CN109611469A - 电磁制动装置、系统及制动方法 - Google Patents

电磁制动装置、系统及制动方法 Download PDF

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Abstract

本公开提出了电磁制动装置、系统及制动方法，电磁制动装置，应用于风力发电机组变桨系统，包括：安装在轮毂总成上的刹车制动器与变桨制动盘；桨叶受风载产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担。本公开电磁制动装置中桨叶上的风载力矩不再只由变桨驱动齿轮承担，变桨刹车制动器起到了力矩分流作用，降低了齿面接触力，减少了轮齿间的磨损量，提高了变桨轴承和变桨驱动的使用寿命。

Description

电磁制动装置、系统及制动方法
技术领域
本公开涉及变桨技术领域，特别是涉及电磁制动装置、系统及制动方法。
背景技术
在电动变桨系统中，为实现预定的发电功率和叶轮转速，变桨系统通过控制变桨电机转动使桨叶到达指定位置，并通过变桨驱动齿轮与变桨轴承内齿轮的啮合实现变桨位置的固定。由于补偿温度引起的变形、加载后的变形、加工误差、安装误差以及储存润滑油的需要，变桨轴承内齿与变桨驱动齿轮的两个非工作齿面之间留有一定的侧隙。由于部件数量多，很多相关装配尺寸的偏差都会影响到齿轮副侧隙。随着运行时间的增加，齿面之间产生的磨损，也会使齿轮副间的侧隙越来越大。
从装配经验和风电机组实际运行情况来看，若侧隙过大，当变桨驱动频繁换向时，会引起齿轮间的冲击，引起机组过大的振动和噪声，导致齿面间磨损量的增加以及传动精度的降低，甚至引起齿轮副的磨损失效。当变桨动作完成后，变桨系统控制伺服电机刹车抱死，通过变桨驱动齿轮与变桨轴承内齿轮的啮合实现变桨位置的固定。由于齿轮侧隙的存在，当桨叶因受风载产生抖动时，轮齿间会产生冲击和齿面磨损，并导致发电机组在运行时产生振动和噪声。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子一个方面是提供了应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动装置，能够减少齿轮副齿面上的磨损量，提高齿轮的使用寿命，避免在桨叶抖动和变桨驱动频繁换向时，引起机组过大的振动和噪声。
为了实现上述目的，本公开采用以下技术方案：
一种电磁制动装置，应用于风力发电机组变桨系统，包括：
安装在轮毂总成上的刹车制动器；
其中，桨叶受风载产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担。
作为本公开进一步的技术方案，电磁制动装置还包括变桨制动盘，所述变桨制动盘安装在变桨轴承内圈与桨叶法兰面之间。
作为本公开进一步的技术方案，防雷碳刷中碳刷与所述变桨制动盘内圈接触，完成防雷工作。
作为本公开进一步的技术方案，所述轮毂总成的腹板上设有凸台结构，用于安装刹车制动器。
作为本公开进一步的技术方案，所述刹车制动器为电磁制动器。
本公开的实施例子还公开了一种电磁制动装置的控制系统，包括变桨控制器，所述变桨控制器通过I/O输入输出模块分别连接至刹车制动器及变桨驱动电机的刹车设备，所述刹车制动器的制动动作由变桨控制器控制，其制动动作与变桨驱动电机的刹车设备同步进行。
作为本公开进一步的技术方案，所述控制器给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动。
作为本公开进一步的技术方案，所述变桨控制器及I/O输入输出模块均设置在变桨控制柜内，所述变桨控制柜内还设置有电池，电池分别连接至充电器、整流器及变桨控制器，所述充电器利用所连接的电网为电池充电，所述整流器连接至变频器，所述变频器控制变桨电动机工作。
本公开的实施例子还公开了应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动方法，包括：
桨叶受风载产生扭转力矩时，所产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担；
当变桨动作完成后，给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动过程。
本公开的实施例子还公开了风力发电机组变桨系统，包括上述应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动装置及电磁制动装置的控制系统，利用所述控制系统控制所述电磁制动装置完成制动。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开电磁制动装置中桨叶上的风载力矩不再只由变桨驱动齿轮承担，变桨刹车制动器起到了力矩分流作用，降低了齿面接触力，减少了轮齿间的磨损量，提高了变桨轴承和变桨驱动的使用寿命。
本公开风力发电机组变桨系统利用上述电磁制动装置降低了桨叶抖动引起的振动和噪声，机组运行更加稳定。
本公开电磁制动装置的控制系统中刹车制动器由电气系统控制，可实现快速响应。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1和图2分别为本公开现有变桨系统和安装变桨制动盘和电磁制动器后的变桨系统控制原理示意图；
图3为本公开具体实施例子2中安装变桨制动盘和电磁制动器后的变桨系统结构示意图；
图4为本公开具体实施例子1中变桨制动盘、防雷碳刷和变桨制动器的安装位置示意图；
图5为本公开具体实施例子1中电磁制动器结构示意图；
其中，1为桨叶，2为变桨齿轮箱，3为变桨制动盘，4为变桨轴承，5为变桨控制柜，6为轮毂，7为变桨驱动电动机，8为电磁制动器，9为防雷碳刷，10为摩擦片，11为线圈，12为电线，13为定子。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了更好的描述本公开的技术方案，对现有的变桨系统进行分析如下，如图1所示，控制器与I/O输入输出模块相连，I/O输入输出模块分别连接至变频器及刹车设备，刹车设备通过电动机连接至齿轮，齿轮与轮毂相接触。
本公开具体实施例子的目的在于减少齿轮副齿面上的磨损量，提高齿轮的使用寿命。避免在桨叶抖动和变桨驱动频繁换向时，引起机组过大的振动和噪声。本公开的实施例子提供了一种结构相对简单，实用性较强的解决方案。
实施例子1
本公开的该实施例子为电磁制动装置，应用于风力发电机组变桨系统，包括：
安装在轮毂总成上的刹车制动器与变桨制动盘3；
桨叶1受风载产生的扭转力矩由变桨齿轮箱2对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担。
具体的，如图3和图4所示，变桨制动盘安装在变桨轴承4内圈与桨叶法兰面之间。防雷碳刷9中碳刷与所述变桨制动盘内圈接触，完成防雷工作。
轮毂6总成的腹板上设有凸台结构，用于安装刹车制动器。
具体的，刹车制动器为电磁制动器8，电磁制动器的工作时的结构如图5所示，当变桨动作完成后，变桨控制器通过电线12给定子13的线圈11通电，定子13产生的磁力牵引制动盘压向摩擦片10，完成制动过程。这样，桨叶受风载产生的扭转力矩时，不再全部由变桨齿轮箱2对变桨轴承内齿的锁紧力矩承担，而是由新增加的电磁制动器的锁紧力矩分担一部分。当需要变桨时，定子断电，磁力消失，完成松闸。
实施例子2
本公开的实施例子还公开了风力发电机组变桨系统，包括上述应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动装置及电磁制动装置的控制系统，利用所述控制系统控制所述电磁制动装置完成制动。
当桨叶变桨到一定位置，变桨电机停止动作并抱死刹车后，刹车制动器对制动盘施加制动力，当变桨动作完成后，变桨控制器给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引制动盘压向摩擦片，完成制动过程。这样，桨叶受风载产生的扭转力矩时，不再全部由2变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩承担，而是由新增加的电磁制动器的锁紧力矩分担一部分。当需要变桨时，定子断电，磁力消失，完成松闸。
本公开安装有变桨制动盘和电磁制动器的变桨系统，此系统可有效解决变桨齿轮磨损和桨叶振动问题。本公开通过在轮毂总成上安装电磁制动器与制动盘，电磁制动器对桨叶和变桨轴承内圈产生一定量的锁紧力矩，来减小变桨齿轮副间的接触力和变桨换向时齿轮副间的冲击，减小桨叶抖动时机组的振动和噪声，从而可减少齿面间的磨损量，提高齿轮的使用寿命，保证机组稳定运行并有效减少风力发电机组运维成本。
实施例子3
本公开的该实施例子为安装变桨制动盘和电磁制动器后的控制系统，如图2所示，I/O输入输出模块连接至刹车制动器，刹车制动器安装在轮毂腹板上，变桨控制器通过I/O输入输出分别控制刹车设备及刹车制动器的工作状态。
刹车制动器的制动动作由控制器控制，其制动动作与变桨驱动电机的刹车设备同步进行。
控制器给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动。
变桨控制器及I/O输入输出模块均设置在变桨控制柜5内，所述变桨控制柜内还设置有电池，电池分别连接至充电器、整流器及变桨控制器，所述充电器利用所连接的电网为电池充电，所述整流器连接至变频器，所述变频器控制变桨驱动电动机7工作。
实施例子4
本公开的实施例子还公开了应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动方法，包括：
桨叶受风载产生扭转力矩时，所产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担；
当变桨动作完成后，给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动过程。
本公开桨叶上的风载力矩不再只由变桨驱动齿轮承担，变桨刹车制动器起到了力矩分流作用；变桨驱动齿轮齿面承受力矩减少降低了齿面接触力，减少了轮齿间的磨损量，提高了变桨轴承和变桨驱动的使用寿命。降低了桨叶抖动引起的振动和噪声，机组运行更加稳定。另外，刹车制动器由电气系统控制，可实现快速响应。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁制动装置，应用于风力发电机组变桨系统，其特征是，包括：
安装在轮毂总成上的刹车制动器；
其中，桨叶受风载产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担。
2.如权利要求1所述的一种电磁制动装置，其特征是，还包括变桨制动盘，所述变桨制动盘安装在变桨轴承内圈与桨叶法兰面之间。
3.如权利要求2所述的一种电磁制动装置，其特征是，防雷碳刷中碳刷与所述变桨制动盘内圈接触，完成防雷工作。
4.如权利要求1所述的一种电磁制动装置，其特征是，所述轮毂总成的腹板上设有凸台结构，用于安装刹车制动器。
5.如权利要求1所述的一种电磁制动装置，其特征是，所述刹车制动器为电磁制动器。
6.基于权利要求1-5任一所述的一种电磁制动装置的控制系统，其特征是，包括变桨控制器，所述变桨控制器通过I/O输入输出模块分别连接至刹车制动器及变桨驱动电机的刹车设备，所述刹车制动器的制动动作由变桨控制器控制，其制动动作与变桨驱动电机的刹车设备同步进行。
7.基于权利要求6所述的一种电磁制动装置的控制系统，其特征是，所述变桨控制器给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动。
8.基于权利要求6所述的一种电磁制动装置的控制系统，其特征是，所述变桨控制器及I/O输入输出模块均设置在变桨控制柜内，所述变桨控制柜内还设置有电池，电池分别连接至充电器、整流器及变桨控制器，所述充电器利用所连接的电网为电池充电，所述整流器连接至变频器，所述变频器控制变桨电动机工作。
9.应用于风力发电机组变桨系统的电磁制动方法，其特征是，包括：
桨叶受风载产生扭转力矩时，所产生的扭转力矩由变桨齿轮箱对变桨轴承内齿的锁紧力矩及刹车制动器的锁紧力矩共同分担；
当变桨动作完成后，给定子线圈通电，定子产生的磁力牵引变桨制动盘压向摩擦片，完成制动过程。
10.风力发电机组变桨系统，其特征是，包括权利要求1-5任一所述的电磁制动装置及权利要求6-7任一所述的电磁制动装置的控制系统，利用所述控制系统控制所述电磁制动装置完成制动。
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