毕业设计_风力发电机组的变桨距系统2

姓名：狄万学

摘要：液压变桨距系统作为大型风力发电机组操纵系统的关键部份,对机组的平安、稳固、高效运行具有十分重要的作用。风力机液压变桨距系统的原理及特点,采纳了带实时故障排除的液压冗余型电液伺服变桨距执行机构;计算分析了桨叶的驱动力矩及液压缸的负载力。 关键字：液压变桨；高效；电液伺服变桨

现代化的机械设备的操纵技术手腕是多种多样的，电器方式、机械方式、液压方式、电气液压方式和气动方式等等，均能够用来实现自动操纵。其中，机－电－液一体化设计已成为今世机械工业技术和产品进展的要紧趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方式，不仅耗时，而且难以取得一体化系统的最正确设计结果。

本设计引入了机、电、液一体化系统的设计理念，寻求有效的设计理论和方式来实现桨叶的快速变距。变桨距调剂有全桨叶变距与仅叶尖局部变距两种。变距系统操纵叶片的转动，从而使风力机具有最正确的刹车性能。变桨距系统还能够起到主动调剂（维持额定功率）和优化(在小于额定风速时优化功率)的作用；在高风速段维持额定功率。不管安装地址的空气密度多少，桨距操纵系统都能使叶片角度调到最正确值，从而达到额定功率。这意味着変桨距风电机组对温度和海拔高度的转变而引发的空气密度的转变并非灵敏。

机械装置设计的重点是同步盘、连杆和偏心盘。其中同步盘上的推杆与液压缸上的出杆的连接很关键。

液压缸的驱动操纵由液压系统操纵，在液压系统中应用了电磁换向阀、蓄能器、单向阀和液控单向阀。电磁换向阀、单向阀和液控单向阀和电动机的操纵均由电气操纵系统实现。

整个装置组成简单，结构精致，操纵方便，性能靠得住，有专门好的应用前景。由以上分析可见，変桨距风力发电机组有很多优越性，而変桨距风力发电机组核心即是変桨距系统，因此使得对変桨距系统的研究具有重要的现实意义。

1液压变桨距操纵系统设计

在目前国内运行的大型风力发电机组的变桨距装置仍有一部份采纳液压系统作为动力系统。因此对液压变桨距操纵系统的设计仍是很有必要的。 液压变桨距操纵系统

大型风力发电机组随着叶片长度和体积的增大，叶片的质量也愈来愈大，叶片进行变桨时所用到的力矩也变大，而液压操纵系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精准、液压执行机构动态响应速度快等优势，能够保证加倍

速速、准确地把叶片调剂至预定节距。在目前国内运行的大型风力发电机组的变桨距装置仍有一部份采纳液压系统作为动力系统。

如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加速的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能大体维持恒定。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变装置大多采纳液压系统传递动力

增速箱风发电机电网V电功率传感器I变桨控制器+P-Pref

图1 变桨距风力发电机简图

。

图2所示为变桨距操纵器的原理框图。在发动机并入电网之前由速度操纵器依照发动机的转速反馈信号进行变桨距操纵，依照转速及风速信号来确信桨叶处于待机或顺桨位置；发动机并入电网以后，功率操纵器起作用，功率调剂器通常采纳PI（或PID操纵，功率误差信号通过PI运算后取得桨距角位置。当风力机在停机状态时，桨距角处于90°的位置，这时气流对桨叶不产生转矩当风力机由停机状态变成运行状态时，桨距角由90°以必然速度（约1°/s）减小到待机角度（本系统中为15°）；假设风速达到并网风速，桨距角继续减小到3°（桨距角在3°左右时具有最正确风能吸收系数）；发电机并上电网后，当风速小于

额定风速时，使桨距角维持在3°不变；当风速高于额定风速时，依照功率反馈信号，操纵器向比例阀输出-10V－+10V电压，操纵比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的流量和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率周围。假设显现故障或有停机命令时，操纵器将输出迅速顺桨命令，使得风力性能快速停机，顺桨速度可达20°/s。

转速给定转速速度控制器功率控制器变浆距控制器桨距变桨机构风轮增速箱发电机功率给定功率图2 变桨距风力机操纵框图

全世界投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采纳了变桨距技术，变桨距操纵与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各类工况下都能够取得最正确的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频操纵一路组成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优势。

变桨距风力发电机组的运行状态

变桨距风力发电机组依照变距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的起动状态（转速操纵）、欠功率操纵（不操纵）和额定功率状态（功率操纵）。 起动状态

变桨距风轮的桨叶在静止时，节距角为90°，气流对桨叶不产生转矩，当风速达到起动风速时，桨叶向0°方向转动，直到气流对桨叶产生必然的攻角，

风轮起动。在发电机并入电网以前，变距系统的节距给定值由发电机的转速信号操纵。转速操纵器按必然的速度上升斜率给出速度参考值，变桨距系统依照给定的速度参考值，调整桨叶节距角，进行速度操纵。 欠功率状态

欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下的低功率状态运行。为了改善低风速时的风轮气动特性，采纳了Optitip技术，即依照风速的大小，调整发电机的转差率，使其尽可能运行在最正确叶尖速比上，以优化功率输出。 额定功率状态

当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态。在传统的变桨距操纵方式中，将转速操纵切换为功率操纵，变距系统开始依照发电机的功率信号进行操纵。功率反馈信号与额定功率进行比较，功率超过额定功率时，桨叶节距向迎风面积减少的方向转动一个角度，反之那么向迎风面积增大的方向转动一个角度。

由于变桨距系统的响应速度受到,对快速转变的风速,通过改变节距来操纵输出功率的成效并非睬想。因此，为了优化功率曲线，最新设计的变桨风力发电机组在进行功率操纵的进程中，其功率反馈信号再也不作为直接操纵桨叶节距的变量。变桨距系统由风速低频分量和发电机转速操纵，风速的高频分量产生的机械能波动，通过迅速改变发电机的转速来进行平稳，即通过转子电流操纵器对发电机转差率进行操纵，当风速高于额定风速时，许诺发电机转速升高，将瞬变的风能以风轮动能的形式贮存起来；转速降低时，再将动能释放出来，使功率曲线达到理想的状态 液压操纵变桨

液压变桨系统的持续变桨进程是由液压比例阀操纵液压油的流量大小来进行位置和速度操纵的。当风机停机或紧急情形时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风机变桨调剂。风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的持续变桨和停止（紧急停止）状

态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动和并网发电时桨叶在 0°风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，那个进程叫做全顺桨。液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨操纵的。

液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为操纵单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变成桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。

变桨距伺服操纵系统的原理图如图3所示。变桨距操纵系统由信号给定、 比较器、位置（桨距）操纵器、速度操纵器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。

图3操纵原理图

在液压变距型风机中依照驱动形式的不同可分为叶片单独变距和统一变距两种类型，前者3个液压缸布置在轮毂内，以曲柄滑块的运动形式别离给3个叶片提供变距驱动力，因为变距进程彼此，一组变距显现故障后，机组仍然能够通过调整其余两组变距机构完成空气动力制动。因此这种设计靠得住性较高，可是由于三组液压缸位于轮毂内部与液压泵之间有相对转动，为此需要加装旋转接头，另外该系统需要精准的同步变距操纵以幸免个叶片桨距角的不同。

统一变距类型通过1个液压缸驱动3个叶片同步变桨距，液压缸放置在机舱里，活塞杆穿过主轴与轮毂内部的同步盘连接。

变距机构工作原理进程如下：操纵系统依照当前风速，通过预先编制的算法给出电信号，该信号经液压系统进行功率放大，液压油驱动液压缸活塞运动，从而推动推杆、同步盘运动，同步盘通太短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动叶片进行变距。 2 液压系统设计

液压系统作为変桨距系统的重要部份，设计时必需知足系统工作循环所需的全数技术要求，且静动态性能好，结构简单，工作平安靠得住、寿命长，经济性好，利用保护方便。为此，液压系统要与整体设计（包括机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液的彼此配合，保证整个装置的性能最高。 液压系统的方案设计 一、回路方式的选择

本设计当选用了开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液通过沉淀、冷却后再进入液压泵的入口。 二、执行元件的选择

选用活塞液压缸实现直线运动，因为要求液压缸两个方向工作，正向关桨，反向开桨，应选用双作用液压缸。 三、调速方式的选择

采纳三位四通电磁比例阀实现速度的调剂与换向，如此能保证系统的实时操纵。在本设计当选用了M型比例阀。 四、调压方式的选择

在先导型溢流阀的遥控口上远接一个二位二通电磁换向阀。当电磁换向阀通电时，系统卸荷。溢流阀调定泵的出口压力。整个系统需要稳固的恒压源，因此此溢流阀为保压阀。 五、换向回路的选择

本设计的液压设备要求的自动化程度较高，因此应该选用电动换向，即应选择电磁换向，因此选用了三位四通的电磁换向阀。当阀芯处于中位时截断对液压缸供油，使桨叶不动；阀芯处于左位时，液压缸活塞缩回，桨叶开桨；处于右位时，液压缸活塞伸出，桨叶关桨。 六、动作转换操纵方式

在本液压系统的动作操纵中，均采纳了位置传感器及工控机来操纵液压缸的动作。当活塞的位置达到必然值后，工控机就会发出讯号，使油路中的执行元件的动作停止。 截止式换向阀的选取

这种换向阀可绝无泄漏地直接操纵执行元件及作为先导阀用于其他液压系统的操纵（先导式操纵）。此种阀为弹簧加载球式截止结构并由角度杠杆和推杆克服弹簧压力和液体压力进行换向。装在进油口上的滤网能避免较大杂质的侵入。

通过平磨阀板上的油口均设有O型密封圈。关于管式连接可自己制作底板或阀块。

该阀密封性能极好，绝无内泄漏。即便高压下工作，阀芯也可不能卡死，而且动作十分靠得住。由于杠杆与操纵力之间具有极佳的比率，故该阀换向平稳，无冲击现象。为了幸免不利的阻碍，绝大多数的换向阀都可组装插装式单向阀与背压阀或在进油口组装插装式节流阀。在管接式单只阀的地板可集成旁通单向阀及桥式回路形式的单向阀。 液压系统的参数设计和拟定液压原理图 选取液压泵

a. 确信液压泵的最大工作压力Pp

PpP1P Pa

式中 P1-----取液压缸或液压马达最大工作压力 P———从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。

P的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按体会数据

选取：管路简单、流速不大的，取P=（～）MPa;管路复杂，入口有调速阀

的，（.5～）MPa

本设计的系统压力为15MPa,故液压泵的出口压力Pp为16 MPa。 b. 确信液压泵的流量Qp 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为：

QPK(Qmax) m3/s

式中 K----系统泄漏系数，一样取K=～

Qmax---- 同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，关于在工作

进程顶用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一样取×10-4 m3/s 系统利用蓄能器作辅助动力源时 QPViK Ti1tz式中 K----系统泄漏系数，一样取K= Tt----液压设备工作周期 s

Vi----每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量 m3 z-----液压缸或液压马达的个数

QmaxD24Vmax3.5168X104 m3/s

= L/min 因此，QP= L/min

PV2R系列叶片的额定压力为16MPa，该系列泵的结构类似于YB1系列泵，PV2R1该泵采纳减薄叶片厚度（最小厚度仅）的方法，减小叶片在中、高压下对

吸油区定子的压紧力以降低磨损；同时提高定子强度，使该系统适应中高压力的要求；定子曲线为高次曲线，降低了泵的噪声。

选取电动机

一、电动机选用的一样原那么

⒈ 在选择电动机的类型时要依照工作机的要求来选取。负荷平稳且无特殊要

求的长期工作制机械，应第一采纳鼠笼型异步电动机。

⒉ 电动机的结构有开启式、防护式、封锁式和防爆式，应依照防护要求及环

境条件进行选择。

⒊ 选用电动机的类型，除知足工作机械的要求外，还需知足电网的要求。如

启动时能维持电网电压水准，维持功率因数在合理的范围内等。 ⒋ 电动机功能应有适当的备用容量。通常对在变载荷作用下，长期稳固持续

运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。 二、选取电机：

ppQP

=16×106××10-3/60)

=×103kw

本设计选用了Y132M4电动机功率，转速1440rmin，同步转速1500rmin，电流15.4A，该电动机的特性：

Ｙ系列电动机是封锁风扇自冷式鼠笼式三相异步电动机。我国统一设计的取代JO2系列的更新换代产品。

Ｙ系列电动机效率高、节能、启动转矩高、噪声低、振动小、运行平安靠得住。安装尺寸和功率品级完全符合国际标准（IEC）

Ｙ系列电动机为一样用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各类机械设备，如金属切削机床、鼓风机、水泵等。 液压缸的设计

(1)设计风力发电机变桨液压缸 要紧技术参数：

压力机额定输出压力：F=6吨（60000N） 液压缸安装方式：竖式布置、铰链固定。 液压缸行程：S=600mm 液压缸额定压力：P=16MPa

液压缸背压：1MPa 环境温度：-30—70℃

(2)液压缸的类型和多部份结构的选择

1. 结构初型：采纳轴线固定类中的头部内法兰式 2. 局部结构初选

1) 缸筒的结构设计：采纳法兰连接；

2) 缸筒的材料：采纳45号无缝钢管，依照《GB-T 3087-2007优质结

构钢冷拉适才技术条件》中查的45号钢退火后抗拉强度为 3) 缸底：采纳45号钢，与缸筒采纳法兰连接； 4) 缸盖：采纳45号钢，与缸筒采纳法兰连接； 5) 缸体与外部的链接结构为刚性固定：采纳铰链连接； 6) 活塞：活塞采纳铸铁

7) 活塞杆：活塞缸采纳45号钢，设计为实心 8) 排气装置：在缸筒尾端采纳组合排气塞

9) 密封件的选用：活塞和活塞杆的密封件采纳O形密封圈加挡圈。

(3_确信大体参数

1. 液压缸负载要紧包括：压制力、摩擦力、惯性阻力、惯性密封阻力和背

压阻力等。

1) 压制力：依照油缸和活塞杆的连接形式知：F=60KN

2) 摩擦阻力、重力：由于液压缸的摩擦阻力和重力相对压制力很小，

固可忽略不计。

3) 惯性阻力：由于液压缸工作运动时速度小，不属于快速往复运动型，

固惯性阻力可忽略不计。

4) 密封阻力和背压阻力：将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，

去液压缸的机械效率为：；背压阻力是为1MPa

2. 缸筒内径D和活塞杆直径d（在此设计的液压缸以无杆腔为工作腔）：由

于单柱压力机以力为主，对工作速度无太严格要求，那么活塞杆直径

3. 工作压力的关系为：

那么活塞杆直径为D==70mm

依照国家标准GB/T 2348-93，取标准直径D=125mm，d=70mm。 4. 液压缸轴向各尺寸

关于一样油缸，最小导向长度知足下试条件：

在缸筒内径D>80mm时，导向滑面的长度A那么取活塞杆直径的倍， 活塞宽度B取缸筒内径D的倍。此刻试取A==48mm，B==75mm.

在导向套与活塞之间装一隔套K，长度为C，有以下公式确信：

经查GB/T 2879-2005得，活塞杆动密封沟槽轴向尺寸为M=,径向深度为

(4)缸筒壁厚和外经计算以薄壁试计算缸筒壁厚：

a) 缸筒采纳45号钢，经查国标GB-T 3078-94，45号钢退货后抗拉强

度为540MPa

b) 全平安系数n=5，那么 c) 液压缸的额定压力那么

pypn==15MPa

那么依照公式得缸壁厚度,得缸筒外径为118mm,依照国标JB1068-67缸筒外径圆整为120mm,那么,D/d=125/=,那么以薄壁计算符合要求。

缸底采纳平底缸底，那么缸底止口内径

缸底采纳45号钢，退火后抗拉强度为540MPa，平安系数n=5；

(5).活塞杆强度和液压缸稳固性计算

1) 活塞杆强度计算

a) 活塞杆上的作使劲为F=60000N

b) 活塞杆采纳45号钢，退火后抗拉强度为，许用应力为 活塞杆的直径按下式进行校核

2) 液压缸稳固性计算

活塞杆受轴向紧缩负载时，它所经受的力F不能超过使它维持稳固

F工作所许诺的临界负载k，以避免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正

F常工作。k的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度和液压

缸的安装方式等因素有关。 经计算：活塞杆安装长度L=1025

Jd20 A4 经查表得：柔性系数11，结尾系数285

4 活塞杆横截面最小回转半径rk f4.9108Pa, 1/5000

得l/rk16.4542.512，那么

fAFk2.4106al1()23 机械设计与计算 2rk 原始数据及设计要求

⒈ 最大输出力为6吨。 ⒉ 行程小于600毫米。 ⒊ 系统响应速度为秒。 ⒋ 系统压力为16 兆帕。 ⒌ 活塞的运动速度为米每秒。

拟定设计方案

机械机构要紧包括推杆，连杆。活塞杆通过一个套与推杆相连，因为推杆与活塞杆之间存在相对转动，在传递轴向力的同时推杆还要沿轴线转动，因此在轴套中采纳两组轴承—深沟球轴承和推力球轴承。

推杆与同步盘采纳键连接，用螺栓固定。因风电机有三个桨叶，故同步盘有三个角，成120度排列。每一个角都是相同的，因此只设计一个角就能够够。同步盘与连杆用一销轴连接，其与同步盘之间用螺纹固定连接，与连杆之间用一关节轴承连接，能够有必然的振动。连杆由两个螺纹轴和一个螺纹套组成，能够实现必然的尺寸补偿。偏心盘与桨叶用螺栓固定。安装时桨叶与推杆之间有相位要求，故安装精度要求较高。

确信系统的机械参数

本机构主若是传动轴向力，因此只要校核推杆就能够够了。液压缸输出的最大力为6吨，推杆最小的面积为S变桨操纵

液压原理图如图5所示。从中能够看出，通过改变液压比例阀的电压能够改变进桨或退桨速度，在风力机显现故障或紧急停机时，可操纵电磁阀V2闭合、V1和V3打开，使储压罐1中的液压油迅速进入变桨缸，推动桨叶达到顺桨位置（90°）。

D2440241256mm21.256103m2

图5 液压变桨距系统原理

变桨距操纵系统

（1）变桨距操纵系统

在发电机并入电网时前，发电机转速由速度操纵器A依照发电机转速反馈信号与给定信号直接操纵；发电机并入电网后，速度操纵B与功率操纵器起作用。功率操纵器的任务主若是依照发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电

机转差率，并确信速度操纵器B的速度给定。

节距的给定参考值由操纵器依照风力发电机组的运行状态给出。如图2-8所示，当风力发电机组并入电网前，由速度操纵器A给出；当风力发电机组并入电网后由速度操纵B给出。

（2）变距操纵

变距操纵系统是一个随动系统，如图2-9所示。变距操纵器是一个非线性比例操纵器，它能够补偿比例阀的死带和极限。变距系统的执行机构是液压系统，节距操纵器的输出信号经D/A转换后变成电压信号操纵比例阀（或电液伺服阀），驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角转变。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。

图7变桨操纵

转速操纵器A在风力发电机组进入待机状态或从待机状态从头起动时投入

工作，如图8所示在这些进程中通过对节距角的操纵，转速以必然的转变率上升。操纵器也用于在同步速（50Hz时1500转/min）时的操纵。当发电机转速在同步转速±10rmin内持续1s发电机将切入电网。

操纵器包括着常规的PD操纵器和PI操纵器，接着是节距角的非线性化环节，通过非线性化处置，增益随节距角的增加而减小，以此补偿由于转子空气动力学产生的

非线性，因为当功率不变时，转矩对节距角的比是随节距角的增加而增加的。

图8 速度操纵器A

当风力发电机组从待机状态进入运行状态时，变桨距系统先将桨叶节距角快速地转到45°，风轮在空转状态进入同步转速。当转速从0增加到1500rmin时，节距角给定值从45°线性的减小到5°。这一进程不仅使转子具有高起动力矩，而且在风速快速地增大时能够快速起动。 （4）速度操纵器B

发电机切入电网后，速度操纵系统B作用。速度操纵器B受发电机转速和风速的双重操纵。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。额定的速度给定值是1569r/min,相应的发电机转差率是4%。若是风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2%，节距操纵将依照风速调整到最正确状态，以优化叶尖速比。

若是风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。功率输出将稳固地维持在额定值上。从图中可知在风速信号输入端设有低通滤波器，节距操纵对瞬变风速并非响应。

功率操纵

为了有效地操纵高速转变的风速引发的功率波动，新型的变桨距风力发电机组采纳了RCC（Rotor Current Control）技术，即发电机转子电流操纵技术。通过对发电机转子电流的操纵来迅速改变发电机的转差率，从而改变风轮转速，

吸收由于瞬变风速引发的功率波动。

功率操纵系统它由两个操纵环节组成。外环通过测量转速产生功率参考曲线。内环是一个功率伺服环，它通过转子电流操纵器（RCC）对发电机转差率进行操纵，使发电机功率跟踪功率给定值。若是功率低于额定功率值，这一操纵环将通过改变转差率，进而改变桨叶节距角，使风轮取得最大功率。

（2）转子电流操纵器原理

转子电流操纵器由快速数字式PI操纵器和一个等效变阻器组成。它依照给定的电流值，通过改变转子电路和电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能够从1%到10%（1515到1650rmin）转变，相应的转子平均电阻从0到100%转变。当功率转变即转子电流转变时，PI调剂器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值，若是从主操纵器传出的电流给定值是恒定的，它将维持转子电流恒定，从而使功率输出维持不变。

本系统中采纳西门子公司的S7-200系列PLC为操纵器。发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式（0～10V对应功率0～800KW）输入到PLC，桨距角反馈信号（0～10V对应桨距角0～90°）以模拟量的形输入到PLC的模拟输入单元;液压传感器一、2也要以模拟量的形式输入。输出信号为-10V～+10V，将信号输出到比例阀来操纵进桨或退桨速度；用计数器测量发电机的转速，发电机的转速是通过检测与发电机相连的光电码盘，每转输出10个脉冲，输入给计数器。

（2）系统的软件设计

本系统的要紧功能都是由

PLC来实现的，当知足风力机起动条件时，PLC

发出指令使叶片桨距角从90°匀速减小；当发电机并网后PLC依照反馈的功率进行功率节，在额定风速之下维持较高的风能吸收系数，在额定风速之上，通过调整桨距角使输出功率维持在额定功率上。在有故障停机或急停信号时，PLC操纵电磁阀V1和V3打开，V2关闭，使得叶片迅速变到桨距角为90°的位置。 风力机起动时变桨操纵程序流程如下图。当风速高于起动风速时PLC通过模拟输出单元向比例阀输出电压，使叶片以°/s的速度转变到15°。现在，假设发电机的转速大于800r/min或转速持续一分钟大于700r/min，那么桨叶继续进桨

到3°位置。PLC检测到高速计数单元的转速信号大1000r/min时发出并网指令。假设桨距角在抵达3°后2分钟未并网那么由模拟输出单元给比例阀输出电压，使桨距角退到15°位置。

图 9 风机启动时变桨距操纵程序流程图

发电机并上电网后通过调剂桨距角来调剂发电机输出功率，功率调剂程序流程图如下图所示，当实际功率大于额定功率时，PLC的模拟输出单元输出与功率误差成比例的电压信号，使输出电压在（对应变桨速度°/s）之内。当功率误差小于零时需要进桨来增大功率，进桨时给比例阀输出的最大电压为（对应变桨速度°/s）。为了避免频繁的往复变桨，在功率误差在±10kW时不进行变桨。在变桨距操纵进程中，高风速段的变桨距调剂功率是超级重要的部份，假设退桨速度过慢那么会显现过功率或过电流现象，乃至会烧毁发电机；假设桨

距调剂速度过快，不但会显现过调剂现象，使输出功率波动较大，而且会缩短变桨缸和变桨轴承的利用寿命。会阻碍发电机的输出功率，使发电量降低。在本系统中在过功率退桨和欠功率进桨时采纳不同的变桨速度。退桨速度较进桨速度大，如此能够避免大的阵风时显现发电机功率太高现象。其程序流程图如下图。

图 10变桨距调功程序流程图

能源问题是目前人类所面临的重大课题之一。风能作为绿色资源，早在几千年前就为人类所利用。时至今日，风能在多种可再生资源中是技术上最成熟，最具竞争力的可开发资源。本文要紧介绍了风力发电机组的变桨距系统，其中，主若是液压系统由电器操纵用来推动机械机构对桨叶进行变距。

整个装置组成简单，结构精致，操纵方便，性能靠得住，有专门好的应用前

景。由以上分析可见，変桨距风力发电机组有很多优越性，而変桨距风力发电机组核心即是変桨距系统，因此使得对変桨距系统的研究具有重要的现实意义。 从本次设计得出，在现代化生产实际中，机械、电气、液压技术一体化的设计，能够加倍有效的实现设计功能，能够加倍准确的达到设计要求的精度。而且设备更具有必然的柔性，为后期的改型留有必然的余地。

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本科生毕业论文

题 目

风力发电机液压变桨

系 别

机械交通学院

班 级

姓 名

机制106班

狄万学

学 号 7

答辩时间 年 月

农业大学机械交通学院