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收稿日期:2006-08-21.基金项目:国家863计划资助项目(2100AA512022).作者简介:单光坤(1968-),女,辽宁沈阳人,副教授,博士生,主要从事大型风力发电机组变桨距技术等方面的研究.文章编号:1000-1646(2007)02-0209-04大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究单光坤,刘颖明,姚兴佳(沈阳工业大学风能技术研究所,沈阳110023)摘 要:旨在确定变桨距机构的结构形式,通过精炼设计校核变桨距机构的技术参数,论证变桨距机构的合理性,确保兆瓦级风力发电机组在60m 高空稳定工作.通过不同的变桨距机构方案的对比,找出各种变桨距机构的优缺点,完成兆瓦级风力发电机组变桨距结构的确定;利用数值算法进行变桨距机构参数的精炼设计;利用实验装置验证变桨距机构的合理性.最终,兆瓦级风力发电机组采用了液压变桨距结构形式,由数值算法给出了液压变桨距结构的最大负载力矩;并利用实验装置验证完成了在地面上的变桨距机构的调试工作,证明了变桨距机构在额定工况下能正常工作.在兆瓦级风力发电机组的调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.关 键 词:大型风力发电机组;变桨距机构;载荷分析;加载试验;测试工装中图分类号:T M 614 文献标识码:APitch regulated mechanism analysis and experiment of large wind turbineSHAN Guang kun,LIU Ying ming,YAO Xing jia(Wind Ener gy Institute o f T echnolog y,Shenyang U niversity of T echnology,Sheny ang 110023,China)Abstract:The research is to determine the pitch regulated mechanism of a large w ind turbine,check the technical parameters of pitch regulated mechanism by refine design,and demonstrate the rationality of pitch reg ulated mechanism,w hich w ill ensure the stable operation of the w ind turbine on the tow er of 60meters.The different pitch regulated mechanisms w ere compared to determine their advantages andshortcom ing s and select the best mechanism.T he refine desig n for the technical parameters of pitch regulated mechanism w as done by numerical analysis method.T he rationality of pitch regulated mechanism w as demonstrated by ex periments.At last,a hydraulic pitch regulated mechanism was selected for the megawatt wind turbine.T he max imum load moment of pitch regulated mechanism w as given by numerical analysis method,and the regulation and test on the ground w ere carried out.T he pitch regulated mechanism operates normally under rated condition and the desired results have been achieved.Key words:large w ind turbine;pitch regulated mechanism;load analysis;loading test;test technolog icalequipment变桨距风力发电机组,其桨叶桨距角在电气控制下可随时调整,当风速超过额定风速后,机组可通过调整叶片桨距角,保证其转速不变,输出额定功率,提高了机组利用率;变桨距型风力发电机组,在机组并网与脱网时,通过调整叶片桨距角,可使机组输出功率到最小,这样减小了机组在并网与脱网时的冲击电流,提高了机组寿命和电网质量[1];变桨距型风力发电机组,在其进行刹车制动时,由于其可先进行叶片变距气动刹车,再进行机械刹车,这样减小了机械刹车力矩,降低了刹车对机组部件的损害,提高了机组的寿命[2].由此,变桨距型风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流.沈阳工业大学风能技术研究所自主开发设计的1MW 风机采用了变桨距的形第29卷第2期2007年4月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 29No 2Apr.2007式.变桨距机构作为变桨距型风力发电机的关键部件直接影响到机组的正常运行,本文对1M W 风力发电机的变桨距机构从理论上进行了精炼设计分析,从实验上论证了变桨距机构的合理性.1 变桨距机构类型变桨距机构是变桨距型风力发电机组的核心.目前国际上大型风电机组的变桨距机构主要有两种实施方案[3]:机械齿轮传动变距与液压驱动变距.机械齿轮传动变距是利用伺服电机作为原动机,经过减速器通过齿轮副,带动桨叶旋转.这种变距方案,每一片桨叶都由一套独立的电动机、减速器和齿轮副驱动,因此变距力大,但电气布线困难,并且要求三个电动机运行同步,增加了控制上的难度.由于电动机、减速器、齿轮等部件均在轮毂内,增加了风轮重量和轮毂制造难度,而且维护也极不方便.液压驱动变距是利用液压缸作为源动机,通过曲柄滑块机构推动桨叶旋转.由于液压系统输出力大,变距机构可以做得很紧凑.液压驱动变距也有两种结构:一种是通过轮毂内三个液压缸和三套曲柄滑块机构分别驱动三片桨叶.这种方案变距力很大,但存在三个液压缸同步控制难,电气布线困难,风轮重量增加,轮毂制造难度加大,维护不便等问题;另一种结构是液压站,液压缸放在机舱内,通过一套曲柄滑块机构同步推动三片桨叶旋转.这种结构电气布线方便,而且降低了风轮重量和轮毂制造难度,维护也很容易,但这种结构要求传动机构的强度、刚度较高.2 大型风力发电机组变桨距机构本兆瓦级风电机组是变桨距型风力发电机组[4],采用的是液压缸作为源动机,通过一套曲柄滑块机构同步驱动三片桨叶变距的方式.2 1 变桨距机构组成本机组的变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成.其结构如图1所示[5].图1 变桨距机构Fig 1 Pitch regulated mechanism各组成部件作用如下:推动杆:传递动力,把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上.支撑杆:是推动杆轮毂端径向支撑部件.导套:与支撑杆形成轴向运动副,限制支撑杆的径向运动.同步盘:把推动杆的轴向力进行分解,形成推动三片桨叶转动的动力.防转装置:防止同步盘在周向分力作用下转动,使其与轮毂同步转动.其中同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘组成了曲柄滑块机构,将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动.该机构的工作过程如下:控制系统根据当前风速,以一定的算法给出液压缸的位移信号,液压系统根据位移指令信号驱动液压缸,液压缸带动推动杆,同步盘运动,同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动,偏心盘带动桨叶进行变距.2 2 变桨距机构分析该变桨距机构简图如图2所示.图2 变桨距机构运动简图F ig 2 Schematic movement of pitch regulated mechanism图中:od 摇杆;210 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷df 连杆;od摇杆初始位置与水平线夹角;X 推杆位移;摇杆从初始位置转过角度;L 连杆长度.该机构的受力分析:该变桨距机构主要承受和传递来自两个方向的载荷:桨叶的旋转力矩和液压缸的输出力.桨叶旋转力矩的x轴分量传给液压缸的推动杆,y轴分量通过防转装置传给轮毂.油缸的输出载荷传递路线则相反,最后通过桨叶法兰的转动达到对桨叶变距操纵的目的.2 3 变桨距机构顺桨力的分析与计算[6]风电机组在工作状态下,作用于每个桨叶变距轴(桨叶大梁)上的阻力矩由如下几部分组成: M1=M j+M z+M m+M e+M f式中:M j 由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩;M z 由空气动力作用而产生的气动力矩;M m 桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩;M e 弹性变形引起的力矩;M f 由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩.1)由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩M j在变距过程中,桨叶产生的最大惯性阻力矩为M j max=J22=10856 56Nm式中:J 桨叶对变距轴(大梁)的质量惯性矩,2200kg/m2;风轮回转角速度,3 1416/s.2)空气动力作用而产生的气动力矩M z空气动力作用而产生的气动力矩M z已由第602研究所得出计算结果.但其方向与M j相反,是使桨叶安装角增大的方向,且与M j相比其数值也较小,故为了安全起见,可以不考虑.3)桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩M m设桨叶轴均通过各截面重心,并位于风轮旋转平面内,即M m=0.4)弹性变形引起的力矩M e设桨叶不变形,即M e=0.5)由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩M f支承桨叶轴的轴承是一个回转支承轴承,其空载摩擦阻力矩值为950Nm,其他机构摩擦阻力矩以效率计为0 95.故使桨叶绕桨叶轴转动所需的驱动力矩为M1=(M j max+950)/0 95=12427 96Nm 也就是说,在最恶劣情况下,使桨叶顺桨停机时,需作用于每支桨叶轴上的驱动力矩为M1=12427 96Nm风轮共三支桨叶,故M=M13=37283 87Nm已知驱动桨叶的曲柄长R,曲柄最大角度 =46!,故变距机构拉杆拉力为P=MR cos=82853N=8454 4kg液压站提供给变距机构的力随桨距角的变化而变化[7],其关系如图3所示;在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统所需要的力随桨距角的变化而变化[8],其关系如图4所示.由图3和图4可以看出,在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统工作正常.图3 液压系统压力与桨距角的关系Fig 3 Relationship between hydraulic pressure and pitch angle图4 变距系统需要的力与桨距角的关系(M=37283 87Nm)F ig 4 Relationship betw een necessar y pressure andpitch ang le(M=37283 87Nm)211第2期单光坤,等:大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究3 变桨距机构的负载试验测试目的:在设计外力矩条件下,测试机构能否准确完成顺桨及开桨工作.测试方法:通过测试工装,同时在三个变桨矩轴承内环的桨叶安装孔上加相同的重力,使三个变桨矩轴承内环产生与顺(开)桨力矩相反力矩.设计顺桨力矩:37283 87Nm设计开桨力矩:12428Nm测试工装[9-10]如图5所示,该装置与桨叶轴承内环连接,其上有6个滑轮,开桨时在1、3、5滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为12428Nm;顺桨时在2、4、6滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为37283 87Nm.图5 测试工装F ig 5 T est technological equipment测试结果:1)全行程变桨距试验(开、关桨)动作到位;2)变桨速度试验,动作时间可调、机构运动平稳;3)任意变桨距位置停止准确、位置重复精度和任意位置飘移量满足设计要求.4 结 论从理论上通过数值计算方法精炼设计了兆瓦风力发电机组变桨距机构的技术参数;通过地面试验验证了1MW 兆瓦风力发电机组变桨距机构合理,各部件参数选择正确,可以实现变桨距机构设计的预期目标,为1MW 风力发电机组的安全运行提供了保障.此风机已于2005年7月完成安装和现场调试,变桨距机构工作正常.参考文献:[1]武鑫,赵斌.并网型风电机组的调节控制[J].太阳能学报,2003(4):24-25.(WU Xin,ZHA O Bin.M odulation and control grid connected w ind turbine [J].Solar Energy ,2003(4):24-25.)[2]李强,姚兴佳,陈雷.兆瓦级风电机组变桨距机构分析[J].沈阳工业大学学报,2004(2):146-148.(L I Q iang ,Y AO Xing Jia,CHEN L ei.Pitch mecha nism analysis o f megawatt stage w ind turbine [J ].Journal of Shenyang U niversit y of T echnolog y,2004(2):146-148.)[3]Xing Z X,Chen L.T he compariso n of sever al variablespeed wind generation set 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1.风力发电机组的机械传动由哪两大部分组成?请说出它们的主要功能。
答:风力发电机组的机械传动由主传动系统和辅助传动系统两大部分组成。
主传动系统的功能是将风轮的转速提高至发电机所需的转速并将风轮吸收的机械能传递给发电机。
辅助传动系统主要有偏航传动系统和变桨距传动系统。
偏航传动装置采用电机或液压马达驱动,通过齿轮减速器带动机舱回转,保持其迎风位置并被制动器可靠定位。
而在电缆扭转达到设定限度时使机舱反向转动实现解缆。
变桨距传动装置是利用电机减速器带动齿轮副或利用伺服油缸推动连杆机构使叶片转动,以便改变其螺距从而控制电机输入转速。
2.主传动增速箱有那些主要特点?答:1)速比恒定不变,传动平稳;2)齿轮副中心距具有可分离性(传动中心距即使有变化,传动比仍保持不变);3)速比范围大;4)传递功率范围广,最大可达5万kW;5)传动效率高,单级传动可达99%;6)结构紧凑,可靠;7)切齿刀具易于制造,互换性好。
3.行星齿轮机构中常使用什么方法让构件在运转过程中受载均匀?答:通常利用行星机构的行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮等构件中的一个构件浮动的方式,来实现机构均载。
例如利用太阳轮浮动实现均载。
4.刚性联轴器和弹性联轴器在主传动系统中应用在什么部位?两者的主要区别是什么?答:在齿轮箱低速端使用刚性联轴器,在高速端使用弹性联轴器。
刚性联轴器将两个半轴直接联接成一体,对被联接的两轴间相对位移没有补偿作用,要求对中性较好。
而弹性联轴器对所联接的两轴的相对偏移有一定的补偿能力,同时具有缓冲减振作用。
5.简述偏航系统的主要组成部分及其作用。
答:1)偏航轴承:支撑机舱,与偏航减速器一起实现机舱的迎风转动。
2)偏航减速器:接受主机控制器的指令驱动偏航运动。
3)制动器:偏航过程中起阻尼作用,保持回转平稳;偏航结束后起制动作用,使机舱可靠定位。
4)风向传感器:控制机舱方位,适时发出偏航信号。
5)电缆缠绕传感器:在扭缆达到极限时发出解缆信号。
三、联轴器在风力发电机组中，常采用刚性联轴器、弹性联轴器（或万向联轴器）两种方式。
刚性联轴器常用在对中性好的二轴的联接，而弹性联轴器则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接，更重要的是弹性联轴器可以提供一个弹性环节，该环节可以吸收轴系因外部负载的波动而产生的额外能量。
在风力发电机组中通常在低速轴端（主轴与齿轴箱低速轴联接处）选用刚性联轴器。
一般多选用涨套式联轴器、柱销式联轴器等。
在高速轴端（发电机与齿轮箱高速轴联接处）选用弹性联轴器（或万向联轴器），一般选用轮胎联轴器，或十字节联轴器。
（一）刚性涨套式联轴器胀套式联轴器是一种新型传动联接方式。
20世纪80 年代国际上先进工业国家、如德国、日本、美国等在重型载荷下的机械联接已广泛采用了这一新技术。
它与一般过盈联接、无键联接相比，胀套式联轴器具有许多独特的优点：制造和安装简单，安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差。
安装胀套也无须加热、冷却或加压设备，只须将螺栓按规定的扭矩拧紧即可。
并且调整方便，可以将轮毂在轴上很方便地调整到所需位置。
有良好的互换性，且拆卸方便。
这是因为胀套能把较大配合间隙的轮毂联接起来。
拆卸时将螺栓拧松，即可使被联结件容易地拆开。
胀套式联轴器可以承受重负载。
胀套结构可作成多种式样，一个胀套不够，还可多个串联使用。
胀套的使用寿命长，强度高。
因为它是靠摩擦传动，对被联接件没有键槽削弱，也没有相对运动，工作中不会摩损。
胀套在胀紧后，接触面紧密贴合不易锈蚀。
胀套在超载时，可以保护设备不受损坏。
Z10型胀套，适用于轴和轴上零件的联接，以传递扭矩、轴向力或两者的复合负载，其结构形式和基本尺寸按图3-8 和表3-1的规定。
胀紧联接套（以下简称胀套）的选用方法及联接尺寸1. 按照负载选择胀套1）选择胀套应满足3）在清洗干净的胀套表面和结合件的结合表面上，均匀涂一层薄润滑油（不应含二硫化钼添加剂）。
5.胀套的安装1）把被联接件推移到轴上，使其达到设计规定的位置。
5kw风力发电机制动器研究摘要本文主要对水平轴风力发电机组的主要组成部分一一机械制动系统进行了分析研究。
介绍了风力发电机组制动器的组成、分类及其工作原理。
本文在对水平轴风力发电机组机械制动系统进行分析和研究的基础上，首先对当前国内外风力发电机组机械制动系统的研究现状和存在的主要问题进行了分析。
采用何种制动器进行制动，在最后确定钳盘式制动器的基础上，建立了风电机组制动系统的数学模型，并对制动系统进行受力分析。
根据当前计算制动力矩的方法对5kw风机制动系统的制动力矩进行计算。
介绍了驱动机构的分类，最后对制动器的驱动机构液压系统作了介绍。
最后根据以上的研究为以后风力发电机组制动系统的研究和改进提供了好的建议。
关键词：风电机组制动系统钳盘式制动器液压机构AbstractThis paper mainly study one of chief components in horizontal axis wind turbine - mechanical brake system. Introduced the wind generator group brakes the composition of the, classification and its working principle of. This paper, on horizontal axis wind generator set mechanical brake system for analysis and research on the basis of, first of all pairs of current domestic and international wind turbine generator mechanical braking system research status quo and the presence of main problems conducted a analysis of. In what brake caliper disc brakes in finalizing the basis of the establishment of the wind turbine braking system mathematical model, and the braking system stress analysis. According to the current method of calculating braking torque 5kw wind turbine braking system braking torque calculation. Describes the classification of the drive mechanism, the final drive mechanism of the brake hydraulic system were introducedThe paper provides some very good suggestions to wind turbine research and improvement braking system in the future.KEYWORD: wind turbine brake system simulation caliper disc brakes hydraulic mechanism目录摘要 (I)第一章绪论 (5)1.1前言 (5)1.1.1 制动系统的简介 (5)1.1.2 制动系统存在的问题 (6)1.2风力发电机制动系统研究现状及技术难题 (7)1.2.1国内外研究现状 (7)1.2.2 技术难题 (8)1.2.3 制动系统的技术要求 (8)1.3 本文主要研究内容 (10)第二章风力发电机制动系统 (11)2.1 风力发电机主要结构的介绍 (11)2.2 制动系统的组成 (12)2.2.1 空气制动机构 (13)2.2.2 机械制动机构 (15)2.2.3 风力发电机组的制动形式 (15)2.3 制动器介绍 (16)2.3.1 主轴制动器 (16)2.3.2 偏航制动器 (16)2.4 本课题的研究方向 (17)第三章主轴制动系统的研究 (18)3.1 制动器的结构形式选择 (18)3.1.1 鼓式制动器的结构形式 (19)3.1.2 盘式制动器的结构形式 (20)3.1.3 制动器结构的最终选择 (26)3.2 盘式制动器的结构 (26)3.2.1 制动器主要部件的结构 (27)3.2.2 制动器的工作原理及安装位置 (31)3.3 制动器静载荷接触分析 (31)3.3.1 制动任务 (31)3.3.2 制动力矩的推导及计算 (32)3.3.3 建立理论数学模型 (32)3.3.4 计算最大制动力矩和卡钳夹紧力 (37)3.4 制动器驱动机构的结构形式介绍 (40)3.4.1 制动源的分类 (40)3.4.2制动器的液压控制 (41)3.5 制动系统的实验验证方法 (45)第四章结论与展望 (52)参考文献 (53)致谢................................................ 错误!未定义书签。
2023-11-09contents •风力发电机组概述•变桨矩系统概述•变桨矩系统的主要部件•变桨矩系统的控制策略•变桨矩系统的优化与改进建议•变桨矩系统的应用与发展趋势目录01风力发电机组概述风力发电机组是一种将风能转化为电能的系统，由风轮、发电机、塔筒等主要部件组成。
定义具有可再生、清洁、无污染等特点，是绿色能源领域的重要组成部分。
特点风力发电机组的定义与特点风轮叶片在风的驱动下旋转，将风能转化为机械能。
风的捕获机械能的转化电能的输出风轮通过主轴将机械能传递到齿轮箱，再由齿轮箱将机械能转化为电能。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的工作原理0201分类根据风力发电机组容量、功率等级、转速等因素，可以分为恒速型、变速型等不同类型。
组成风力发电机组主要由风轮、发电机、塔筒、齿轮箱、控制系统等组成。
风力发电机组的分类与组成02变桨矩系统概述变桨矩系统定义变桨矩系统是一种用于控制风力发电机组功率输出的装置，它可以根据风速和发电机组运行状态，改变桨叶的桨距角，从而控制风能捕获量。
变桨矩系统特点变桨矩系统具有高精度、高可靠性、高效能等特点，它能够实现快速响应、平稳控制，确保风力发电机组在复杂风况下的稳定运行。
变桨矩系统的定义与特点变桨矩系统的作用与重要性变桨矩系统的作用变桨矩系统的主要作用是调节发电机组的功率输出，以适应不同的风速和负荷条件。
它可以通过改变桨叶的桨距角，控制风能捕获量，从而降低载荷、提高发电效率。
变桨矩系统的重要性由于风力发电机组面临的风况复杂多变，因此变桨矩系统的应用对于确保发电机组的稳定运行至关重要。
它不仅可以提高风能利用率，降低载荷，还可以延长发电机组的使用寿命。
变桨矩系统的组成变桨矩系统通常由变桨电机、减速箱、轴承、传感器等组成。
其中，变桨电机是驱动桨叶变桨的核心部件，减速箱用于将电机的转速降低到适合桨叶旋转的速度，轴承用于支撑桨叶并确保其灵活旋转，传感器则用于监测变桨系统的运行状态。
浅谈 2.0MW风电机组变桨电磁刹车损坏原因及改进措施摘要：近年来国内外风电行业发展迅速，风电机组的日常维护、消缺等问题也成了风电机组稳定运行的一项严峻挑战。
变桨电磁刹车作为变桨系统的唯一制动元件，对机组正常运行有着极其重要的意义。
本文通过一则故障实例，就变桨电磁刹车损坏原因及改进措施进行阐述。
关键词：风电机组、变桨、电磁刹车继电器、辅助触点、DC-DC模块7T1引言现代风力发电技术是涉及空气动力学、机械传动、电机、自动控制、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。
变桨技术是整个风力发电技术中的核心部分，变桨距机构的主要作用是调节桨距角以控制功率和风轮转速。
此外，在大风或停机时，变桨距机构要把叶片调整到顺桨位置以保护风力机。
根据国内风电机组的设计，变桨系统普遍采用的是各自独立的变桨执行机构，通过变桨执行机构进行制动控制。
变桨执行机构由超级电容（蓄电池）、伺服电动机、驱动器、减速齿轮箱、传感器、电磁刹车等部分组成。
一、变桨刹车系统的制动机构及原理1、变桨制动机构的组成变桨系统通过变桨电机拖动齿形带进行变桨动作，由于没有像偏航系统一样的液压制动系统，故唯一的制动方法便是电磁刹车制动。
制动系统包括：AC2，电磁刹车系统，5k1电磁刹车继电器、驱动器减速齿轮箱、DC-DC模块等。
电机主要参数：2、电磁刹车动作原理电磁刹车制动的原理比较简单：利用通电线圈产生的磁场吸引衔铁动作，使制动轮或衔铁与制动盘相互脱离；线圈断电后在弹簧的作用下释放衔铁，使制动轮或衔铁与制动盘相互摩擦实现制动。
3、变桨动作流程当变桨系统要进行变桨动作时，通过PLC发出变桨命令，AC2控制5k1电磁刹车继电器得电，则电磁制动线圈得电，吸引衔铁松开制动，然后变桨电机拖动齿形带进行变桨；当变桨停止时，5k1电磁刹车继电器失电，从而电磁制动线圈失电，衔铁被释放进行抱闸刹车。
二、变桨电磁刹车损坏的危害1、变桨电磁刹车继电器损坏，变桨电机无法松开刹车，变桨电机处于抱闸状态，变桨电机长时间处于运行状态，导致变桨电机电流急剧增加，极易造成变桨电机烧损及长时间运行对变桨电磁刹车机构造成严重磨损。
浅谈风电系统传动部分主轴、齿轮箱和联轴器摘要：风机主轴与齿轮箱、联轴器是一台风机传动系统中不可或缺的重要组成。
风机叶片随风转动时产生机械能，通过主轴转化给齿轮箱，再通过弹性联轴器传递到发电机。
关键词：风力发电传动结构常见故障应用风电机组主要由以下部件组成：风机叶片、轮毂、风机制动系统、偏航系统、发电机、变频器和变桨系统、控制系统等。
其中，传动系统组成较为复杂，其主要部件齿轮箱由于齿轮啮合长时间在恶劣环境下运转，出现故障的频率相对较高。
图1为风力发电机传动系统示意图。
图1 风力发电机传动系统1.传动系统结构传动系统将风叶旋转的机械能转给发电机，在发电机组（双馈发电机和直驱发电机）中转换为电能，并把风轮转动产生的载荷给塔架。
传动系统［1］主要由主轴部件、齿轮箱、联轴器等组成。
1.主轴部件风电机组中，主轴的一个主要作用是将风机叶轮因旋转摆动传递过来负载的作用，转换机械能传给风机齿轮箱，并将其余力矩传给塔架等。
主轴为低速旋转轴，在风电机组中有重要作用。
主轴由以下部分组成：支撑座，防护罩、密封系统，润滑系统、风叶锁紧销等部分组成。
1.齿轮箱齿轮箱设计时要求保证能够构造简便并且减轻质量。
根据各厂家风电机组要求，优化设计选项，合理采用相关参数、齿形设计，从而选择处一套最佳解决方案。
稳定可靠的齿轮箱部件需有良好的力学特征和在各种环境、温度下保持正常运行减少维护损失的能力，还有设计好相应的自动润滑系统、温度探测系统、冷却控制系统和监控系统以及需和不同风机厂家、不通风机类型的主控程序PLC能测试合格，这些都是制造一款合格齿轮箱的关键技术。
风机中齿轮箱［2］用于提高叶轮转换机械能的转速与发电机匹配。
风机一般可分为无齿轮箱直驱式和有齿轮箱增速两种。
在我国带有增速齿轮箱的风电机型较多是主流。
我国风机齿轮箱［3］主要由两种：一级行星两级平行轴、两级行星一级平行轴。
图2为上述两种主要形式的齿轮箱结构示意图。
a）一级行星+两级平行齿轮箱结构示意图1-转臂，2-太阳轴，3-中间轴，4-高速轴b）两级行星+一级平行齿轮箱结构示意图1-第一行星级转臂，2-第二行星级转臂，3-第二行星级太阳轴，4-高速轴图3两种主要形式的齿轮箱结构示意图风电机组传动系统最易出现故障的部位是齿轮箱［4］，由于齿轮箱内齿轮相互配合，在长期运行过程中，出现故障的频率相对较高。
风力发电变桨系统浅析摘要：变速变桨距风力发电机组目前已成为大型风力发电机组研发和应用的主流机型。
变桨距机构就是在额定风速附近,依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时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。
关键词：变桨、限位开关、羽状位置、变频一、变桨系统概述变桨控制系统实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。
变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节。
二、机械和电气部分1、变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。
从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。
如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。
2、变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。
通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
在90度迎角时是叶片的工作位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。
一般变桨角度范围为0～86度。
采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。
变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。
3、变桨控制系统有四个主要任务：（1）通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。
（2）当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶片转回到羽状位置（安全运行）。
（3）调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。
（4）通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。
浅谈水平轴变桨矩风电机组传动轴机械制动器选取
作者：王硕
来源：《科技资讯》2017年第20期
摘要：该文首先从空气动力制动、机械制动两个角度出发，对水平轴风电机组传动链制动系统的构成进行了分析，并对主动制动器和被动制动器的特点对比和风电机组对制动系统的要求以及机械制动器的主要作用展开了探讨，将主动式机械制动器在水平轴变桨矩风电机组中的应用优势进行了总结，希望对我国相关领域的全面发展起到了促进作用。
关键词：水平轴变桨矩风电机组传动轴机械制动器选取
中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0042-02
1 水平轴风电机组传动链制动系统的构成
1.1 空气动力制动
定桨距（失速型）机组在传统几百kW级风力发电机机组的典型代表，其拥有固定的桨叶角，扰流器被安装在叶尖，其在同液压缸活塞杆连接时，需要对不锈钢丝绳进行应用，液压缸活塞杆位于叶片根部，它们共同构成了空气动力制动机构。
正常运行状态下的风电机组，受动力源的推动，将会有效地融合叶片主体部分与叶尖扰流器，从而提升叶片的完整性。
如果风电机组在运行的过程中，应进行脱网停机操作是，将会失去动力源，在离心的影响下，扰流器将进行80°～90°的旋转，促进阻尼板的形成，由于轴最远端点是叶尖部分的主要位置，那么叶片在运行中将发挥杠杆的作用，促使气动阻力在扰流器中非常高，此时，尽管毫无磨损，风电机组的速度也将锐减，这就是所谓的空气动力刹车[1]。
风电机组在运行的过程中，典型的制动器就是叶尖扰流器。
而目前广泛使用的风电机组如果在MW级以上，其通常都是变桨距机组，它拥有可调节叶片桨矩角的特点，空气动力制动是在叶片顺桨的基础上实现。
此时“扰流器”是由整个叶片来充当，所以此时将产生更大的气动阻力，并形成良好的制动效果。
值得注意的是，作为一种失效保护装置，空气动力制动在定桨矩机组中，当叶片运动时，弹簧力、离心力在扰流器上会导致叶片主体上的叶尖扰流器产生相互脱离的状态，在释放动力源的过程中，扰流器会在故障激发以及主动激发的背景下而打开，导致叶片不会继续转动，因此其运行过程中的安全性有效提升。
同时，针对变桨矩机组来讲，在对一对一变桨控制进行应用的过程中，可以忽略故障叶片，而其他叶片能够实现安全顺桨，变桨驱动在备用电源系统的运行下，会确保安全顺桨在完全故障状态下实现[2]。
由此可见，故障安全设计被应用于变桨距机组和定桨距（失速型）机组中，尽管彻底中断了轮毂供电，也可以促使自动安全停机的现象产生于机组中。
1.2 机械制动
通常需要在齿轮箱高速轴上设置机械制动器，机械制动装置是由这一设备同制动动力设备、制动盘共同构成的。
从制动类型的角度来看，被动制动器、主动制动器两种类型产生于高速轴制定器中[3]。
也就是说，在将动力供应给主动制动器时，制动动作是在制动器卡钳闭合的过程中实现的，而被动制动器正好相反，制动动作是在动力供应撤除时实现，弹簧为制动动力组件，同空气动力制动相比，电机组传动链制动中机械制动处于次要地位。
2 主动制动器和被动制动器的比较分析
2.1 特点对比
在对主动制动器进行应用的过程中，其优点如下：在制造过程中所需的资金相对较少，可以进行便捷的维护和安装。
长期运行中的机组所消耗的成本相对较低等；但是其缺陷在于，机组断电时，制动功能在主动制动器彻底消失。
从整体上来看，主动制动器的优势，弥补了被动制动器的相关缺陷。
“失电安全”的含义为：第一，当给点工作正常时，其处于正常运行状态；第二，当断电现象产生于系统中时，动力电在液压由泵中丧失，无法再次有效建立系统压力，UPS负责供应电磁阀直流电，此时相关开关处于不动作状态；同时，压力在蓄能器中非常充足，可以促使其有效运行，通常情况下，可以持续运行2 d[4]。
UPS在将电供应给系统中以后，可以在主控程序的基础上促使制动器进行刹车动作；UPS持续进行电能的提供，在30 min以后，为满足主控程序动作时间奠定良好的基础。
2.2 风电机组对制动系统的要求及机械制动器的主要作用
在对风电机组进行构建的过程中，根据DS472和GL标准，要求制动系统必须拥有两套，且二者之间是相互独立的。
同时，根据这一标准，最少一套制动系统必须存在于风电机组中，其应在低速轴或风轮上，其中DS472明确规定空气动力制动系统是必不可少的[5]。
在实际对其进行应用的过程中，要求必须同时提供机械制动与空气动力制动，但是，如果独立的空气动力制动系统被应用于每个叶片中，同时，电网掉电时风力机在每个空气动力制动系统中都会减速，那么就不需要对机械制动器进行设计。
同时，机械制动器在运行的过程中，最大的作用就是促使风轮停止转动，也就是实现停车的目标，所以，风轮不会在空气动力制动的影响下而彻底停止运行。
因此，机械制动在风电机组中作为辅助制动设备，其拥有以下功能和作用。
第一，维护作业期间制动。
正常停机状态下的机组，空气动力刹车的实现需要对叶片顺桨进行充分应用，在实现刹车以后，空转状态成为叶轮的主要状态。
在锁定叶轮以后，如果需要工作人员进入轮毂，才可以对机械刹车进行启动，促使叶轮位于恰当的位置上，并确保有效动作产生于叶轮锁定装置中。
第二，辅助紧急制动。
通常情况下会形成两种紧急制动情况，一种是启动空气动力刹车系统后，促使机械刹车处于运行状态，几秒钟后，逐渐增加制动力，其在同气动刹车共同作用的背景下，可以促使停机状态产生于机组中；另一种是当多个故障产生于气动刹车系统中以后，那么机械刹车在紧急停机中将充分发挥复杂作用。
所以，制动器在运行的过程中，一个主要功能就是维护制动，辅助功能为紧急制动。
对于变桨矩机组来讲，三倍冗余由三叶片引起，“失电安全”的气动刹车在运行的过程中，可以促使可靠制动在机组中得以实现[6]。
高速轴制动器作为辅助设备，在运行中，可以实现对制动的维护，那么传动系齿轮箱在紧急制动的情况下就不会发生严重的损害。
由上述可知，在严格遵守IEC61400-1标准、GL规范和DS472的基础上，传动链制动系统中的机械制动器功能可以充分体现，同时主动和被动制动器的优势和劣势都能够得以充分体现，因此，最佳的选择是将主动制动器应用于变桨矩风电机组中。
3 结语
综上所述，同西方发达国家相比，我国的风电市场起步相对较晚，但是近年来的发展速度非常快，只有应用合理的水平轴变桨矩风电机组传动轴机械制动器，才能够促使我国产品在风电市场中的竞争力有所提升，为我国风电整机厂的全面发展奠定良好的基础，在这种情况下，该文通过分析对比，对主动式机械制动器在水平轴变桨矩风电机组中的优势进行了全面分析，希望能够对我国相关领域的全面起到促进作用。
参考文献
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[3] 潘志富，赵佃军，刘二军，等.浅析中小型水闸启闭机常见故障的解决对策及技术标准[J].水电站设计，2015，27（1）：115-117.
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