前言:陸上和海上風力發(fā)電機通常都會使用十多個能正確完成任務并耐受極其嚴酷的環(huán)境條件的傳感器。

風力發(fā)電機不僅曝露于自然環(huán)境中，而且必須在最惡劣的條件下絕對可靠地運行。即使在運行20或30年后，人們仍然希望它們能夠在任何天氣中保持最佳的運行狀態(tài)，提供最高的經(jīng)濟效益，并具有最短的停機時間。要實現(xiàn)這些目標，需要采用精密的具有安全和性能可靠性的傳感器技術。增量式傳感器和測速發(fā)電機起著主要作用，它們必須同時滿足可靠性和耐用性方面的苛刻要求。陸上和海上風力發(fā)電機通常都會使用十多個能正確完成任務并耐受極其嚴酷的環(huán)境條件的傳感器。

如同風力發(fā)電機在尺寸、性能和結構上的有所不同，對其所用傳感器的要求也多種多樣。如果希望在該市場取得成功，就必須考慮風機制造商和業(yè)主在結構、維護和運行方面的不同需求。堡盟廣泛的產(chǎn)品系列融合了堡盟豐富的技術知識和多年的專業(yè)經(jīng)驗，能充分滿足以上要求。堡盟集團運動控制產(chǎn)品部門可為風能行業(yè)中的各種應用提供滿足當前及未來要求的合適產(chǎn)品（圖1a、圖1b）。

圖1a：十多個編碼器和測速發(fā)電機在確保風力發(fā)電機安全可靠、經(jīng)濟高效和長期穩(wěn)定地運行方面具有不可忽視的作用。

圖1b：一站式解決方案：多年以來，堡盟與著名風力發(fā)電機制造商密切合作，精心開發(fā)定制解決方案。其廣泛的產(chǎn)品選擇幾乎可以滿足任何應用要求。

轉子速度和位置反饋

為了確保風力發(fā)電機實現(xiàn)頂級性能和最佳效率，必須根據(jù)風力、風向調節(jié)轉子速度。用于監(jiān)測轉速的增量式傳感器可直接安裝在轉子輪轂上或者安裝在風力發(fā)電機的傳動系統(tǒng)上，用以獲取當前的轉子速度，并將信息傳輸至主控制器。

絕對值編碼器可隨時提供轉子位置反饋，其最大分辨率為17位，并常常采用并聯(lián)增量通道來獲得冗余速度反饋。更多的高性能產(chǎn)品還包括HDmag系列新型無軸承磁編碼器，這些編碼器也能精確地完成發(fā)電機反饋任務。憑借極其緊湊的結構設計，它們在安裝過程中允許較大的軸向和徑向容差。用于高度動態(tài)應用的無軸承編碼器可直接安裝在快速旋轉的發(fā)電機軸上，在20年時間中需完成25,000,000,000多圈。這顯然超出了球軸承的能力。最大通孔直徑為740mm的編碼器直接安裝在輪轂上（圖6）。無軸承編碼器每轉產(chǎn)生500,000多個脈沖，憑借這一高分辨率它們可以精確采集相對較低的轉子轉速。

圖6：最大通孔直徑為740mm的無軸承增量式或絕對值編碼器直接安裝在轉子輪轂上。

轉子葉片定位：給絕對值編碼器提出的挑戰(zhàn)

轉子葉片的槳距角是風力發(fā)電機發(fā)電效率的關鍵。為了最大限度地利用不同風向的風力，轉子葉片的迎風面必須與風向保持一致。由于在斷電時絕對值編碼器（圖3）也能保存位置值，并在冗余發(fā)電機重新啟動時作為參考循環(huán)，因此它們是位置反饋的首選產(chǎn)品。

圖3：轉子葉片變漿控制：對采用SSI、CANopen或任何其它現(xiàn)場總線接口以及以太網(wǎng)技術的絕對值編碼器提出的完美挑戰(zhàn)。

絕對值編碼器可采用通孔和軸型設計。它們集成在槳距系統(tǒng)中，并在偏航機構的作用下隨同每個轉子葉片移動，從而實現(xiàn)了冗余測量。通過可選的SSI、CANopen、Ethernet或其它現(xiàn)場總線接口，所采集的數(shù)值被傳輸至風力發(fā)電機的主控制器。

用于發(fā)電機反饋的編碼器

發(fā)電機轉速是風力發(fā)電場運行的重要因素：首先是確保穩(wěn)定的電網(wǎng)供電，其次是在超過最高轉速極限時使風機緊急停止。實踐證明，對這些應用而言，增量式編碼器是一種可靠的選擇。由于超速開關可作為超出速度閾值時的緊急停止觸發(fā)器（圖4），增量式編碼器可與之配合使用，在發(fā)電場的盈利能力和運行安全方面起著關鍵作用。

圖4：由于超速開關可作為超出速度閾值時的緊急停止觸發(fā)器，增量式編碼器或測速發(fā)電機可與之配合使用，在發(fā)電場的盈利能力和運行安全方面起著關鍵作用。

通孔直徑在150mm以內的重載編碼器產(chǎn)品可提供最高每轉10,000個脈沖。例如，HOG131編碼器系列的特點是具有出色的抗振性和極佳的耐候性，是適合在高鹽分空氣和惡劣海上環(huán)境中應用的完美產(chǎn)品（圖2）。

圖2：例如，HOG131編碼器系列的特點是具有出色的抗振性和極佳的耐候性，是適合在高鹽分空氣和惡劣海上環(huán)境中的應用的完美產(chǎn)品

軸型編碼器采用特殊密封，以滿足堅固性要求。憑借集成的防雷保護裝置、-40°C至+100°C的工作溫度以及特殊的表面保護，即使在極限條件下也能確保可靠的運行。集成的狀態(tài)監(jiān)控功能（圖5）可用作故障預警系統(tǒng)，從而大大降低了發(fā)生意外故障的風險。由于潛在錯誤在定期維護過程中得以消除，從而避免了因傳感器故障而造成不可容忍的發(fā)電場停機時間。

圖5：通過集成的狀態(tài)監(jiān)控功能（EMS–增強監(jiān)測系統(tǒng)）進一步增強安全性：由于潛在錯誤在定期維護過程中得以消除，從而避免了因傳感器故障而造成不可容忍的發(fā)電場停機時間。

機艙運動控制：絕對值多圈編碼器實現(xiàn)精確定位

為了最佳地利用主導風以確保風力發(fā)電場的發(fā)電效率最高，機艙必須旋轉并與當前風向保持一致。所謂的方位角定位需要同時獲取旋轉方向和位置。該任務通常由絕對值多圈編碼器（圖7）通過光感應或磁感應來完成。緊湊的結構、極高的抗沖擊和抗振動能力以及極廣的工作溫度范圍，確保絕對值多圈編碼器具有長期的可靠性。堡盟提供的擁有專利保護的編碼器解決方案可耐受最高500G的持續(xù)沖擊影響，并采用電絕緣軸有效防止軸電流的影響。

圖7：精確的機艙運動控制：對于所謂的方位角定位，必須同時獲取旋轉方向和位置，這通常采用絕對值多圈編碼器來完成。

我們提供廣泛的產(chǎn)品選擇，包括標準化產(chǎn)品和定制解決方案，并充分考慮陸上和海上應用中所需分辨率和接口、現(xiàn)場安裝條件以及耐用性和牢固性方面的要求，以適應每一個風力發(fā)電機特定的技術和結構特點。

滿足嚴格的安全要求的堡盟編碼器系列包括大批不同機械結構的絕對值和增量式編碼器（圖8），它們均符合SIL3（IEC62061）和PLe標準（ENISO13849-1）。

圖8：滿足嚴格的安全要求的堡盟編碼器系列包括大批不同機械結構的絕對值和增量式編碼器（圖8），它們均符合SIL3（IEC62061）和PLe標準（ENISO13849-1）

圖9：令人印象深刻的風力發(fā)電機需要大量可靠的傳感器，確保長期、高效、安全的可再生能源供給。