电动变桨系统是风力发电机的关键组成部分,其主要作用是调节风力发电机的叶片角度,以优化风力捕捉效率和减少风力发电机组承受的风载压力,从而保障风机的正常运转和安全。该系统通常采用电机控制,允许叶片独立调整角度,以实现变桨操作。编码器在这一系统中扮演了极其重要的角色,它是确保叶片角度精确调整的反馈元件,其性能直接影响变桨系统的稳定性和可靠性。
编码器在电动变桨系统中的应用主要有两种类型:单圈编码器和多圈编码器。单圈编码器适合短距离和精确度要求极高的应用场景。然而,由于风力发电叶片的旋转角度非常大,单圈编码器无法满足这样的应用需求,因此必须使用多圈编码器。
多圈编码器可以测量超过360度的绝对位置,它通过内部计数器来记录旋转圈数。根据技术实现方式,市场上较为常见的绝对值编码器多圈计数技术主要有两种:机械齿轮计圈技术和电池存储计圈技术。
机械齿轮计圈技术利用机械结构实现圈数的记录与传递,这类编码器没有使用电池或其他寿命受限的器件,因此可以在较宽的工作温度范围内长时间工作,例如HENGSTLER编码器采用的就是这种技术。而电池存储计圈技术则利用电池供电的存储器来记录圈数,典型的如宝盟IVO编码器。使用电池技术的编码器受限于电池性能,其工作温度范围较窄,抗电磁干扰能力较弱,且使用寿命受电池寿命的限制,特别是在高温或低温环境下电池性能会明显下降,此外,还需考虑数据丢失的风险以及电池失效报警输出的问题。
在电动变桨系统中,编码器需要安装在机头并随叶片一起旋转,这就要求编码器必须具备良好的抗冲击振动能力。由于风力发电机组工作环境恶劣,例如昼夜温差大,近海风力发电机组还需能够抵御盐雾的侵蚀,因此编码器必须具备极高的可靠性、抗潮湿能力和防腐蚀性能。
在技术细节方面,编码器与电机后部相连,通常采用SSI(同步串行接口)等串行通讯协议,结合增量信号或正余弦信号编码器。SSI信号用于连接到变桨控制器,提供精确的桨叶位置反馈;增量信号或正余弦信号则连接到驱动控制器,作为转子速度反馈。此外,为了增强系统的可靠性,桨根处也会安装一只多圈绝对值编码器,作为桨叶位置的冗余反馈信号,同样采用SSI协议。
市场上领先的编码器厂商通常提供单圈精度满足要求的产品,而多圈编码器的可靠性则高度依赖于其多圈计数技术。用户在选择编码器时,除了考虑技术参数之外,还需考虑厂商提供的产品支持和附加服务,如HENGSTLER编码器不仅能提供满足变桨系统要求的各类编码器,还提供负载模块等附件,以满足特殊应用需求。
综合来看,在电动变桨系统中应用编码器时,除了必须满足特定的技术参数和工作条件外,还需要关注编码器的耐用性和可靠性,尤其是在面对各种外部环境挑战时。市场上的解决方案多种多样,客户需根据自身风力发电机组的具体要求和工作环境,选择最合适的编码器产品和配套解决方案。