CN204267215U - 风力发电机组的变桨电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，包括控制面板、电机驱动电源、电机刹车电源，所述电机驱动电源经电机驱动控制器与变桨电机的驱动电源输入端电连接，电机刹车电源经电机刹车控制器与变桨电机的刹车电源输入端电连接，电机驱动控制器、电机刹车控制器分别与控制面板电连接，所述控制面板用于将操作信号分别传递给电机驱动控制器、电机刹车控制器，控制变桨电机的工作状态，控制风电机组叶片的组装。本变桨电机驱动装置独立于风电机组变桨控制系统运行，直接驱动变桨电机转动，完成风电机组叶片的组装，从而彻底避免风电机组变桨控制系统受到电压波动的冲击损害，且该驱动装置结构简单，维护方便，易于操作，制造成本较低。

Description

风力发电机组的变桨电机驱动装置
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，特别涉及一种采用交流异步变桨电机的风力发电机组的变桨电机驱动装置。
背景技术
风能作为发展速度最快，发展范围最广泛，发展前景最好的新型清洁能源，对其的开发利用，受到世界各国的高度重视。随着风电技术的发展，大功率变桨距风电机组因其风能利用率高，可靠性好已成为当今风电领域的绝对主流。目前主流的1.5～2MW机型的风轮直径已达到75～95米，与之对应的叶片长度为35～45米，重达6～9吨。重量的增加使得叶片吊装和组装无法通过调节叶片来对齐要求的轮毂轴承安装位置，只能通过机组的变桨系统转动轮毂轴承以完成叶片组装和紧固。然而叶片组装时风场电网并未接通，目前各风场安装均采用柴油发电机组供电，但柴电机组容量有限，输出电压很不稳定，另外变桨系统中的电力电子器件所产生的谐波会进一步降低柴油发电机组输出电能的质量，加剧输出电压、频率的波动。因此柴油发电机组供电模式下会对风电机组的变桨系统造成一定的冲击，加速变桨系统内部器件老化。
如果不能有效地降低吊装过程中对风电机组变桨系统的冲击，将大大缩短风电机组变桨系统的使用受命，同时增加风电机组的变桨控制系统运行的不稳定性，严重时还会导致机组飞车等重大事故发生，造成无法挽回的损失。
目前，针对吊装过程中对风电机组变桨系统的冲击损害问题，国内各主力风机生产产商只是适量地增加柴油发电机组及其变压器的容量，以减小其输出电压的波动，并未从根本上解决这一问题。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，该变桨电机驱动装置独立于风电机组变桨控制系统运行，直接驱动变桨电机转动，完成风电机组叶片的组装，从而彻底避免风电机组变桨控制系统受到电压波动的冲击损害，且该驱动装置结构简单，维护方便，易于操作，且制造成本较低。 
本实用新型的技术方案是：一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，包括控制面板、电机驱动电源、电机刹车电源，所述电机驱动电源经电机驱动控制器与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述电机刹车电源经电机刹车控制器与变桨电机的刹车电源输入端电连接，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器分别与控制面板电连接，所述控制面板用于将操作信号分别传递给电机驱动控制器、电机刹车控制器，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器用于分别接收控制面板的操作信号，输出控制信号给变桨电机，控制变桨电机的工作状态，控制风电机组叶片的组装。
所述电机驱动控制器还连接有故障控制电路，所述故障控制电路用于接收电机驱动控制器的故障信号，输出控制信号控制电机驱动控制器的通电或断电，控制变桨电机的通电或断电。
所述故障控制电路包括第一继电器K1、第二继电器K2、紧急停机按钮 S11和信号灯P，其中所述第一继电器K1的主触点串联在电机驱动电源与电机驱动控制器的输入端之间，所述第二继电器K2的线圈一端电机驱动控制器的故障信号输出端连接，所述第二继电器K2的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接，第一继电器K1的线圈、第二继电器K2的常开触点与紧急停机按钮 S11串联在继电器供电回路中，第二继电器K2的常闭触点与信号灯P)串联在信号灯供电回路中，所述紧急停机按钮S为常闭按钮开关。
所述第一继电器K1、第二继电器K2均为24V继电器。
所述电机刹车控制器为第三继电器K3，所述第三继电器K3的线圈一端与控制面板的刹车控制信号输出端连接，第三继电器K3的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接，第三继电器K3的常开触点的一端与电机刹车电源的正极连接，第三继电器K3的常开触点的另一端与变桨电机的刹车电源正输入端电连接，变桨电机的刹车电源负输入端与电机刹车电源的负极连接。
所述第三继电器K3为24V继电器。
所述电机驱动控制器为驱动变频器，所述驱动变频器的输入端与电机驱动电源电连接，所述驱动变频器的输出端与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述驱动变频器的控制输入端与控制面板的控制信号输出端电连接。
所述驱动变频器采用CIMR-VB4A0031FBA型号的通用变频器。
所述电机驱动电源为三相交流电源，所述电机刹车电源为直流电源。
所述控制面板由四个控制按钮和一个电位器组成，四个控制按钮分别为电机正转控制按钮、电机反转控制按钮、电机复位控制按钮、电机刹车控制按钮，所述电位器用于控制电机频率设定。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的风力发电机组的变桨电机驱动装置完全独立于风电机组的变桨控制系统运行，直接驱动变桨电机按给定的方向和转速转动，能方便、快捷地配合客户完成风电机组叶片的组装，从而彻底避免风电机组的变桨控制系统在吊装过程中受到波动电压的冲击损害，大大降低了风电机组的变桨控制系统后期运行的故障率，提高了风电机组运行的稳定性，降低了其维护成本。
本实用新型驱动装置结构简单，维护方便，易于操作，可制作成小工装柜，方便现场搬运和使用。目前已经在多个风场吊装过程中投入使用，其运行可靠，操作简单，得到客户的一致好评，并且由于风电机组的变桨控制系统在吊装过程中未受到波动电压的冲击损害，大大降低了其后期运行的故障率，提高了风电机组运行的稳定性，降低了其维护成本。
下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型的电路图。
具体实施方式
参见图1， 一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，包括控制面板、电机驱动电源、电机刹车电源。所述电机驱动电源为三相交流电源，所述电机刹车电源为直流电源。优选地，所述三相交流电源的额定电压为3×400VAC，进一步而言，三相交流电源除了三根相线U、V、W以外，还包括N和PE线。优选直流电源的输入额定电压为230VAC，输出额定电压为24VDC。所述电机驱动电源经电机驱动控制器与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述电机刹车电源经电机刹车控制器与变桨电机的刹车电源输入端电连接，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器分别与控制面板电连接，所述控制面板用于将操作信号分别传递给电机驱动控制器、电机刹车控制器，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器用于分别接收控制面板的操作信号，输出控制信号给变桨电机，控制变桨电机的工作状态，控制风电机组叶片的组装。所述电机驱动控制器还连接有故障控制电路，所述故障控制电路用于接收电机驱动控制器的故障信号，输出控制信号控制电机驱动控制器的通电或断电，控制变桨电机的通电或断电。所述电机驱动控制器的输出端与变桨电机的驱动电源输入端经第一驱动电缆连接。所述电机刹车控制器的输出端与变桨电机的刹车电源输入端经第二驱动电缆连接。
所述故障控制电路包括第一继电器K1、第二继电器K2、紧急停机按钮 S11和信号灯P，其中所述第一继电器K1的主触点串联在电机驱动电源与电机驱动控制器的输入端之间，所述第二继电器K2的线圈一端电机驱动控制器的故障信号输出端连接。所述第二继电器K2的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接。本实施例的所述第二继电器K2的线圈另一端与24V直流电源的负极连接。第一继电器K1的线圈、第二继电器K2的常开触点与紧急停机按钮 S11串联在继电器供电回路中。本实施例的第一继电器K1的线圈、第二继电器K2的常开触点与紧急停机按钮 S11串联在24V供电回路中。第二继电器K2的常闭触点与信号灯P串联在信号灯供电回路中。本实施例的第二继电器K2的常闭触点与信号灯P串联在24V供电回路中。所述紧急停机按钮S为常闭按钮开关。所述第一继电器K1、第二继电器K2均为24V继电器。所述故障控制电路的电源采用低压直流电源以保证操作控制回路的安全，优选地，所述低压直流电源的额定电压为24VDC。
所述电机刹车控制器为第三继电器K3，所述第三继电器K3的线圈一端与控制面板的刹车控制信号输出端连接。第三继电器K3的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接。本实施例的第三继电器K3的线圈另一端与24V直流电源的负极连接。第三继电器K3的常开触点的一端与电机刹车电源的正极连接，第三继电器K3的常开触点的另一端与变桨电机的刹车电源正输入端电连接，变桨电机的刹车电源负输入端与电机刹车电源的负极连接。所述第三继电器K3为24V继电器。所述电机刹车控制器的电源采用低压直流电源以保证操作控制回路的安全，优选地，所述低压直流电源的额定电压为24VDC。
所述电机驱动控制器为驱动变频器12，所述驱动变频器的输入端与电机驱动电源电连接，所述驱动变频器的输出端与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述驱动变频器的控制输入端与控制面板的控制信号输出端电连接。所述驱动变频器 采用CIMR-VB4A0031FBA型号的通用变频器，其启动转矩高，体积同级别中最小，方便安装，其特有的根据用途设定参数和自学习功能使得参数设定不再复杂和繁琐，首创的带参数备份的可拆卸式端子排可轻松实现变频器的更换而无需重新设置参数，使得所述风力发电机组的变桨电机驱动装置的维护十分简单。根据变桨电机的铭牌数据，设置好驱动变频器的电机相关参数（如额定功率、额定转速、额定电压、额定电流、额定频率等参数），通过控制面板设置驱动变频器输出频率（即变桨电机转速），驱动变频器接收控制面板的正转/反转控制信号，按设定电压和给定频率输出正相序/反相序三相交流电源，控制交桨电机按给定的速度进行正转/反转。
所述控制面板13由四个控制按钮和一个电位器组成，四个控制按钮分别为电机正转控制按钮、电机反转控制按钮、电机复位控制按钮、电机刹车控制按钮，所述电位器用于控制电机频率设定。
正常情况下，紧急停机按钮 S11的常闭触点闭合，驱动变频器12的故障信号输出端DO1输出高电平（24VDC+），第二继电器K2的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开，此时信号灯P11不亮，第一继电器K1的线圈得电，其主触点闭合，为驱动变频器12接通三相交流电源；当驱动变频器12有故障时，故障信号输出端DO1输出低电平（24VDC-），第二继电器K2的线圈断电，其常开触点断开，进而使得第一继电器K1断开驱动变频器12的三相交流电源输入，起到保护驱动变频器12的目的，同时其常闭触点闭合，信号灯P11点亮，指示驱动变频器12发生故障。当通过控制面板13操作变桨电机松开刹车时，控制面板13的刹车控制信号输出端输出高电平（24VDC+），第三继电器K3线圈通电，其常开触点闭合，向变桨电机刹车电磁阀输出24VDC电源，电磁阀得电后松开变桨电机刹车。通过控制面板13操作变桨电机正转、反转、复位、频率给定。当发生紧急情况时，按下紧急停机按钮 S11，其常闭触点断开，第一继电器K1的线圈失电，断开驱动变频器12的三相交流电源输入，保证变桨电机立即停止转动。
为解决风机吊装过程中柴油发电机组输出电压波动对风电机组变桨控制系统的冲击损害问题，本实用新型提供了该风力发电机组的变桨电机驱动装置， 该风力发电机组的变桨电机驱动装置，结构简单，维护方便，易于操作，完成独立于风电机组的变桨控制系统运行，直接驱动变桨电机按给定的方向和转速转动，彻底避免风电机组的变桨控制系统在吊装过程中受到波动电压的冲击损害，大大降低了风电机组的变桨控制系统后期运行的故障率，提高了风电机组运行的稳定性，降低了其维护成本。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：包括控制面板、电机驱动电源、电机刹车电源，所述电机驱动电源经电机驱动控制器与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述电机刹车电源经电机刹车控制器与变桨电机的刹车电源输入端电连接，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器分别与控制面板电连接，所述控制面板用于将操作信号分别传递给电机驱动控制器、电机刹车控制器，所述电机驱动控制器、电机刹车控制器用于分别接收控制面板的操作信号，输出控制信号给变桨电机，控制变桨电机的工作状态，控制风电机组叶片的组装。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述电机驱动控制器还连接有故障控制电路，所述故障控制电路用于接收电机驱动控制器的故障信号，输出控制信号控制电机驱动控制器的通电或断电，控制变桨电机的通电或断电。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述故障控制电路包括第一继电器(K1)、第二继电器(K2)、紧急停机按钮 (S)和信号灯(P)，其中所述第一继电器(K1)的主触点串联在电机驱动电源与电机驱动控制器的输入端之间，所述第二继电器(K2)的线圈一端电机驱动控制器的故障信号输出端连接，所述第二继电器(K2)的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接，第一继电器(K1)的线圈、第二继电器(K2)的常开触点与紧急停机按钮 (S)串联在继电器供电回路中，第二继电器(K2)的常闭触点与信号灯(P) 串联在信号灯供电回路中，所述紧急停机按钮(S)为常闭按钮开关。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述第一继电器(K1)、第二继电器(K2)均为24V继电器。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述电机刹车控制器为第三继电器(K3)，所述第三继电器(K3)的线圈一端与控制面板的刹车控制信号输出端连接，第三继电器(K3)的线圈另一端与继电器供电电源的负极连接，第三继电器(K3)的常开触点的一端与电机刹车电源的正极连接，第三继电器(K3)的常开触点的另一端与变桨电机的刹车电源正输入端电连接，变桨电机的刹车电源负输入端与电机刹车电源的负极连接。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述第三继电器(K3)为24V继电器。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于： 所述电机驱动控制器为驱动变频器，所述驱动变频器的输入端与电机驱动电源电连接，所述驱动变频器的输出端与变桨电机的驱动电源输入端电连接，所述驱动变频器的控制输入端与控制面板的控制信号输出端电连接。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述驱动变频器采用CIMR-VB4A0031FBA型号的通用变频器。
9.根据权利要求1至8任一所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述电机驱动电源为三相交流电源，所述电机刹车电源为直流电源。
10.根据权利要求1至8任一所述的风力发电机组的变桨电机驱动装置，其特征在于：所述控制面板由四个控制按钮和一个电位器组成，四个控制按钮分别为电机正转控制按钮、电机反转控制按钮、电机复位控制按钮、电机刹车控制按钮，所述电位器用于控制电机频率设定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105179166A (zh) * 2015-06-26 2015-12-23 同济大学 一种风力机液压变桨距系统采样频率选择方法
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CN112523946A (zh) * 2019-09-17 2021-03-19 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法、装置及介质

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