈211，所述齿轮210与齿圈211啮合。驱动器24驱动电机29转动后，电机轴带动齿轮210转动，进而带动轮毂齿圈转动，最终实现桨叶的转动。由于电压较高，使桨叶的转动速度更快，安全性更好；而由于电压提高后，可以选用功率较大的电机，进而可以在轮毂尺寸不增加(即轮毂阻力较小)的情况下选用形状更大的桨叶，从而使本整个发电机的发电功率变大。
本发明尚有多种具体的实施方式。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种风力发电机变桨距控制系统，包括与桨叶固定连接的轮毂，设置在轮毂上的主控箱、轴控箱、后备电源箱、电机及传动装置，所述主控箱控制若干个并联的轴控箱，每一个轴控箱单独控制一组电机，其特征在于：所述主控箱箱体的壁呈正六边形设置，所述主控箱箱体内设有PLC控制单元，所述轴控箱和后备电源箱的壁均呈六边形设置，所述轴控箱内设有驱动所述电机转动的驱动器，所述传动装置连接于所述电机并将扭矩传递至所述轮毂和桨叶，所述轴控箱内还设有与所述后备电源箱的电池组相连的充电单元。
2.根据权利要求1所述的风力发电机变桨距控制系统，其特征在于：所述主控箱箱体上相互间隔的三个壁上分别设有用于与轴控箱连接的控制接口。
3.根据权利要求1所述的风力发电机变桨距控制系统，其特征在于：所述主控箱箱体上相互间隔的三个壁的外侧设有照明灯，内侧设有加热器。
4.根据权利要求1所述的风力发电机变桨距控制系统，其特征在于：所述后备电源箱内排列设置有三组电池组。
5.根据权利要求1所述的风力发电机变桨距控制系统，其特征在于：所述传动装置包括固设于电机轴上的齿轮及与所述轮毂固接的齿圈，所述齿轮与齿圈啮合。
6.根据权利要求1所述的风力发电机变桨距控制系统，其特征在于：所述轴控箱为三个。
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