变桨距系统的功能和构成

变桨距是指安装在轮毂上的叶片绕自身轴线旋转的过程。

变桨距系统用于调节风轮从风中捕获的能量大小。这一过程通过调节叶片翼型上合成气流方向与翼型几何弦的夹角（攻角）来改变风力发电机组获得的空气动力转矩。机组的变桨距系统主要完成以下功能：

1）空气动力制动，保证机组在风速过高或遇到故障时能够安全关机；

2）在各工况下调节风轮捕获的风能大小，保证机组安全、稳定运行；

3）通过机组变桨距控制抑制风轮、塔筒的振动，减小机组的动态载荷；

4）机组起动控制，当风速高于起动风速时，使叶片桨距角变化到预定角度，使叶片转速逐步上升。

变桨距系统一般安装在风力发电机组的轮毂内，由于轮毂形式、变桨驱动类型及变桨距系统的设计差异，其组成和布局在不同的风电机组有明显的不同。按照驱动形式的不同变桨距系统可以分为电动变桨距系统和液压变桨距系统，本节内容均按照目前使用较多的电动变桨距系统讲述，液压变桨距系统将在最后部分介绍。

图10-4 变桨距系统的组成

图10-4所示为风轮叶片独立电动变桨距机构的组成，该机构主要由电动机、减速器、驱动齿轮、变桨距球轴承（其内环带内齿圈）、吊耳、连接件、支撑板、控制柜、编码器及蓄电池等构成。变桨距球轴承的内环或外环通过螺纹连接件分别与风轮叶片根部端面或轮毂的凸台相连，同轴的电动机和减速器插入轮毂的支撑件的孔中，通过螺纹连接件固定在该支撑件上，同时在减速器的输出轴端装配驱动齿轮，使其与变桨距球轴承的内齿圈啮合，从而实现调节风轮叶片的桨距角。

变桨距系统设计一般方案如下：(www.xing528.com)

1）每个叶片配备一个独立的驱动装置，变桨距系统在风轮功率调节之外，还作为机组的第一安全制动使用，这一功能涉及机组的安全，所以其可靠性尤为重要。为了提高变桨距系统在安全保护时的可靠性，一般三个叶片配备相互独立的伺服系统控制变桨距电机。

2）为了提高机组可靠性，防止因传感器故障时发生意外，一般在变桨距电动机配备编码器的同时每个叶片配备冗余的位置传感器。

3）要求电池至少能满足一次顺桨过程。电网故障时的关机需要在电池供电的情况下完成桨距角的调节。

4）变桨距系统的设计需要满足风电机组在总装、运输、吊装及调试、运行过程中各种功能的需要。例如，需要考虑在风电机组吊装时需要旋转叶片的需求。

变桨距系统设计主要包括以下内容：

1）变桨距系统驱动力矩计算；

2）变桨距轴承设计与计算；

3）变桨距驱动装置设计与位置控制，包括减速机设计、变桨距电机选型和变桨距控制设计；

4）后备电源设计。