CN105179167B

CN105179167B - 一种变桨电机制动器的控制方法

Info

Publication number: CN105179167B
Application number: CN201510605503.6A
Authority: CN
Inventors: 许力伟; 郭锐; 吉天平; 庞家猛; 刘尧荣; 刘禹; 胡凯凯
Original assignee: CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2035-09-22
Also published as: CN105179167A

Abstract

本发明公开一种变桨电机制动器的控制方法，步骤包括：1）实时检测目标变浆电机制动器所处的环境温度值，如果检测到的环境温度值低于预设温度值，则当目标变桨电机制动器处于抱闸制动状态时，判断当前目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果判断为不正常，转入执行步骤2）；2）控制变桨电机循环的按照指定速率执行正向旋转、反向旋转，以控制目标变桨电机制动器，并当目标变桨电机制动器的制动性能恢复正常时退出控制。本发明具有控制实现方法简单、所需成本低、使得制动器能够适用于低温环境中、且制动性能可靠性高的优点。

Description

一种变桨电机制动器的控制方法

技术领域

本发明涉及变桨系统控制技术领域，尤其涉及一种变桨电机制动器的控制方法。

背景技术

目前兆瓦级风力发电机组已经形成了大规模的市场化应用，而其中使用变桨电机集成制动器的变桨系统占据了绝大部分的比重。变桨电机中所集成的制动器，主要用于在风力发电机组停止时为叶片固定在受力最小的桨距角提供制动力矩，如果制动器的制动性能失灵，则无法为固定桨叶位置提供足够的制动力矩，将会导致兆风力发电机组无法停机，并使风力发电机组承受极大的有害载荷而倒塌。

为了有效减少频繁制动引起的磨损，在使用集成制动器的变桨电机的变桨系统中，制动器中轴承外圈内壁与滚针之间的空隙通常需要设置润滑油脂，以保证制动器满足全使用周期的要求。由于变桨电机在工作时会发热，在必要的过载工况下温度会非常高，因此制动器所选用的油脂必须满足较高的温度条件，该条件下所选用的油脂在使用环境的气温降至一定温度后会近乎凝固，其粘度极高，因而影响单向制动器轴承中滚针正常动作到达制动位置，降低了低温情况下单向制动器的制动性能，严重时还可能导致制动完全失灵。因此目前变桨系统中变桨电机制动器在低温环境下的适应性差，制动器制动性能可靠性低，容易使兆瓦级风力发电机组停机时还要承受载荷，并且影响兆瓦级风力发电机组安全停机。

目前在适合安装兆瓦级风力发电机组的地区当中，有相当一部分都会在冬季时出现温度较低，甚至温度极低的情况，而常规的润滑油脂还只能在某一段温度范围中使用，不能完全覆盖低温与高温的宽范围，若单独为制动器研发宽温度范围的润滑油，其研发难度大、研发和采购的成本非常高，因此目前急需提供一种能够解决变桨电机制动器在低温环境下的适应性问题以提高制动器可靠性能的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种控制实现方法简单、所需成本低、使得制动器能够适用于低温环境、且制动性能可靠性高的变桨电机制动器的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种变桨电机制动器的控制方法，步骤包括：

1）实时检测目标变浆电机制动器所处的环境温度值，如果检测到的所述环境温度值低于预设温度值，则当目标变桨电机制动器处于抱闸制动状态时，判断当前目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果判断为不正常，转入执行步骤2）；

2）控制目标变桨电机循环的按照指定速率执行正向旋转、反向旋转，以控制目标变桨电机制动器，并当目标变桨电机制动器的制动性能恢复正常时退出控制。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2）的具体步骤为：

2.1）在第一预设时间t₁内由驱动控制器控制目标变桨电机按照第一预设速率V₁执行反向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器；判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3），否则返回执行步骤2.1），直至完成第一预设时间t₁的控制，转入执行步骤2.2）；

2.2）在第二预设时间t₂内由驱动控制器控制目标变桨电机按照第二预设速率V₂执行正向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器；判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3），否则返回执行步骤2.2），直至完成第二预设时间t₂的控制，返回执行步骤2.1）；

2.3）退出控制，使得目标变桨电机停止输出力矩、速度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2.1）的具体步骤为：

2.11）预先定义反转控制计时器T1并初始化为0；

2.12）判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3)，否则转入执行步骤2.13）；

2.13）由驱动控制器控制目标变桨电机按照第一预设速率V₁执行反向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器，并启动所述反转控制计时器T1开始计时，转入执行步骤2.14）；

2.14）判断当前反转控制计时器T1的值是否超过第一预设时间t₁，如果是，所述反转控制计时器T1进行归零处理，转入执行步骤2.2），否则返回执行步骤2.13）。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2.2）的具体步骤为：

2.21）预先定义正转控制计时器T2并初始化为0；

2.22）判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3），否则转入执行步骤2.23）；

2.23）由驱动控制器控制目标变桨电机按照第二预设速率V₂执行正向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器，并启动所述正转控制计时器T2开始计时，转入执行步骤2.24）；

2.24）判断当前正转控制计时器T2的值是否超过第二预设时间t₂，如果是，所述正转控制计时器T2进行归零处理，转入执行步骤2.1），否则返回执行步骤2.23）。

作为本发明的进一步改进，所述判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常的具体步骤为：检测目标变桨电机制动器的制动力矩，并判断检测到的所述制动力矩是否大于预设制动力矩阈值，如果是，则判定为正常，否则判定为不正常。

作为本发明的进一步改进：所述目标变桨电机制动器的制动力矩具体是通过检测目标变桨电机的输出力矩获取得到。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2）中还包括制动器失效判断步骤，具体步骤为：若判断到在第三预设时间t₀内目标变桨电机制动器的制动性能均为不正常，则判定目标变桨电机制动器失效，退出控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明充分利用了变桨电机能够受控旋转的特点，在制动器处于抱闸制动状态，且处于低温环境时，通过控制变桨电机循环正向、反向旋转以拖动制动器，直至制动器恢复正常，保证低温环境下制动器的制动性能可靠性，同时不影响制动器在正常温度条件下的运行，因而使得制动器可以适用于于低温至高温等宽范围的环境中且使用可靠性高；

2）本发明通过控制变桨电机的正、反向旋转拖动制动器，可以破坏润滑油的凝固状态以及带动变桨电机制动器的内部滚针等部件正常动作，从而达到恢复变桨电机制动器的制动性能的目的，确保变桨电机制动器在低温环境下的制动性能正常；

3）本发明进一步通过驱动控制器控制变桨电机反方向旋转一段时间，以对变桨电机制动器进行反转控制，再正方向旋转一段时间，以对变桨电机制动器进行正转控制，在制动器的制动性能未恢复正常前循环执行上述正、反向旋转，控制实现简单，不需要额外增加或更换设备，且能够有效破坏润滑油凝固的物理状态，同时有助于带动制动器内部滚针等部件进行正常动作，使变桨电机制动器的制动性能恢复正常；

4）本发明进一步通过检测制动器的制动力矩来判断变桨电机制动器的制动性能是否正常，判断方法简单，易于实现且准确度高。

附图说明

图1是本实施例变桨电机控制器的控制方法的实现流程示意图。

图2是变桨系统的结构原理示意图。

图3是本发明变桨电机控制器的控制方法在具体实施例中的实现流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例变桨电机制动器的控制方法，步骤包括：

1）实时检测目标变浆电机制动器所处的环境温度值，如果检测到的环境温度值低于预设温度值，则当目标变桨电机制动器处于抱闸制动状态时，判断当前目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果判断为不正常，转入执行步骤2）；

本实施例充分利用了变桨电机能够受控旋转的特点，在处于低温环境时且制动器处于抱闸制动状态，通过控制变桨电机循环正向、反向旋转以拖动已经抱闸但制动性能失灵的制动器，可以破坏润滑油的凝固状态以及带动制动器的内部滚针等部件正常动作，从而达到恢复制动器的制动性能的目的，保证低温环境下制动器的制动性能可靠性，同时不影响制动器在正常温度条件下的运行，因而使得制动器可以适用于于低温至高温等宽范围的环境中且使用可靠性高。

变桨系统即是风力发电机组用于改变桨叶位置以调整所获得的空气动力转矩的装置，如图2所示，变桨系统具体由驱动控制器、变桨电机、减速齿轮箱、桨叶等组成，其中桨叶（叶片）用于风力发电机组捕获风能以使其获得空气驱动力，减速齿轮箱用于传递桨叶与变桨电机之间的机械能，驱动控制器用于采集变桨电机的速度和输出力矩、控制变桨电机制动器抱闸/松闸以及控制变桨电机旋转并计算其输出力矩；变桨电机用于驱动桨叶旋转，除电机本体外，还集成有制动器（即本实施变桨电机制动器）和速度采集单元等；变桨电机制动器为集成在变桨电机的制动器，其内部由轴承、滚针、润滑油、摩擦片等组成。

本实施例步骤1）中通过检测环境温度值是否低于预设温度值来判定是否为需要启动变浆电机制动器控制的低温环境，预设温度值可根据实际需求进行设定，实际中预设温度值可以设置为稍高于目标低温环境值，避免错过需要启动变浆电机制动器控制的时机，确保控制的有效性。桨叶到达顺桨位置时，驱动控制器控制变桨电机制动器抱闸，顺桨位置即是当风力发电机组停机时桨叶所在的停止位置，此时变桨电机制动器应抱闸制动，通过判断目标变桨电机制动器的制动性能来确定是否需要执行控制，若判断到目标变桨电机制动器的制动性能不正常，则说明由于低温环境影响，制动器内的油脂已出现凝固状态，则转入执行步骤2）。

本实施例中，步骤2）的具体步骤为：

2.3）退出控制，使得目标变桨电机停止输出力矩、速度。

本实施例具体通过驱动控制器控制变桨电机循环的按照指定速率执行正向旋转、反向旋转，控制实现简单，且不需要额外增加或更换设备。

本实施例通过驱动控制器控制变桨电机反方向旋转（逆时针旋转）一段时间（本实施例为第一预设时间t₁），以对变桨电机制动器进行反转控制，再正反向旋转（顺时针旋转）一段时间（本实施例为第二预设时间t₂），以对变桨电机制动器进行正转控制，在制动器的制动性能未恢复正常前循环执行上述正、反向旋转，控制实现简单，且能够破坏润滑油凝固的物理状态，同时有助于带动制动器内部滚针等部件进行正常动作，使变桨电机制动器的制动性能恢复正常。

本实施例第一预设时间t₁、第二预设时间t₂、第一预设速率V₁以及第二预设速率V₂均可根据实际需求进行设置，其中第一预设速率V₁以及第二预设速率V₂可设置为低速速率，使得变桨电机以低速进行正向、反向旋转，能够有效恢复制动器制动性能的同时降低所需的功耗及成本。

本实施例中，步骤2.1）的具体步骤为：

2.11）预先定义反转控制计时器T1并初始化为0；

2.12）判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3），否则转入执行步骤1.13）；

2.13）由驱动控制器控制目标变桨电机按照第一预设速率V₁执行反向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器，并启动反转控制计时器T1开始计时，转入执行步骤2.14）；

2.14）判断当前反转控制计时器T1的值是否超过第一预设时间t₁，如果是，反转控制计时器T1进行归零处理，转入执行步骤2.2），否则返回执行步骤2.13）。

本实施例中，步骤2.2）的具体步骤为：

2.21）预先定义正转控制计时器T2并初始化为0；

2.23）由驱动控制器控制目标变桨电机按照第二预设速率V₂执行正向旋转，以输出对应的力矩、速度控制目标变桨电机制动器，并启动正转控制计时器T2开始计时，转入执行步骤2.24）；

2.24）判断当前正转控制计时器T2的值是否超过第二预设时间t₂，如果是，正转控制计时器T2进行归零处理，转入执行步骤2.1），否则返回执行步骤2.23）。

本实施例中，判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常的具体步骤为：检测目标变桨电机制动器的制动力矩，并判断检测到的制动力矩是否大于预设制动力矩阈值，如果是则判定为正常，否则判定为不正常。制动力矩为变桨电机制动器阻碍变桨电机时产生的力矩，通过检测制动器的制动力矩来判断变桨电机制动器的制动性能是否正常，判断方法简单，易于实现且准确度高。

本实施例中，目标变桨电机制动器的制动力矩具体通过检测目标变桨电机的输出力矩获取得到。由于在变桨电机静止或匀速运行时，可近似地认为制动力矩的大小与变桨电机的输出力矩的大小相等，本实施例由变桨电机的输出力矩等效作为变桨电机制动器的制动力矩，可以进一步降低制动力矩获取的复杂度，使控制实现简单。

本实施例中，步骤2）中还包括制动器失效判断步骤，具体步骤为：若判断到在第三预设时间t₀内目标变桨电机制动器的制动性能均为不正常，则判定目标变桨电机制动器失效，退出控制。若控制变桨电机循环的执行正、反向旋转一段时间后，变桨电机制动器的制动性能仍未恢复正常，则可判定变桨电机制动器已失效，需要停止控制过程。

如图3所示，本发明变桨电机制动器的控制方法在具体实施例中的详细步骤如下：

步骤1：桨叶到达顺桨位置，驱动控制器控制制动器抱闸，定义制动器失效判断计时器T、反转控制计时器T1以及正转控制计时器T2，使制动器失效判断计时器T、正转控制计时器T1归零，启动制动器失效判断计时器T开始计时；

步骤2：使得正转控制计时器T2归零；

步骤3：判断制动器失效判断计时器T是否超出第三预设时间t0，即是否满足T>t0，如果是则转入执行步骤4），否则表示变桨电机制动器失效，转入执行进入步骤10；

步骤4：判断制动力矩是否大于预设力矩阀值，如果是，则说明变桨电机制动器的制动性能正常，转入执行步骤10，否则转入执行步骤5；

步骤5：驱动控制器控制变桨电机以第一预设速度V1反向（逆时针）旋转，以对制动器进行反转控制，启动反转控制计时器T1开始计时；

步骤6：判断反转控制计时器T1是否超出第一预设时间t1，即是否满足T1>t1，如果是，则重复步骤4和步骤5，否则转入执行步骤6；

步骤7：判断制动力矩是否大于阀值，如果是，则说明制动器的制动性能正常，转入执行步骤10，否则转入执行步骤8；

步骤8：驱动控制器控制电机以第二预设速度V2正向（顺时针）旋转，以对制动器进行正转控制，启动正转控制计时器T2开始计时，并使得反转控制计时器T1归零；

步骤9：判断正转控制计时器T2是否超出第二预设时间t2，即是否满足T2>t2，如果是，则重复步骤7和步骤8，否则转入执行步骤2；

步骤10：退出变桨电机制动器的控制，变桨电机停止输出力矩和速度，制动器失效判断计时器T、反转控制计时器T1以及正转控制计时器T2 均归零(T=0;T1=0;T2=0)。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种变桨电机制动器的控制方法，其特征在于步骤包括：

1）实时检测目标变桨电机制动器所处的环境温度值，如果检测到的所述环境温度值低于预设温度值，则当目标变桨电机制动器处于抱闸制动状态时，判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果判断为不正常，转入执行步骤2）；

2）控制目标变桨电机循环地按照指定速率执行正向旋转、反向旋转，以控制目标变桨电机制动器，并当目标变桨电机制动器的制动性能恢复正常时退出控制。

2.根据权利要求1所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于，所述步骤2）的具体步骤为：

2.3）退出控制，使得目标变桨电机停止输出力矩、速度。

3.根据权利要求2所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于，所述步骤2.1）的具体步骤为：

2.11）预先定义反转控制计时器T1并初始化为0；

2.12）判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常，如果正常，转入执行步骤2.3），否则转入执行步骤2.13）；

4.根据权利要求3所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于：所述步骤2.2）的具体步骤为：

2.21）预先定义正转控制计时器T2并初始化为0；

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于：所述判断目标变桨电机制动器的制动性能是否正常的具体步骤为：检测目标变桨电机制动器的制动力矩，并判断检测到的所述制动力矩是否大于预设制动力矩阈值，如果是，则判定为正常，否则判定为不正常。

6.根据权利要求5所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于：所述目标变桨电机制动器的制动力矩具体是通过检测目标变桨电机的输出力矩获取得到。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的变桨电机制动器的控制方法，其特征在于：所述步骤2）中还包括制动器失效判断步骤，具体步骤为：若判断到在第三预设时间t₀内目标变桨电机制动器的制动性能均为不正常，则判定目标变桨电机制动器失效，退出控制。