1. Состав компонентов

Система управления шагом лопастей является критически важной подсистемой ветроэнергетических установок, отвечающей за регулирование угла установки лопастей относительно ветра (то есть угла шага) в зависимости от динамических факторов, таких как скорость ветра и требования к выработке электроэнергии. Эта система обеспечивает точное управление скоростью вращения и выходной мощностью. Основные компоненты системы включают:

• Приводной двигатель системы шага лопастей (Pitch Motor): Непосредственно приводит во вращение лопасти, осуществляя регулировку их угла.
• Редукторный узел: Преобразует высокоскоростной и низкомоментный вход в низкоскоростной выход с высоким крутящим моментом, соответствующий требованиям по регулировке угла лопастей.
• Контроллер и датчики: Принимает команды регулировки от основной системы управления и обеспечивает обратную связь по углу и скорости с помощью энкодеров.
• Аварийный источник питания / накопительное устройство: Позволяет двигателю установить лопасти в безопасное положение (например, перьевое положение) в случае отключения питания или неисправности.
• Подшипники поворота корня лопасти и система крепления: Обеспечивает стабильное соединение между выходом двигателя и вращением лопасти.

2. Принцип работы

Во время работы ветровой турбины система управления постоянно собирает данные о скорости и направлении ветра, а также о нагрузке на энергосеть. Затем с помощью алгоритмов рассчитывается оптимальный угол шага лопастей. После получения команд на регулировку приводной двигатель шага лопастей запускается и через редуктор медленно и точно вращает лопасти, изменяя их угол относительно ветра.При слишком высокой скорости ветра или остановке турбины система шага также поворачивает лопасти в перьевое положение (минимальный угол подветра), чтобы снизить аэродинамическое сопротивление и предотвратить повреждение конструкции турбины. Весь этот процесс требует высокой скорости реакции, большого крутящего момента и точного управления для обеспечения безопасной и эффективной работы турбины.

3. Ключевая роль двигателей в системе

Приводной двигатель шага лопастей является ключевым исполнительным элементом этой системы, и его требования к характеристикам крайне высоки:

• Высокий крутящий момент: Должен преодолевать сопротивление лопастей в экстремальных условиях, вызванных ветровыми нагрузками, при этом крутящий момент обычно составляет от 100 до 500 Нм и даже выше.
• Высокая надёжность конструкции: Так как турбины часто работают в удалённых районах, двигатель должен иметь степень защиты IP65 или выше, а также быть устойчивым к низким температурам и высокой влажности.
• Точное управление положением: Обычно двигатель должен быть оснащён энкодерами или многооборотными датчиками угла с точностью позиционирования до ±0,1° для обеспечения стабильного выхода.
• Защита при отключении питания: В случае отключения питания или сбоя системы управления двигатель шага лопастей должен иметь возможность использовать аварийный источник питания для выполнения операции перевода лопастей в перьевое положение и предотвращения повреждений конструкции.
• Устойчивость к ударам и коррозии: Двигатель должен быть адаптирован к суровым условиям, таким как прибрежные, горные и холодные районы, с повышенными требованиями к прочности конструкции и защитным покрытиям.

4. Индивидуальные решения для электродвигателей

В ответ на высокие требования к крутящему моменту, надёжности и безопасности управления, предъявляемые системой управления шагом лопастей ветровых турбин в суровых климатических условиях, мы рекомендуем сервомоторы постоянного тока с синхронными постоянными магнитами серии GPG-PTM220. Эта серия отличается конструкцией с высокой плотностью магнитного потока, номинальный крутящий момент составляет 350 Нм, а пиковый — 550 Нм, что делает её подходящей для регулировки шага лопастей ветровых турбин мощностью от 1,5 до 5 МВт. Мотор интегрирован с высокоточным многооборотным абсолютным энкодером (23 бита), обеспечивающим точность обратной связи по углу ±0,05°, эффективно поддерживая динамическое регулирование мощности и быструю реакцию торможения.

В части передачи движения мотор соединяется с промышленным планетарным редуктором GPG-PLX, отличающимся малым люфтом, высокой жёсткостью и высокой эффективностью передачи, что обеспечивает плавное регулирование угла лопастей. Учитывая, что система управления шагом лопастей эксплуатируется в суровых природных условиях, таких как сильный солевой туман и ветровые песчаные нагрузки, моторная система имеет степень защиты IP67. Подшипники и корпус обработаны специальными антикоррозийными покрытиями, а внутренние обмотки используют изоляционные материалы класса H, что позволяет стабильно работать при температурных колебаниях от -40°C до +70°C.

Кроме того, система оснащена аварийным модулем привода GPG-UPS90, который позволяет турбине немедленно переключаться на резервный источник питания в случае отключения электроэнергии или возникновения неисправности, выполняя операцию перевода лопастей в перьевое положение для защиты. Это комплексное решение широко применяется в морских и наземных ветровых проектах такими компаниями, как China Huaneng и Goldwind Technology, обеспечивая надёжную поддержку высокоэффективных, интеллектуальных и безопасных систем выработки ветровой энергии.