统一变桨距是指风力机所有桨叶的节距角β均同时改变相同的角度。统一变桨距是最先发展起来的变桨距控制方法，目前应用也最为成熟。变桨距机构就是在额定风速附近（以上），依据风速的变化随时调节桨距角，控制吸收的机械能，这样一方面保证获取最大的能量（与额定功率对应），同时另一方面减少风力对风力机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。变桨系统内部结构如图4-6所示。
图4-6 变桨系统内部结构图
电动变桨距系统是三个叶片分别装有独立的电动变桨距系统，变桨系统内部结构如图所示。主要包括回转支撑，减速机装置和伺服电动机及其驱动器等。减速机装置固定在轮毂内，由于桨距角的变化速度都很慢，一般不超过15°/s，而一般的伺服电机额定转速都为每分钟几千转，因此需要一个减速机构。
伺服电机联结行星减速箱，通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相连，带动桨叶进行转动，实现对桨叶节距角的直接控制。叶片安装在回转支撑的内环上，回转支撑的外环则固定在轮毂上。当电驱动变桨距系统上电后，伺服电动机带动减速机装置的输出轴小齿轮旋转，而小齿轮又与回转支撑的内环相啮合，从而带动回转支撑的内环与叶片起旋转，实现了变桨距的目的，这样我们通过RS-485通信控制驱动器驱动伺服电动机就可实现同步变桨和准确的定位。
电动变桨距系统的布局如图4-7所示。每个桨叶配有一个轴控制柜、一个电池柜、一个叶片编码器、两个限位开关、一个电机编码器和一个永磁同步电动机等，主控制柜安装在主轴与轮毂的连接处。
图4-8是电动变桨距伺服系统的构成框图，轮毂里装有一个主控制柜、三个轴控制柜、三个电池柜、三个叶片编码器以及三个电机编码器等。轮毂与主轴的连接处设置了接线端子，变桨距的所有电源和控制通信总线都是通过滑环与机舱控制柜相连。主控制柜内装有同步运动控制器以实现三个叶片的同步变桨控制，轴控制柜用来实现对电机的精确控制，电池用来提供备用电源，通讯采用RS-485总线结构，具有较强的抗干扰能力。
图4-7 电动变桨距系统布局图
内齿环侧安装有两个限位开关，位于桨距角90°和91°位置，对应顺桨位置进行冗余限位保护，在顺桨过程中，桨叶到达顺桨位置触发限位开关后，将切断电动机驱动电源。(www.xing528.com)
变桨距系统必须要满足能够快速响应主控制器的命令，迅速将桨叶置于指定的位置的要求同时还要满足三个叶片的桨距角一致，以及要安全可靠运行的要求。
电动变桨距系统采用的三个桨叶分别带有独立的电动变桨距伺服系统，包括回转支撑，减速机装置和伺服电动机及其驱动器等。减速机装置固定在轮毂内，回转支撑的内环用来安装叶片，回转支撑的外环固定在轮毂上。当电动变桨距系统工作时，永磁电动机带动减速机装置的输出轴小齿轮旋转，而小齿轮又与回转支撑的内环相啮合，从而带动回转支撑的内环与叶片一起旋转，实现变桨距的目的。电动变桨距伺服系统机械传动示意图如图4-9所示。
图4-8 电动变桨距伺服系统构成框图
伺服驱动器主要包括功率驱动单元和伺服控制单元，驱动单元采用三相全桥不可控整流，三相正弦PWM逆变器变频的AC-DC-AC结构。为避免上电时出现大的瞬时电流以及电机制动时产生很高的崩升电压，设有能耗泄放电路。逆变部分采用集驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块IPM，开关频率可达20kHz。
伺服控制单元是整个交流伺服系统的核心，实现系统的位置控制，速度控制，转矩控制。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全可靠工作。1.5MW风力发电机组变桨系统原理如图4-10所示。
图4-9 电动变桨距伺服系统机械传动示意图
图4-10 1.5MW风力发电机组变桨系统原理图
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