CN219827030U - 一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组，涉及风力发电机组变桨距控制领域。控制器与开关相连以在辅助抱闸时控制开关闭合，开关闭合后变桨电机的三相绕组短接。当电机需要抱闸时，变桨电机的变桨驱动器控制主制动器抱闸，同时控制器控制开关闭合以将电机三相绕组短接。电机三相绕组短接后就形成了闭合导体，而永磁同步电机的转子安装有永磁体，带有固定的磁场。当电机转轴有转动或者转动的趋势，根据法拉第电磁感应定律可知，定子绕组组成的闭合导体内会产生感应电流，产生了一个辅助的制动力矩。使用本申请提供的变桨电机辅助抱闸设备，可以减小电机制动器的规格，减轻电机重量，提高电机可维护性，同时也能降低变桨电机成本。

Description

一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组

技术领域

本申请涉及风力发电机组变桨距控制领域，特别是涉及一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组。

背景技术

风力发电机组停机状态下，叶片停在顺桨位置时，需要依靠集成在变桨电机内的制动器完成锁定，确保叶片不会滑动。但是近年来，为降低风力发电机组的度电成本，无论是陆上或者海上的风力发电机组都呈现出大兆瓦容量以及长桨叶的发展趋势。随着桨叶变长，重量增加，叶根的载荷越来越大，这就对制动器的制动力矩要求越来越高。

制动器制动力矩的增大带来直接的影响就是设备体积和重量的增大，集成在变桨电机上后使得变桨电机变得难以安装和维护，同时也带了制造成本的大幅增加。除此之外，更大的制动器对制动器电源设计、制动器和电机设计等方面都带来了新的挑战。

鉴于上述技术，寻求一种减少制动器体积和重量的变桨电机辅助抱闸设备，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组，以减少制动器体积和重量。

为解决上述技术问题，本申请提供一种变桨电机辅助抱闸设备，包括：开关、控制器；

所述控制器与所述开关相连，以便于在辅助抱闸时控制所述开关闭合；

所述变桨电机的三相绕组通过所述开关相连，所述开关闭合后所述变桨电机的所述三相绕组短接。

优选地，所述开关包括：辅助抱闸控制接触器的触点；

所述控制器与所述辅助抱闸控制接触器的线圈相连，以便于控制所述辅助抱闸控制接触器的线圈导电或断电；

所述变桨电机的所述三相绕组通过所述辅助抱闸控制接触器的触点相连。

优选地，所述辅助抱闸控制接触器还包括：辅助触点；

所述控制器与所述辅助触点相连，以便于根据所述辅助触点的断开和闭合确定所述变桨电机的所述三相绕组的短接情况。

优选地，所述辅助抱闸控制接触器的触点为常闭触点。

优选地，所述变桨电机的主制动器为失电抱闸工作模式的主制动器。

优选地，所述控制器为所述变桨电机的变桨驱动器。

优选地，还包括：备用电源；

所述备用电源与所述变桨电机相连，以便于在所述变桨电机的主电源无法工作时向所述变桨电机供电。

优选地，还包括：辅助抱闸指示器；

所述辅助抱闸指示器与所述控制器相连，以便于所述控制器根据所述辅助触点的断开和闭合控制所述辅助抱闸指示器工作。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种风力发电机组，包括变桨电机辅助抱闸设备。

本申请所提供的变桨电机辅助抱闸设备包括开关以及控制器，控制器与开关相连，以便于在辅助抱闸时控制开关闭合，变桨电机的三相绕组通过开关相连，开关闭合后变桨电机的三相绕组短接。当电机需要抱闸时，变桨电机的变桨驱动器控制主制动器抱闸，同时控制器控制开关闭合以将电机三相绕组短接。电机三相绕组短接后就形成了闭合导体，而永磁同步电机的转子安装有永磁体，带有固定的磁场。当电机转轴有转动或者转动的趋势，根据法拉第电磁感应定律可知，定子绕组组成的闭合导体内会产生感应电流，而通过楞次定律可知，产生的感应电流受的磁场力总是阻碍导体运动，即产生了一个辅助的制动力矩。在大容量长桨叶风力发电机组中，使用本申请提供的变桨电机辅助抱闸设备，可以减小电机制动器的规格，减轻电机重量，提高电机可维护性，同时也能降低变桨电机成本。

此外，本申请所提供的风力发电机组包括上述提到的变桨电机辅助抱闸设备，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种变桨电机辅助抱闸系统电气方案拓扑图；

图2为本申请实施例提供的一种变桨电机辅助抱闸系统控制时序图。

附图标记如下：1为变桨驱动器、2为备用电源、3为变桨电机、4为主制动器、5为辅助抱闸控制接触器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护范围。

本申请的核心是提供一种变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组，以减少制动器体积和重量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

为了解决大容量长桨叶风力发电机组变桨电机制动器力矩偏小的问题，本申请提供了一种辅助抱闸的解决方案。本申请实施例提供了一种变桨电机辅助抱闸设备，包括开关和控制器，控制器与开关相连，以便于在辅助抱闸时控制开关闭合；变桨电机的三相绕组通过开关相连，开关闭合后变桨电机的三相绕组短接。

其中，控制器可为变桨电机原有的变桨驱动器。开关可为辅助抱闸控制接触器的触点；则控制器与辅助抱闸控制接触器的线圈相连，以便于控制辅助抱闸控制接触器的线圈导电或断电，变桨电机的三相绕组通过辅助抱闸控制接触器的触点相连。辅助抱闸系统(辅助抱闸系统即变桨电机辅助抱闸设备)通过变桨驱动器进行控制，当变桨电机需要松开抱闸时，变桨驱动器控制主制动器松开，同时控制辅助抱闸系统断开电机三相绕组的短接，变桨电机可以正常工作。当变桨电机需要抱闸时，变桨驱动器控制主制动器抱闸，同时控制辅助抱闸系统，将电机三相定子绕组短接。变桨电机的三相定子绕组短接后就形成了闭合导体，而永磁同步电机的转子安装有永磁体，带有固定的磁场。当变桨电机转轴有转动或者转动的趋势，根据法拉第电磁感应定律可知，定子绕组组成的闭合导体内会产生感应电流，而通过楞次定律可知，产生的感应电流受的磁场力总是阻碍导体运动，即产生了一个辅助的制动力矩。

在实际应用时，变桨控制系统的每个轴中一般设置有备用电源、变桨电机、集成式的变桨驱动器、辅助抱闸控制接触器以及变桨系统辅助配电电路。集成式的变桨驱动器作为变桨系统的核心控制单元，承载着变桨系统AC/DC(交流/直流)和DC/AC(直流/交流)能量变换功能以及对系统的控制，其中就包括了电机制动器及辅助抱闸系统的控制。作为一种优选的技术方案，辅助制动力矩的方向总是和运动趋势相反，因此不论负载转矩方向如何，辅助抱闸系统都可以有效工作。具体实施中，辅助抱闸控制接触器还可设置辅助触点；控制器与辅助触点相连，控制器可以根据辅助触点的断开和闭合确定变桨电机的三相绕组的短接情况。

变桨电机是变桨系统驱动风电机组桨叶角度变动的驱动执行机构，将由变桨驱动器按照要求变换的电能转换为可控的机械能，同时在风机停机时，利用电机中装备的制动器锁定电机轴不滑动，即可保证桨叶位置不再变化。另外，利用永磁同步电机的特性，在电机停止工作后，将三相绕组短接，即可组成辅助抱闸系统。

辅助抱闸控制接触器是进行辅助抱闸控制的装置，在需要切入辅助抱闸时，利用接触器自身的触点将电机三相绕组短接，同时接触器的辅助触点反馈辅助抱闸系统的状态给变桨驱动器用于监控辅助抱闸系统的状态。变桨系统辅助配电电路包括电源空开、输入电抗器、中间继电器、熔断器、配线端子等设备，用于搭配组成完整的变桨控制系统。

一般情况下，变桨电机辅助抱闸系统产生的制动力矩较小，仍需要主制动器的制动力，作为一种优选的技术方案，变桨电机辅助抱闸系统主要是作为主制动器的辅助，提高电机总的抱闸制动力矩。当负载转矩较小时，主制动器的制动力矩足够阻止电机轴转动时，辅助抱闸系统即使投入使用，实际也没有产生转矩，只是作为一种冗余的保护系统存在。由于主制动器的存在，使用辅助抱闸系统可以提高变桨电机抱闸的可靠性。变桨电机辅助抱闸系统不需要单独的电源，只需要使用变桨驱动器的控制信号即可。

本申请主要设计一种变桨电机辅助抱闸方案，解决大兆瓦、长叶片风机在变桨距控制领域遇到的问题。通常变桨控制系统的每个轴中都包括1个集成式变桨驱动器、1个备用电源、1个变桨电机、1个辅助抱闸控制接触器以及变桨系统辅助配电电路，实际应用时并不限定各部件的数量和类型。变桨电机辅助抱闸系统主要利用永磁同步电机的特性，配合外部电气回路和控制策略构成变桨电机的辅助抱闸系统，为变桨电机提供额外的制动力矩，特别是在一些需要较大制动力矩的应用场景中，辅助抱闸系统提供了一种有效的解决方案。需要注意的是，以上方案仅为本申请的一种实施案例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

本申请实施例所提供的变桨电机辅助抱闸设备包括开关以及控制器，控制器与开关相连，以便于在辅助抱闸时控制开关闭合，变桨电机的三相绕组通过开关相连，开关闭合后变桨电机的三相绕组短接。当电机需要抱闸时，变桨电机的变桨驱动器控制主制动器抱闸，同时控制器控制开关闭合以将电机三相绕组短接。电机三相绕组短接后就形成了闭合导体，而永磁同步电机的转子安装有永磁体，带有固定的磁场。当电机转轴有转动或者转动的趋势，根据法拉第电磁感应定律可知，定子绕组组成的闭合导体内会产生感应电流，而通过楞次定律可知，产生的感应电流受的磁场力总是阻碍导体运动，即产生了一个辅助的制动力矩。在大容量长桨叶风力发电机组中，使用本申请实施例提供的变桨电机辅助抱闸设备，可以减小电机制动器的规格，减轻电机重量，提高电机可维护性，同时也能降低变桨电机成本。

本实施例的控制器为原有的变桨驱动器，开关为辅助抱闸控制接触器的触点。图1为本申请实施例提供的一种变桨电机辅助抱闸系统电气方案拓扑图；下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。需要注意的是，图1和具体实施方式仅用于说明本申请的方案，并不用来限制本申请和权利要求的范围。图1中的变桨电机辅助抱闸系统，在每个变桨轴内包含集成式的变桨驱动器1、备用电源2、变桨电机3和主制动器4、辅助抱闸控制接触器5以及变桨系统辅助配电电路。图2为本申请实施例提供的一种变桨电机辅助抱闸系统控制时序图；如图2所示，四条线分别表征变桨电机运行状态、变桨电机制动器状态、辅助抱闸控制信号DO、辅助抱闸反馈信号DI。当变桨系统外部电网输入正常时，辅助抱闸系统按照以下步骤执行：

在变桨系统上电后处于待机状态时(图2-t0时刻之前)变桨电机3不工作，变桨制动器4处于抱闸状态，辅助抱闸系统控制信号DO为低电平，辅助抱闸控制接触器5中的线圈K不得电，其常闭触点保持闭合，确保电机绕组形成了闭合导体，辅助抱闸系统处于投入状态，辅助抱闸控制接触器5的辅助触点将系统的投入状态反馈至变桨驱动器1的DI接口，变桨系统可以得到变桨电机辅助抱闸设备的实际状态。

在变桨电机3动作时刻(图2-t1时刻)之前的一段时间内(图2-t0时刻到t1时刻之间)，变桨驱动器1通过DO接口控制辅助抱闸控制接触器5的线圈K得电，其常闭触点打开，变桨电机定子绕组不再短接，同时通过变桨驱动器DI监测的辅助抱闸控制接触器状态，确认辅助抱闸系统已经切出后，变桨驱动器1控制打开主制动器4，同时给出电机运行使能命令，电机投入运行状态。t0和t1时刻之间的间隔时间，根据接触器的动作时间可以调整。

在变桨电机3停止运行时(图2-t3时刻)，电机先停止运行，同时投入主制动器4。当确认变桨驱动器1已经关闭变桨电机3的运行命令后(图2-t4时刻)，变桨驱动器1通过DO接口控制辅助抱闸控制接触器5的线圈K失电，其常闭触点闭合，辅助抱闸系统再次投入，辅助抱闸系统的状态通过辅助抱闸控制接触器5的辅助触点反馈至变桨驱动器。变桨电机抱闸可以根据电机运行情况可靠投入和切出。

当变桨系统外部电网供电异常情况下，变桨驱动器1的输入电源由变桨系统的备用电源2提供，辅助抱闸系统的投入和切出控制和电网供电时相同。变桨电机抱闸可以根据电机运行情况可靠投入和切出。当主电源及备用电源2均断电情况下，变桨驱动器1不能启动，变桨电机3不会运行。变桨电机的主制动器4是失电抱闸工作模式，所以主制动器4是投入工作的，同时辅助抱闸控制接触器5的线圈也处于失电模式，其常闭主触点闭合，辅助抱闸系统也是在投入的状态，变桨电机可以可靠抱闸。当变桨驱动器1处于故障的情况下，变桨电机3不会运行，变桨电机主制动器4和辅助抱闸系统都处于投入状态，变桨电机可以可靠抱闸。

上述实施例中提到，开关可为辅助抱闸控制接触器的触点；控制器与辅助抱闸控制接触器的线圈相连，以便于控制辅助抱闸控制接触器的线圈导电或断电；变桨电机的三相绕组通过辅助抱闸控制接触器的触点相连。接触器的工作原理是当接触器线圈通电后线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。通过辅助抱闸控制接触器的特性，只需要控制辅助抱闸控制接触器的线圈的导电与断电就能够控制触点闭合和断开，从而实现三相绕组的短接和断开。

实际应用时并不限定辅助抱闸控制接触器的触点为常闭触点或者常开触点，一般可选取常闭触点，变桨电机的主制动器可选取失电抱闸工作模式的主制动器。当主电源及备用电源均断电情况下，变桨驱动器不能启动，变桨电机不会运行。变桨电机的主制动器是失电抱闸工作模式，所以主制动器是投入工作的，同时辅助抱闸控制接触器的线圈也处于失电模式，其常闭主触点闭合，辅助抱闸系统也是在投入的状态，变桨电机可以可靠抱闸。本申请实施例在变桨驱动器故障情况下能够保证变桨电机可以可靠抱闸。

在实际应用中，电网输入的主电源可能会出现异常，因此还可以设置备用电源；备用电源与变桨电机相连，以便于在变桨电机的主电源无法工作时向变桨电机供电。备用电源可由超级电容模组通过串联及并联的方式，组成适合变桨系统电压等级和容量的能量储存装置，在电网输入的主电源出现异常时，为整个系统供电，维持变桨系统运行和安全顺桨。

在实际应用时还可以设置一个辅助抱闸指示器，辅助抱闸指示器与控制器相连，以便于控制器根据辅助触点的断开和闭合控制辅助抱闸指示器工作。以便于工作人员及时了解变桨电机辅助抱闸设备的工作情况。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种风力发电机组，包括上述实施例中的变桨电机辅助抱闸设备。

由于风力发电机组部分的实施例与变桨电机辅助抱闸设备部分的实施例相互对应，因此风力发电机组部分的实施例请参见变桨电机辅助抱闸设备部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本实施例提供的风力发电机组，与上述变桨电机辅助抱闸设备对应，故具有与上述变桨电机辅助抱闸设备相同的有益效果。

以上对本申请所提供的变桨电机辅助抱闸设备、风力发电机组进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，包括：开关、控制器；

所述控制器与所述开关相连，以便于在辅助抱闸时控制所述开关闭合；

所述变桨电机(3)的三相绕组通过所述开关相连，所述开关闭合后所述变桨电机(3)的所述三相绕组短接。

2.根据权利要求1所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，所述开关包括：辅助抱闸控制接触器(5)的触点；

所述控制器与所述辅助抱闸控制接触器(5)的线圈相连，以便于控制所述辅助抱闸控制接触器(5)的线圈导电或断电；

所述变桨电机(3)的所述三相绕组通过所述辅助抱闸控制接触器(5)的触点相连。

3.根据权利要求2所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，所述辅助抱闸控制接触器(5)还包括：辅助触点；

所述控制器与所述辅助触点相连，以便于根据所述辅助触点的断开和闭合确定所述变桨电机(3)的所述三相绕组的短接情况。

4.根据权利要求2所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，所述辅助抱闸控制接触器(5)的触点为常闭触点。

5.根据权利要求1所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，所述变桨电机(3)的主制动器(4)为失电抱闸工作模式的主制动器。

6.根据权利要求1所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，所述控制器为所述变桨电机(3)的变桨驱动器(1)。

7.根据权利要求1所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，还包括：备用电源(2)；

所述备用电源(2)与所述变桨电机(3)相连，以便于在所述变桨电机(3)的主电源无法工作时向所述变桨电机(3)供电。

8.根据权利要求3所述的变桨电机辅助抱闸设备，其特征在于，还包括：辅助抱闸指示器；

所述辅助抱闸指示器与所述控制器相连，以便于所述控制器根据所述辅助触点的断开和闭合控制所述辅助抱闸指示器工作。

9.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的变桨电机辅助抱闸设备。