【正文】 正面的壓力。這種安裝角沿葉片方向變化的葉片稱為螺旋槳型葉片，在實(shí)際風(fēng)力機(jī)中應(yīng)用較多。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從控制系統(tǒng)角度來(lái)看分為三個(gè)子系統(tǒng)：風(fēng)輪氣動(dòng)特性、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和發(fā)電機(jī)模型。 n一齒輪箱增速器的傳動(dòng)比。風(fēng)輪通過(guò)增速比為n的增速器連接到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg的發(fā)電機(jī)上，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生一反扭矩Te。m；風(fēng)輪軸角速度與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間關(guān)系由下式表示: （26） 變槳距控制理論研究 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距技術(shù)介紹風(fēng)力發(fā)電的失速功率調(diào)節(jié)方式和變槳距調(diào)節(jié)方式是收集和轉(zhuǎn)換風(fēng)能的兩種最主要功率調(diào)節(jié)方式。 變槳距功率調(diào)節(jié)技術(shù)則沒(méi)有上述缺點(diǎn)。 變槳距風(fēng)力機(jī)組的缺點(diǎn)是變槳距機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，增加了故障的可能性，控制系統(tǒng)也更加復(fù)雜，要求更高的技術(shù)水平，但是隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)得到較好的解決。 電機(jī)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用電動(dòng)機(jī)對(duì)槳葉進(jìn)行單獨(dú)控制，和液壓變槳距機(jī)構(gòu)相比，電機(jī)變槳距方案結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不存在非線性、泄漏、卡澀等現(xiàn)象。變槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)Cp與尖速比λ和槳葉的節(jié)距角β成非線性關(guān)系。從上圖可以得到兩點(diǎn)結(jié)論： (1)在節(jié)距角β不變的情況下，風(fēng)能利用系數(shù)存在極限值，此處為最大值Cpmax。在風(fēng)速低于額定風(fēng)諫時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率未達(dá)到額定功率，應(yīng)盡可能地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為輸出的電能。左右變動(dòng)。氣流對(duì)槳葉攻角為0176。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)氣流相對(duì)槳葉的攻角到達(dá)某個(gè)角度，作用在槳葉上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩超過(guò)葉輪啟動(dòng)所需要的力矩時(shí)，葉輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。 旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩的測(cè)量與控制有很多方法，最直接的方法是在被測(cè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測(cè)量轉(zhuǎn)矩的目的，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)矩，目前測(cè)量轉(zhuǎn)矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法。但最安全、最簡(jiǎn)單的測(cè)量方法是通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的功率和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式： （32）可以計(jì)算出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的控制。當(dāng)功率在額定功率一下時(shí)，與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，葉片槳距角為0176。 轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法使機(jī)器元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶或力矩叫做轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)矩。但是，當(dāng)軸上只受到一個(gè)扭矩的作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩和扭矩在數(shù)值上是相等的。最常用的測(cè)量扭矩的彈性元件是扭軸。 應(yīng)變測(cè)量原理旋轉(zhuǎn)軸扭矩的電測(cè)方法中，最簡(jiǎn)單可靠的方法是在被測(cè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測(cè)量轉(zhuǎn)矩的目的，目前國(guó)內(nèi)測(cè)量扭矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法。 應(yīng)變片在風(fēng)力機(jī)上的安裝位置應(yīng)變計(jì)的各組成元件的性能將直接影響電阻應(yīng)變計(jì)的各項(xiàng)特性。 應(yīng)變測(cè)量框圖 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，往往需要測(cè)量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。這種測(cè)速裝置體積小，使用方便、可靠，目前有許多機(jī)械設(shè)備都裝有測(cè)速發(fā)電機(jī)。也可以通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換器，將脈沖量轉(zhuǎn)換成0～10mA的電流量，以便通入光線示波器作記錄。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低或時(shí)，和風(fēng)速測(cè)量一樣，采用M法測(cè)量。此外，由于在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)在某一時(shí)刻的功率的突變，也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的突然增加或減小。設(shè)計(jì)采用的是由功率模塊PK6013采集功率信號(hào)、增量編碼器E6C2CWZ6C采集發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)速信號(hào)n2，根據(jù)運(yùn)算，并由PLC實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的控制。如果經(jīng)PLC判斷兩者滿足這種關(guān)系，則證明增速箱部分工作正常。一、主要技術(shù)參數(shù)： 輸入范圍 交流4565Hz電壓量程(相電壓):60V、100V、200V、250V、400V、500V (或按用戶制作要求)；電流量程:1A、5A、10A (或按用戶要求制作)。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90176。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電體。這個(gè)外殼在測(cè)量過(guò)程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測(cè)頭內(nèi)。 用能感知溫度變化的元件做成的開(kāi)關(guān)叫熱釋電式接近開(kāi)關(guān)。 當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對(duì)波源的距離發(fā)生改變時(shí)，接近到的波的頻率會(huì)發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。在安全防盜方面，如資料檔案、財(cái)會(huì)、金融、博物館、金庫(kù)等重地，通常都裝有由各種接近開(kāi)關(guān)組成的防盜裝置。本文接近開(kāi)關(guān)采用的是FRB8E1NK，供電電源是：10～30VDC，200mA?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制。操作員用手動(dòng)方式把軸移動(dòng)到某個(gè)目標(biāo)位置，模塊就知道了位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，之后可以編輯程序來(lái)改變速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使運(yùn)動(dòng)平滑。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。在下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。您可以利用這些擴(kuò)展模塊完善CPU的功能。由于本文轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法采用的是間接測(cè)量法，轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)與控制還很不精確，只是模糊的控制某個(gè)區(qū)域。因此，轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)還有很大的研究與發(fā)展空間。改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)矩突變和超功率時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和安全性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩檢測(cè)與控制的研究成果可應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。然而，也必須看到目前國(guó)內(nèi)研究水平還比較低，投入的科研力量還十分欠缺，因而對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組扭矩測(cè)試和分析的研究仍是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。張富全老師在課題研究階段，精心指導(dǎo)、認(rèn)真講解設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的各種困難，在這里我向張老師表示真摯衷心的感謝！此外，還感謝匯全集團(tuán)的趙智剛工程師和程建邦工程師及電氣的所有老師的指導(dǎo)與幫助。其次，基于轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)進(jìn)行風(fēng)力機(jī)載荷測(cè)試，可檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，計(jì)算疲勞壽命和強(qiáng)度；第三，轉(zhuǎn)矩控制分析結(jié)論和轉(zhuǎn)矩檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為其提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐；最后，轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)可為故障診斷和控制提供重要依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的研究十分欠缺，本文設(shè)計(jì)可以為其提供簡(jiǎn)單的參考。，完成了以下工作：設(shè)計(jì)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)與控制方案；根據(jù)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)要求完成了相關(guān)測(cè)量元器件的選型，使參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確、可靠、快速，更好的滿足工程測(cè)試的要求；參與了現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)采集和傳感器安裝工作；4；基于西門子S7200可編程控制器，完成了轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的軟件編制。目前，國(guó)外大部分采用的都是直接檢測(cè)，而國(guó)內(nèi)還未曾應(yīng)用。 S7200的擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊類型數(shù)字量模塊輸入8DC輸入8AC輸入16DC輸入輸出4DC輸出4繼電器8繼電器8DC輸出8AC輸出混合4DC輸入/4DC輸出8DC輸入/8DC輸出16DC輸入/16DC輸出32DC輸入/32DC輸出4DC輸入/4繼電器8DC輸入/8繼電器16DC輸入/16繼電器32DC輸入/32繼電器模擬模塊輸入4模擬輸入8模擬輸入4熱電偶輸入2RTD輸入2RTD輸入輸出2輸出4模擬輸出混合4模擬輸入4模擬輸出智能模塊位置調(diào)制解調(diào)器PROFIBUSDF以太網(wǎng)以太網(wǎng)IT其他模塊ASISWIAREX MS1本設(shè)計(jì)采用的模擬量擴(kuò)展模塊是EM235，4個(gè)模擬量輸入，1個(gè)模擬量輸出。 s7200的技術(shù)指標(biāo)特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸（mm）908062908062806214080621908062程序存儲(chǔ)器：可在運(yùn)行模式下編輯：不可在運(yùn)行模式下編輯：4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048小時(shí)2048小時(shí)8192小時(shí)10240小時(shí)10240小時(shí)掉電保護(hù)時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O數(shù)字量模擬量6入/4出——8入/6出——14入/10出——14入/10出2入/1出24入/16出——擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊1高數(shù)計(jì)數(shù)器單相兩相4路30KHz2路20KHz4路30 KHz2路20 KHz6路30 KHz4路20 KHz4路30 KHz2路200 KHz3路20 KHz1路100 KHz6路30 KHz4路20 KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz模擬電位器11222實(shí)時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 RS4851 RS4852 RS4852 RS4852 RS485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有I/O映像區(qū)256（128入/128出）布爾指令執(zhí)行速度0．22us/指令本設(shè)計(jì)采用的是CPU224的s7200編程軟件，14個(gè)輸入口，10個(gè)輸出口，可以帶7個(gè)擴(kuò)展模塊。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。從硬件結(jié)構(gòu)來(lái)看，它也有中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等， 。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，當(dāng)每個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。（6）功能完善。（2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。接近開(kāi)關(guān)主要用途 接近開(kāi)關(guān)在航空、航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波接近開(kāi)關(guān)、微波接近開(kāi)關(guān)等。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)。這種接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。增量編碼器E6C2CWZ6C： E6C2CWZ6C編碼器實(shí)物圖 接近開(kāi)關(guān)一、　 增量式編碼器特點(diǎn)： 增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無(wú)限累加和測(cè)量。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。二、通訊輸出： 功率模塊的通訊輸出 三、典型接線示意圖 功率模塊的典型接線圖四、PK6013三相電參數(shù)采集模塊引腳定義： 功率模塊的引腳定義 增量式編碼器按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。 各模塊的的工作原理 功率模塊 PK6013模塊是一智能型電參數(shù)采集模塊,可測(cè)量三相電流、電壓的真有效值,有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，其輸出為RS485數(shù)字信號(hào):有三相電壓、電流、有 功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)。輸出停機(jī)信號(hào)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)與控制可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。此方法周期固定為1秒鐘