葉片角度校準方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種葉片角度校準方法和裝置。葉片角度的校準方法包括校準步驟，校準步驟包括：驅動葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件為止的葉片的運動行程，感應部件安裝在葉片的輪轂及葉片的軸承中的一個上，觸發(fā)部件安裝在輪轂及軸承中的另一個上；驅動葉片沿與第一方向相反的第二方向轉動，并且當感應部件再次感應到觸發(fā)部件后，控制葉片運動運動行程的一半時停止轉動。該葉片角度校準方法，校準快捷，校準精度高。
【專利說明】
葉片角度校準方法和裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組葉片角度校準設備領域，尤其涉及一種葉片角度校準方法和裝置。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電機組在工作時需要根據(jù)風力大小調節(jié)葉片角度，以使葉片能夠合適的對風面積，也即葉片變槳。在風力發(fā)電機組中設置有變槳系統(tǒng)。通常葉片上都設置有零刻度位置(即O度刻度線)，相應地葉片的輪轂上設置有初始刻度線(即物理零刻度位置)。在變槳過程中，變槳系統(tǒng)主要通過編碼器采集到的葉片角度來控制葉片轉動，以實現(xiàn)最大功率跟蹤、轉速恒定、停機收槳等功能。而采用此手段得到的葉片角度實際上就是以零刻度位置為參考值，計算出的角度。因此，葉片的零刻度位置的準確性對葉片變槳的精確控制而言十分重要。風力發(fā)電機組運行前，需要先將葉片零刻度位置與葉片的物理零刻度位置對齊，并在主控制器中將葉片角度設置為O度。
[0003]風力發(fā)電機組運行后，葉片零度位置如果不準確，會影響機組的“風速一功率”曲線，如果單軸葉片零度位置不準確，還會增大風力發(fā)電機組載荷。這時需要對葉片角度重新校零。
[0004]此外，在現(xiàn)有變槳過程中，編碼器測量葉片角度的范圍一般是-300度?300度，當葉片由于限位感測裝置失效，而轉到300度時，編碼器的測量角度會突然跳變?yōu)?300度，這時主控制器會將葉片沿開槳方向轉動，致使葉片實際角度和編碼器測量角度存在誤差。而且，如果限位感測裝置是由于接觸不良引起的失效，當其功能自動恢復后，葉片轉到限位感測裝置位置時，會無法再變槳，而沿順槳方向轉動，轉到葉片物理零刻度線位置時，葉片位置大約為-300+(360-300) =-240度，此時也需要對葉片進行重新校零操作。
[0005]目前葉片校零方法一般是人工校零，即需要工人爬上風力發(fā)電機組的機艙，進入輪轂，目測校零。其弊端是，一方面目測校零會存在較大的偏差;另一方面，鎖定風力發(fā)電機組葉輪的風輪鎖，尤其是對功率較大的Mff(兆瓦)級機組而言，往往需要多人配合。而在大風時或冬季，由于風力的作用或齒輪油冷凍的緣故，葉片盤車會極其困難，通常會耗費很長時間，嚴重影響風力發(fā)電機組發(fā)電量。隨著風力發(fā)電機組數(shù)量越來越多，其工作量巨大。
[0006]在一種風力發(fā)電機組的槳葉零點設定方法的專利中，通過設置檢測設備進行自動校準。其優(yōu)點是實現(xiàn)了零點位置自動校準，但由于其檢測設備，例如接近開關的感應觸發(fā)位置不一定是觸發(fā)裝置的中心位置，致使檢測設備被觸發(fā)后葉片的零刻度位置并未到達預定位置，所以精度不高。
[0007]而且，對于不同的變槳系統(tǒng)，葉片轉動范圍也不同，有的變槳系統(tǒng)葉片可以360度范圍內轉動;有的變槳系統(tǒng)葉片只能在小于100度的范圍內轉動，不能進行整周旋轉;有的變槳系統(tǒng)葉片只能在-5度?100度范圍內轉動。上述方法的槳葉零點設定方法對于不能360度旋轉的變槳系統(tǒng)不能實現(xiàn)校準功能。尤其是在葉片轉動范圍受限、或不知道葉片實際位置的情況下，會影響機組安全。而對于葉片能進行360度旋轉的變槳系統(tǒng)，當葉片位置為300度時，完成校準所需時間為(300-90)/0.5 = 420秒=7分鐘，耗時較長。此外，該方法在編碼器讀數(shù)異常(編碼器發(fā)生溢出跳變)的情況下，不能進行校準。且沒有考慮觸發(fā)限位感測裝置后，變槳系統(tǒng)信號丟失后無法變槳的情況。
[0008]現(xiàn)有技術中，在風力發(fā)電機組工作過程中，為了保障較高的發(fā)電效率，需要使葉片變槳，也就是調節(jié)葉片的角度，使其以合適的槳角迎風。因此，需要準確地確定葉片的角度。現(xiàn)有的葉片變槳系統(tǒng)中，采用編碼器讀取葉片的角度，并將數(shù)據(jù)傳輸給主控制器，使其控制葉片轉動實現(xiàn)變槳。此種變槳系統(tǒng)中，葉片角度確定方法通常是根據(jù)編碼器的讀數(shù)確定。若編碼器損壞，則需要額外設置接近開關，通過接近開關確定葉片角度。采用接近開關確定葉片角度時，由于接近開關的感應觸發(fā)位置不同，觸發(fā)時觸發(fā)接近開關的裝置與接近開關不一定中心對齊，造成校準精度不高的問題。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的實施例提供一種葉片角度校準方法和裝置，以解決現(xiàn)有的風力發(fā)電機組的葉片角度校準精度低的問題。
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種葉片角度的校準方法，其包括校準步驟，校準步驟包括:驅動葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件為止的葉片的運動行程，感應部件安裝在葉片的輪轂及葉片的軸承中的一個上，觸發(fā)部件安裝在輪轂及軸承中的另一個上;驅動葉片沿與第一方向相反的第二方向轉動，并且當感應部件再次感應到觸發(fā)部件后，控制葉片運動運動行程的一半時停止轉動。
[0011 ]進一步地，記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件為止的葉片的運動行程包括:記錄感應部件從開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件的時間段內軸承的運動速度以及時間長度;根據(jù)運動速度和時間長度計算并記錄運動行程;控制葉片運動運動行程的一半時停止轉動的處理包括:控制葉片在運動時間為時間長度的一半時停止。
[0012]進一步地，在驅動葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件為止的葉片的運動行程的處理之后，以及在驅動葉片沿與第一方向相反的第二方向轉動的處理之前還包括:在感應部件停止感應觸發(fā)部件后，驅動葉片沿第一方向繼續(xù)轉動預定的調整時間長度。
[0013]進一步地，方法還包括:在校準步驟之前，判斷編碼器的讀數(shù)是否在預設的正常讀數(shù)范圍內；編碼器用于檢測葉片的旋轉角度;若編碼器的讀數(shù)在正常讀數(shù)范圍內，則根據(jù)編碼器的讀數(shù)確定葉片的旋轉角度值;根據(jù)葉片的旋轉角度值確定感應部件與觸發(fā)部件之間的夾角，以及根據(jù)夾角確定第一方向。
[0014]進一步地，感應部件為三個，觸發(fā)部件為三個，三個感應部件間隔一定距離安裝在輪轂及葉片的軸承中的一個上，三個觸發(fā)部件間隔一定距離安裝在輪轂及軸承中的另一個上，方法還包括:若編碼器的讀數(shù)不在正常讀數(shù)范圍內，且葉片可以在360°范圍內轉動，則讀取三個感應部件的當前狀態(tài)，并根據(jù)當前狀態(tài)確定葉片的旋轉角度;驅動葉片轉動，直至三個感應部件的當前狀態(tài)改變，且至少一個感應部件被觸發(fā)，再通過校準步驟校準葉片的角度。
[0015]進一步地，若用于檢測葉片的旋轉角度的編碼器讀數(shù)不在預設的正常讀數(shù)范圍內，且葉片不能在360°范圍內轉動，在執(zhí)行校準步驟之前，方法還包括:判斷第一限位感測部件是否有效，若第一限位感測部件無效，則退出校準，若第一限位感測部件有效，則驅動葉片沿第一方向轉動，直至限位觸發(fā)部件觸發(fā)第一限位感測部件為止;限位觸發(fā)部件安裝輪轂及軸承中的一個上，第一限位感測部件安裝在輪轂及軸承中的另一個上;開啟旁路限位感測部件，驅動葉片沿第二方向轉動，直至感應部件感應到觸發(fā)部件為止;旁路限位感測部件與第一限位感測部件并聯(lián)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片角度校準裝置，其包括:配合動作的感應部件及觸發(fā)部件;感應部件安裝在葉片的輪轂及葉片的軸承中的一個上，觸發(fā)部件安裝在輪轂及軸承中的另一個上;葉片角度校準裝置還包括:與感應部件連接的主控制器，主控制器執(zhí)行上述的葉片角度校準方法。
[0017]進一步地，感應部件及觸發(fā)部件均為三個，三個感應部件間距安裝在葉片的輪轂及葉片的軸承中的一個上，三個觸發(fā)部件間距安裝在輪轂及軸承中的另一個上。
[0018]進一步地，三個感應部件分別為第一接近開關、第二接近開關和第三接近開關;三個觸發(fā)部件分別為第一位置擋塊、第二位置擋塊和第三位置擋塊；葉片上設置有O度刻度線，輪轂上設置有初始刻度線;第一位置擋塊與O度刻度線之間的夾角C等于45°，第二位置擋塊與第一位置擋塊之間的夾角e等于90°，第三位置擋塊與第一位置擋塊之間的夾角f等于135° ;第一接近開關與初始刻度線之間的夾角d為90°，第三接近開關與初始刻度線重合，第二接近開關與第一接近開關相差180°。
[0019]進一步地，各觸發(fā)部件的朝向感應部件的一面均為圓弧形，且與葉片的軸承同心；或者/并且，葉片角度校準裝置還包括旁路限位感測部件、配合作用的限位觸發(fā)部件與第一限位感測部件;限位觸發(fā)部件安裝在輪轂及軸承中的一個上，第一限位感測部件安裝在輪轂及軸承中的另一個上;旁路限位感測部件與第一限位感測部件并聯(lián)。
[0020]本發(fā)明的實施例的葉片角度校準方法可以使位置擋塊和接近開關準確對齊，進而保證對葉片角度的校準準確，避免了由于位置擋塊和接近開關工作誤差導致的校準不準確的問題。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的第一實施例的葉片角度校準裝置的結構示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的第一實施例的葉片角度校準裝置的一種葉片轉過一定旋轉角度值的結構示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的第一實施例的葉片角度校準裝置的另一種葉片轉過一定旋轉角度值的結構示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的結構示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過45°的結構示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過90°的結構示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過135°的結構示意圖；
[0028]圖8為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過180°的結構示意圖；
[0029]圖9為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過225°的結構示意圖；
[0030]圖10為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過270°的結構示意圖；
[0031]圖11為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準裝置的O度刻度線轉過315°的結構示意圖；
[0032]圖12為本發(fā)明的第一實施例的葉片角度校準方法的總流程圖；
[0033]圖13為本發(fā)明的第一實施例的葉片角度校準方法的具體流程圖；
[0034]圖14為本發(fā)明的第二實施例的葉片角度校準方法的具體流程圖。
[0035]附圖標記說明:
[0036]100、0度刻度線；104、第一接近開關；108、第二接近開關；109、軸承；110、輪轂；111、第三位置擋塊；112、第二位置擋塊；113、第一位置擋塊；114、限位觸發(fā)部件；115、第一限位感測部件;116、第三接近開關;120、接近開關;121、位置擋塊;122、初始刻度線。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖對本發(fā)明實施例的葉片角度校準方法和裝置進行詳細描述。
[0038]為了方便對葉片的O度位置進行校準，通常會在葉片上設置O度刻度線100，在輪轂110上設置初始刻度線122，葉片角度為O度時，O度刻度線100與初始刻度線122對齊。
[0039]實施例一
[0040]如圖1和圖12所示，在本實施例中，葉片角度校準裝置除包括主控制器外還包括安裝在葉片的軸承109和葉片的輪轂110中的一個上的感應部件、以及安裝在葉片的輪轂110和葉片的軸承109中的另一個上的觸發(fā)部件。主控制器通過下述的葉片角度校準方法校準O度刻度線100的位置。
[0041]本發(fā)明提供的葉片角度的校準方法，其包括校準步驟，校準步驟包括:
[0042]S100，驅動葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應觸發(fā)部件為止的葉片的運動行程。需要說明的是，此處的運動行程是觸發(fā)部件完全轉過感應部件的總行程。在本實施例中，感應部件為接近開關120，觸發(fā)部件為位置擋塊121，也就是說，該運動行程是指位置擋塊121從一側經(jīng)過接近開關120且觸發(fā)接近開關120—直持續(xù)到另一側結束觸發(fā)的臨界點的總行程。
[0043]S200，驅動葉片沿與第一方向相反的第二方向轉動，并且當感應部件再次感應到觸發(fā)部件后，控制葉片運動運動行程的一半時停止轉動。
[0044]通過該校準步驟可以確保校準后位置擋塊121停止的位置為運動行程的一半，也即處于接近開關120的中心線處，進而可以確保對葉片的O度刻度線100的位置校準準確。
[0045]具體地，在本實施例中，位置擋塊121與O度刻度線100之間具有夾角C，接近開關120與初始刻度線122之間具有夾角d。
[0046]該校準步驟的原理是:由于位置擋塊121與O度刻度線100之間的夾角c固定，接近開關120與初始刻度線122的夾角d固定，因此當位置擋塊121觸發(fā)接近開關120后(位置擋塊121的一部分位于接近開關120的感應范圍內)，即可確定O度刻度線100的位置，也即葉片角度。為保證準確性，先驅動葉片沿第一方向轉動并獲得位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的運動行程，再驅動葉片反向轉動，使位置擋塊121再次觸發(fā)到接近開關120后運動到運動行程的一半時停止，確保位置擋塊121與接近開關120對齊，進而保證葉片角度校準的準確度。
[0047]實施例二
[0048]如圖13所示，為了提高葉片角度校準效率，可以在校準步驟之前進行編碼器判斷步驟，根據(jù)編碼器判斷步驟的結果驅動葉片繞不同方向以不同速度轉動，以實現(xiàn)快速高效的校準。其中，編碼器用于檢測葉片的旋轉角度。
[0049]S300，判斷編碼器的讀數(shù)是否在正常的讀數(shù)范圍內。通常葉片變槳系統(tǒng)正常時，編碼器的讀數(shù)范圍在300度至-300度。若編碼器的讀數(shù)超出這一范圍則可以判定編碼器讀數(shù)不正常。
[0050]在本實施例中，針對編碼器讀數(shù)在正常的讀數(shù)范圍內的情形進行說明，在該情形下，執(zhí)行S410?S450的處理。編碼器讀數(shù)在正常的讀數(shù)范圍內則可依據(jù)編碼器的讀數(shù)判斷位置擋塊121的位置，進而直接驅動葉片轉動，實現(xiàn)校準。
[0051]如圖2所示，此情況下的過程原理為:編碼器讀數(shù)在正常范圍內時，葉片的角度在0°至91°之間。主控制器可以直接從編碼器讀數(shù)判斷葉片的O度刻度線100的位置，進而判斷位置擋塊121的位置。然后根據(jù)位置擋塊121的位置和接近開關120的位置判斷兩者之間的夾角b，再通過夾角b確定葉片的轉動時的第一方向，并通過校準步驟校準葉片的角度。
[0052]具體地，S410，主控制器從編碼器讀取葉片的旋轉角度值a，計算位置擋塊121(即觸發(fā)部件)與接近開關120(即感應部件)之間的夾角b。夾角b的計算根據(jù)旋轉角度值a和公式I確定。公式I為b = d-a-c。其中，d表示接近開關120與初始刻度線122之間的夾角，a表示葉片的O度刻度線100與初始刻度線122之間的夾角，c表示位置擋塊121與O度刻度線100之間的夾角。
[0053]S420，根據(jù)夾角b確定第一方向。此過程主要判定夾角b是否大于O度。若夾角b大于O度，則第一方向為葉片的順槳方向；若夾角b小于O度，則第一方向為葉片的開槳方向。
[0054]如圖2所示，位置擋塊121在初始刻度線122和接近開關120之間，夾角b大于O度，第一方向為葉片的順槳方向。如圖3所示，若位置擋塊121在接近開關120的遠離初始刻度線122的一側，則夾角b小于O度，第一方向為葉片的開槳方向。
[0055]確定葉片的轉動方向后，可以進行校準步驟。為了能夠準確地控制位置擋塊121的行程，在本實施例中，采用計時的方法確定位置擋塊121的運動位置，進而判斷其行程。
[0056]S430，驅動葉片沿確定的第一方向轉動，并記錄接近開關120處于被位置擋塊121觸發(fā)的狀態(tài)下位置擋塊121的運動速度和接近開關120的時間長度，根據(jù)運動速度和時間長度記錄運動行程。通常位置擋塊121從開始觸發(fā)接近開關120到停止觸發(fā)接近開關120其運動速度為勻速，若在這一過程中位置擋塊121的運動速度是變速運動則求時間長度內的平均速度，并根據(jù)該平均速度和時間長度得出運動行程。
[0057]優(yōu)選地，為了避開葉片開始轉動時的驅動葉片轉動的驅動電機的加速階段，確保位置擋塊121開始觸發(fā)接近開關120時葉片為勻速運動狀態(tài)，進而確保校準的準確性，在記錄接近開關120處于被位置擋塊121觸發(fā)的狀態(tài)下位置擋塊121的運動行程之后還包括:
[0058]S440，在接近開關120的觸發(fā)狀態(tài)停止后，驅動葉片沿確定的轉動方向繼續(xù)轉動預定的調整時間長度。這樣當葉片反向轉動再次觸發(fā)接近開關120時，其速度為勻速，由此避開葉片反向轉動時驅動電機的加速階段。
[0059]S450，驅動葉片沿與確定的轉動方向相反的方向轉動，當接近開關120再次被位置擋塊121觸發(fā)后，控制葉片在運動時間為時間長度的一半時停止，以使位置擋塊121運動運動行程的一半。
[0060]優(yōu)選地，在校準步驟中，驅動葉片轉動后，若經(jīng)過第一預設時間t3仍未觸發(fā)接近開關120，說明接近開關120失效，則報錯，以提醒工作人員進行檢測，以此提高檢測效率。通過記錄位置擋塊121的運動時間判斷位置擋塊121的行程，可控性好，準確度高。在該過程中，主控制器可以根據(jù)需要位置擋塊121轉動的行程和時間計算出位置擋塊121的運動速度，進而準確地控制位置擋塊121的速度為零的位置為運動行程的一半。
[0061]優(yōu)選地，當位置擋塊121觸發(fā)接近開關120時，其為勻速運動，這樣有助于更準確地得到運動行程和控制位置擋塊121的位置。
[0062]校準時，先驅動葉片沿順槳方向勻速轉動，當位置擋塊121觸發(fā)接近開關120時開始計時，直至位置擋塊121轉出接近開關120的感測范圍時停止計時，由此得到位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的總時間，再結合此過程中位置擋塊121的轉速可以得到接近開關120處于被位置擋塊121觸發(fā)的狀態(tài)下位置擋塊121的運動行程。之后使位置擋塊121繼續(xù)轉動調整時間長度。這樣做的目的是當葉片換向轉動時，驅動葉片轉動的驅動電機需要從O加速至勻速運動的速度，為了避免這一加速過程干擾校準的準確性，需要預留出加速的行程，以確保當位置擋塊121觸發(fā)接近開關120時其為勻速運動。當位置擋塊121運動調整時間長度后，驅動葉片沿與第一方向相反的方向運動，并使位置擋塊121的速度為前次觸發(fā)接近開關120的速度，且使其保持勻速，當其再次觸發(fā)接近開關120時開始計時，并當計時時間為觸發(fā)時間的一半時，使位置擋塊121停止(葉片停止的時間非常短)。此時位置擋塊121處于與接近開關120正對的狀態(tài)，也即中心線重合的位置，由此保證校準精度。
[0063]在本實施例中，位置擋塊121的朝向接近開關120的一面為圓弧形，且與葉片的軸承109同心。這樣設置的目的是確保位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的一面為軸對稱結構且均可觸發(fā)接近開關120，以保證校準的準確性。
[0064]當然，位置擋塊121的結構形狀可以為任意相對中心線對稱的形狀，只要保證其觸發(fā)接近開關120的總行程關于接近開關120的中心對稱即可。
[0065]需要說明的是，當葉片反向轉動，位置擋塊121再次觸發(fā)接近開關120時，位置擋塊121為勻速運動，為了確保準確性，使位置擋塊121可以準確地在運動行程的一半處停止，主控制器可以控制葉片在運動一段時間后開始減速，并最終當速度減為O時，位置擋塊121轉動了運動行程的一半，位置擋塊121的轉動時間為其觸發(fā)接近開關120的總時間的一半。
[0066]下面以位置擋塊121與O度刻度線100的夾角c為45°，接近開關120與初始刻度線122的夾角d為90°為例進行說明:
[0067]葉片的旋轉角度值正常時，根據(jù)位置擋塊121與接近開關120之間的相對位置，來判斷葉片的軸承109的轉動方向，以節(jié)省校驗時間。
[0068]如圖2所示，編碼器讀數(shù)在正常范圍內，葉片位置在正常范圍內(O度?91度)。當葉片的軸承109轉過一定角度時，O度刻度線100與初始刻度線122之間具有夾角a，即為葉片槳距角。由于此時編碼器讀數(shù)正常，所以此旋轉角度值在正常范圍內。此時，位置擋塊121與90°位置相對于葉片軸承109圓心的夾角為夾角13，根據(jù)計算可得出& = 90-3-45 = 45-3，當13>O時，說明位置擋塊121在O度?90度之間，則主控制器發(fā)出順槳命令，控制葉片軸承109以
0.5度/秒的速度順時針轉動至觸發(fā)接近開關120，開始進行校準步驟。
[0069]見圖3所示，當b〈0時，說明位置擋塊121在90度?180度之間，則主控制器發(fā)出開槳命令，控制葉片軸承109以0.5度/秒的速度逆時針轉動，以節(jié)省校驗時間。直至位置擋塊121觸發(fā)接近開關120，進行校準步驟。如果葉片的旋轉角度值a在40度?50度之間，接近開關120的信號一直未觸發(fā)，則認為接近開關120失效，需退出校準，提示人員進行檢查。
[0070]由于位置擋塊121為圓弧形，所以其開始觸發(fā)接近開關120后，其朝向接近開關120上的任何一點都能觸發(fā)接近開關120，而葉片軸承109轉速恒定，所以在主控制器內進行us級精確計時的情況下，計算圓弧形的位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的總時間，就能精確獲得位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的運動行程，進而可以對葉片位置進行精確校準。當位置擋塊121觸發(fā)接近開關120時，主控制器內部啟動定時器，開始計時，當位置擋塊121轉過接近開關120時，主控制器停止計時，并計算出位置擋塊121觸發(fā)接近開關120的時間長度，之后主控制器控制葉片軸承109繼續(xù)轉動調整時間長度后停止，以便在反向轉動時避開電機啟動時的加速階段，之后主控制器再控制葉片軸承109向相反方向轉動，當葉片軸承109觸發(fā)接近開關120時，主控制器再次計時，當轉過時間長度的一半時間時，葉片的軸承109停止轉動，此時O度刻度線100的旋轉角度值，即為準確的45度，可將此位置直接校驗為45度。[0071 ] 該方法可以內嵌在主控制器內，通過在界面設置自動校驗按鈕，實現(xiàn)主控制器自動觸發(fā)葉片零度位置校準功能。該校準過程在風機停機的情況下進行，且每次對一個葉片進行操作。根據(jù)風力發(fā)電機組特性即角度范圍的不同，可以自動執(zhí)行不同的校準程序。由此實現(xiàn)在編碼器讀數(shù)正常、葉片位置在正常范圍內(O度?91度)的情況下或在編碼器讀數(shù)異常、葉片位置不在正常范圍內且葉片可以360度旋轉的情況下或在編碼器讀數(shù)異常、葉片位置不在正常范圍內且葉片只能在有限范圍內旋轉等多種情況下，都能進行精準的葉片零度位置校準。
[0072]實施例三
[0073]在本實施例中，以編碼器損壞為例進行說明。在風力發(fā)電機組中，若編碼器損壞，則無法確定葉片的角度，需要先初步確定葉片的O度刻度線100的位置，再依據(jù)該位置對葉片角度進行精確校準。在確定葉片的O度刻度線100的位置時有兩種情況，一種是葉片可以360°旋轉，另一種是葉片無法進行360°旋轉。
[0074]如圖4和圖14所示，在葉片變槳過程中，為了限定葉片變槳的最大角度，在葉片的輪轂110上設置第一限位感測部件115(在本實施例中為第一限位開關)，在葉片的軸承109上設置有用于觸發(fā)第一限位感測部件115的限位觸發(fā)部件114(在本實施例中為限位擋塊)。為了避免干涉，確保葉片可以正常變槳和校準，沿軸承109的軸向，限位觸發(fā)部件114與位置擋塊121不在同一橫截面上。在本實施例中，在葉片的角度校準裝置中包括旁路限位感測部件(圖中未示出)，其與第一限位感測部件115并聯(lián)，當需要對葉片的角度進行校準時，接通旁路限位感測部件，短路第一限位感測部件115。
[0075]在本實施例中，第一限位感測部件115為95度限位感測裝置。也即其限制葉片變槳的最大角度為95°。
[0076]在葉片可以360°轉動的情況下，為了提高校準速度，在本實施例中，觸發(fā)部件為三個，其分別為第一位置擋塊113、第二位置擋塊112和第三位置擋塊111，第一位置擋塊113與O度刻度線100之間具有夾角C。感應部件為三個，分別為第一接近開關104、第二接近開關108和第三接近開關116，第一接近開關104與初始刻度線122之間具有夾角d。采用此種結構無論葉片的O度刻度線100處于何種位置，都可以快速定位，提高定位效率。
[0077]通過旁路限位感測部件短路第一限位感測部件115可以避免由于第一限位感測部件115接觸不良導致的短暫失效造成葉片無法360°旋轉的情況。此時可以進行后續(xù)處理。
[0078]采用此種結構的葉片角度校準裝置進行葉片角度校準時，本方法還包括:如果在S300，判斷編碼器的讀數(shù)不在正常的讀數(shù)范圍內，則執(zhí)行S510?S540或S510、S520、S550和S540o
[0079]S510，接通旁路限位感測部件，短路第一限位感測部件115，并讀取三個感應部件(即三個接近開關)的當前狀態(tài)，并根據(jù)當前狀態(tài)確定葉片的O度刻度線100的位置。
[0080]具體地，如圖4所示，夾角c等于45°，第二位置擋塊112與第一位置擋塊113之間的夾角e等于90°，第三位置擋塊111與第一位置擋塊113之間的夾角f等于135°，第一接近開關104與初始刻度線122之間的夾角d為90°，第三接近開關116與初始刻度線122重合，第二接近開關108與第一接近開關104相差180°。
[0081]需要說明的是，各位置擋塊之間的夾角大小、各接近開關之間的夾角大小可以根據(jù)需要確定，并不限于本實施例。
[0082]在讀取三個接近開關的當前狀態(tài)，并根據(jù)當前狀態(tài)判斷葉片的O度刻度線100的位置的原理是:如圖4至圖11所示，當葉片的O度刻度線100處于圖4所示狀態(tài)時，第一接近開關104、第二接近開關108和第三接近開關116的狀態(tài)依次是“010”其中，O表示未被觸發(fā)，I表示被觸發(fā)。當葉片O度刻度線100處于圖4至圖7的狀態(tài)時，第一接近開關104、第二接近開關108和第三接近開關116的狀態(tài)依次是 “010”、“100”、“001”、“010”、“100”、“011”、“000”、“101” ο在讀取三個接近開關的當前狀態(tài)后，可以將該當前狀態(tài)直接匹配，從而確定O度刻度線100的位置，進而確定其所處的角度范圍。
[0083]但由于上述狀態(tài)中存在的“000”這種無法判斷是接近開關失效還是處于圖10所示狀態(tài)，以及“010”這種重復而無法判斷具體角度的情況。因此，在根據(jù)當前狀態(tài)判斷葉片的O度刻度線100的位置的處理之前還需進行:
[0084]S520，判斷當前狀態(tài)是否為三個接近開關均未觸發(fā)的狀態(tài)(也即000的狀態(tài))或只有第二接近開關108被觸發(fā)的狀態(tài)(也即O1的狀態(tài))。
[0085]若當前狀態(tài)不是各接近開關均未觸發(fā)的狀態(tài)且不是僅第二接近開關108被觸發(fā)的狀態(tài)，則執(zhí)行S550:根據(jù)當前狀態(tài)直接確定葉片的O度刻度線100的位置范圍，再進行校準步驟。
[0086]若當前狀態(tài)為各接近開關均未觸發(fā)的狀態(tài)或僅第二接近開關108被觸發(fā)的狀態(tài)，則需要進一步確定葉片的O度刻度線的位置范圍。具體地，S530，驅動葉片轉動，直至第一接近開關104和/或第三接近開關116被觸發(fā)為止，并根據(jù)此時的三個接近開關的狀態(tài)確定葉片的O度刻度線100的位置范圍。若超過第三預設時間t5第一接近開關104和第三接近開關116均未被觸發(fā)，則判斷為故障。
[0087]此后，S540，確定葉片的O度刻度線100的位置后，為了確保檢測準確性和可靠性，驅動葉片轉動，直至三個接近開關的狀態(tài)與當前狀態(tài)不同，且至少一個接近開關被觸發(fā)，由此在判斷接近開關是否有效。若超過第二預設時間t4仍無接近開關被觸發(fā)，則判斷為故障。判斷接近開關有效后，可以以當前被觸發(fā)的接近開關和觸發(fā)其的位置擋塊進行校準步驟，以最終校準葉片的角度。
[0088]如圖4至圖11所示，葉片軸承109每轉動45°，三個接近開關的狀態(tài)就會發(fā)生變化。依據(jù)這些狀態(tài)變化，在編碼器讀數(shù)不在正常讀數(shù)范圍內，第一限位感測部件115失效的情況下進行校準的過程為:
[0089]首先主控制器接通旁路限位感測裝置，保證葉片可以自由旋轉。再讀取三個接近開關的信號狀態(tài)，如果不為“000”且不是“010”，則根據(jù)上述變化規(guī)律確定葉片位置。然后，主控制器以最大速度控制葉片軸承109轉動，直至下一個位置信號觸發(fā)后停止運行(即到達下一狀態(tài))，由此檢測除被觸發(fā)的接近開關外其余接近開關是否工作正常。如果10秒內沒有其余接近開關信號被觸發(fā)，則認為接近開關失效，需退出校準，提示人員進行檢查。
[0090]如果接近開關觸發(fā)正常，主控制器先控制葉片軸承109以0.5度/秒的速度順時針轉動，直到信號狀態(tài)為I的接近開關信號消失后，再以0.5度/秒的速度逆時針轉動，直到位置擋塊觸發(fā)再次該接近開關，開始計時，當位置擋塊轉出接近開關(即所選接近開關的信號變?yōu)镺)時，停止計時，并計算時間長度，之后繼續(xù)控制葉片軸承109轉動調整時間長度，以避開驅動電機啟動時的加速階段，之后再次以0.5度/秒的速度順時針轉動，當位置擋塊觸發(fā)接近開關時開始計時，到運動時間使時間長度的一半時停止，完成校驗。最后再根據(jù)三個位置擋塊的位置特性，判斷此時的旋轉角度值。之后主控制器控制葉片軸承109逆時針轉動，將葉片轉到90度位置。逆時針轉動是為了防止葉片順時針轉動，編碼器溢出后，旋轉角度值發(fā)生跳變。
[0091]當三個位置擋塊的信號狀態(tài)為“010”或為“000”時，主控制器控制葉片的軸承109向任意方向以最大速度轉動，當三個接近開關中一個的信號狀態(tài)出現(xiàn)I值，且不為“010”時，主控制器繼續(xù)以最大速度控制葉片軸承109轉動，直至下一個位置信號觸發(fā)后停止運行，由此檢測其余接近開關是否工作正常。如果10秒內沒有其余接近開關信號未觸發(fā)，則認為接近開關失效，需退出校準，提示人員進行檢查。如果接近開關觸發(fā)正常，再選定信號狀態(tài)為I的接近開關，重復上述校驗步驟，進行葉片位置判斷，之后主控制器控制葉片軸承109逆時針轉動，將葉片轉到90度位置。
[0092]在上述過程中，通過使用互成特定角度的三個接近開關與三個圓弧形位置擋塊，實現(xiàn)了三點定位，可以快速對葉片實際位置進行定位，從而實現(xiàn)葉片零度位置校準功能，校準速度快，約為20?40秒左右。同時在主控制器中，對位置擋塊觸發(fā)接近開關的時間進行精確計時，以保證零度位置校準的精度。校準功能不受葉片轉動范圍和葉片實際位置的影響，在編碼器讀數(shù)異常(編碼器發(fā)生溢出跳變)的情況下，也可以對葉片位置進行定位，從而實現(xiàn)零度位置校準功能。
[0093]若編碼器讀數(shù)不在正常讀數(shù)范圍內，且葉片不能在360°的范圍內轉動，則判斷第一限位感測部件115有效，并利用第一限位感測部件115進行快速定位。具體如下:
[0094]若第一限位感測部件115失效則退出校準。若第一限位感測部件115有效則進行后續(xù)步驟:
[0095]先驅動葉片沿第一方向轉動，直至限位觸發(fā)部件114觸發(fā)第一限位感測部件115。根據(jù)限位觸發(fā)部件114和O度刻度線100之間的關系可以確定O度刻度線100的位置范圍。之后開啟旁路限位感測部件，驅動葉片沿第二方向轉動，直至任一觸發(fā)部件觸發(fā)任一感應部件，若超過第四預設時間t6各感應部件仍未被觸發(fā)，則判斷為故障。在任一觸發(fā)部件觸發(fā)任一感應部件后，可以以被觸發(fā)的感應部件和觸發(fā)其的觸發(fā)部件進行校準步驟。
[0096]為保證準確性和快捷性，可以在驅動葉片沿第一方向轉動之前先判斷第一限位感測部件115的信號狀態(tài)是否為“I”，若是，則進行后續(xù)步驟，若不是，則表示故障，直接報錯。
[0097]當葉片只能在有限范圍內旋轉、且主控制器判斷編碼器讀數(shù)錯誤導致無法確定葉片實際位置時。具體校準過程為:主控制器切斷旁路限位感測裝置，并檢測第一限位感測部件115的信號狀態(tài)是否為I，如果為I，主控制器控制葉片軸承109以I度/秒的速度順時針轉動，直至觸發(fā)第一限位感測部件115后停止運行，以確認葉片位置，保證機組安全。之后主控制器接通旁路限位感測部件，以2度/秒的速度逆時針轉動，直至第一接近開關104(位于初始刻度線122與第一限位感測部件115之間的接近開關)的信號狀態(tài)變?yōu)镮后，再進行校準步驟，校準葉片位置。如果第一接近開關104在50/2 = 25秒內，第一接近開關104信號一直未觸發(fā)，則認為第一接近開關104失效，需退出校準，提示人員進行檢查。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片角度校準裝置，葉片上設置有O度刻度線100，葉片角度校準裝置包括主控制器、固定設置在葉片的軸承109和輪轂110中一個上的感應部件、以及固定設置在葉片的輪轂110和軸承109中的另一個上的觸發(fā)部件。主控制器通過上述的葉片角度校準方法校準并確定O度刻度線100的位置。采用該葉片角度校準裝置可以快速準確地定位葉片角度。
[0099]在本實施例中，感應部件為接近開關，其設置在輪轂110上，并與主控制器連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。觸發(fā)部件為位置擋塊，其設置在軸承109上，以隨葉片轉動。
[0100]優(yōu)選地，接近開關為三個，分別為沿軸承109的周向依次間隔設置的第一接近開關104、第二接近開關108、第三接近開關116，位置擋塊為三個，分別為沿輪轂110的周向依次間隔設置的第一位置擋塊113、第二位置擋塊112和第三位置擋塊111。葉片的輪轂110上還固定設置有與主控制器連接的第一限位感測部件115，葉片的軸承109上還設置有限位觸發(fā)部件114。該變槳系統(tǒng)的葉片角度自動校準裝置實現(xiàn)了風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)的葉片零度位置(O度刻度線)自動校準，且校準時間短，可減少人工和時間成本，降低發(fā)電量損失。該葉片角度校準裝置成本低、精度高、安全性高，不受葉片轉動范圍的限制，不受葉片實際位置的限制，在編碼器讀數(shù)異常(編碼器發(fā)生溢出跳變)的情況下，也能對葉片位置進行定位。同時，還可以檢測接近開關是否工作正常，以確保角度校驗的正確性，可大大降低現(xiàn)場運行工作量，且對智能型風機的發(fā)展有一定的促進意義。
[0101]本發(fā)明的葉片角度校準方法和裝置具有如下效果:
[0102]使用了三個接近開關與三個扇形位置擋塊，實現(xiàn)了三點定位，可以快速對葉片實際位置進行定位，從而實現(xiàn)葉片零度位置校準功能，校準速度快，校準時間約為20?40秒左右。同時在主控制器中，對位置擋塊觸發(fā)接近開關的時間進行精確計時，以保證零度位置校準的精度。且不受葉片轉動范圍，葉片實際位置的影響。同時，本發(fā)明中加入了與變槳系統(tǒng)的第一限位感測部件并聯(lián)的旁路限位感測部件，以保證葉片在轉動過程中限位觸發(fā)部件觸發(fā)第一限位感測部件后，也可以對葉片進行變槳操作。同時，還可以檢測接近開關是否工作正常，以確保角度校驗的正確性。其成本低，精度高，實用性強，安全性高，可大大降低現(xiàn)場運維工作量。
[0103]而且，該葉片角度校準方法和裝置可以實現(xiàn)變槳系統(tǒng)葉片位置的校零功能，且無需人工直接干預;在保證高精度，準確校準位置的同時具有接近開關信號自動查錯功能。
[0104]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種葉片角度的校準方法，其特征在于，包括校準步驟，所述校準步驟包括: 驅動葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應所述觸發(fā)部件為止的所述葉片的運動行程，所述感應部件安裝在葉片的輪轂(I 10)及所述葉片的軸承(109)中的一個上，所述觸發(fā)部件安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上； 驅動所述葉片沿與所述第一方向相反的第二方向轉動，并且當所述感應部件再次感應到所述觸發(fā)部件后，控制所述葉片運動所述運動行程的一半時停止轉動。2.根據(jù)權利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應所述觸發(fā)部件為止的所述葉片的運動行程包括: 記錄感應部件從開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應所述觸發(fā)部件的時間段內所述軸承(109)的運動速度以及時間長度； 根據(jù)所述運動速度和所述時間長度計算并記錄所述運動行程； 所述控制所述葉片運動所述運動行程的一半時停止轉動的處理包括: 控制所述葉片在運動時間為所述時間長度的一半時停止。3.根據(jù)權利要求2所述的校準方法，其特征在于，在所述驅動所述葉片沿第一方向轉動，并且記錄從感應部件開始感應到觸發(fā)部件起始一直到停止感應所述觸發(fā)部件為止的所述葉片的運動行程的處理之后，以及在驅動所述葉片沿與所述第一方向相反的第二方向轉動的處理之前還包括: 在所述感應部件停止感應所述觸發(fā)部件后，驅動所述葉片沿所述第一方向繼續(xù)轉動預定的調整時間長度。4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的校準方法，其特征在于，所述方法還包括: 在所述校準步驟之前，判斷編碼器的讀數(shù)是否在預設的正常讀數(shù)范圍內；所述編碼器用于檢測所述葉片的旋轉角度； 若所述編碼器的讀數(shù)在所述正常讀數(shù)范圍內，則根據(jù)所述編碼器的讀數(shù)確定所述葉片的旋轉角度值； 根據(jù)所述葉片的旋轉角度值確定所述感應部件與所述觸發(fā)部件之間的夾角，以及根據(jù)所述夾角確定所述第一方向。5.根據(jù)權利要求4所述的校準方法，其特征在于，所述感應部件為三個，所述觸發(fā)部件為三個，三個所述感應部件間隔一定距離安裝在所述輪轂(110)及所述葉片的軸承(109)中的一個上，三個所述觸發(fā)部件間隔一定距離安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上，所述方法還包括: 若所述編碼器的讀數(shù)不在所述正常讀數(shù)范圍內，且所述葉片可以在360°范圍內轉動，則讀取三個所述感應部件的當前狀態(tài)，并根據(jù)所述當前狀態(tài)確定所述葉片的旋轉角度； 驅動所述葉片轉動，直至三個所述感應部件的當前狀態(tài)改變，且至少一個所述感應部件被觸發(fā)，再通過所述校準步驟校準所述葉片的角度。6.根據(jù)權利要求1所述的校準方法，其特征在于，若用于檢測所述葉片的旋轉角度的編碼器讀數(shù)不在預設的正常讀數(shù)范圍內，且所述葉片不能在360°范圍內轉動，在執(zhí)行所述校準步驟之前，所述方法還包括: 判斷第一限位感測部件(115)是否有效，若所述第一限位感測部件(115)無效，則退出校準，若所述第一限位感測部件(115)有效，則驅動所述葉片沿所述第一方向轉動，直至限位觸發(fā)部件(I 14)觸發(fā)所述第一限位感測部件(I 15)為止;所述限位觸發(fā)部件(I 14)安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的一個上，所述第一限位感測部件(115)安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上； 開啟旁路限位感測部件，驅動所述葉片沿所述第二方向轉動，直至所述感應部件感應到所述觸發(fā)部件為止;所述旁路限位感測部件與所述第一限位感測部件并聯(lián)。7.—種葉片角度校準裝置，其特征在于，包括:配合動作的感應部件及觸發(fā)部件;所述感應部件安裝在葉片的輪轂(110)及所述葉片的軸承(109)中的一個上，所述觸發(fā)部件安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上； 所述葉片角度校準裝置還包括:與所述感應部件連接的主控制器，所述主控制器執(zhí)行權利要求1至6中任一項所述的葉片角度的校準方法。8.根據(jù)權利要求7所述的葉片角度校準裝置，其特征在于，所述感應部件及所述觸發(fā)部件均為三個，三個所述感應部件間距安裝在葉片的輪轂(110)及所述葉片的軸承(109)中的一個上，三個所述觸發(fā)部件間距安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上。9.根據(jù)權利要求8所述的葉片角度校準裝置，其特征在于，三個所述感應部件分別為第一接近開關(104)、第二接近開關(108)和第三接近開關(116);三個所述觸發(fā)部件分別為第一位置擋塊(113)、第二位置擋塊(112)和第三位置擋塊(111);所述葉片上設置有O度刻度線(100)，所述輪轂(110)上設置有初始刻度線(122); 所述第一位置擋塊(113)與所述O度刻度線(100)之間的夾角c等于45°，所述第二位置擋塊(112)與所述第一位置擋塊(113)之間的夾角e等于90°，所述第三位置擋塊(111)與所述第一位置擋塊(113)之間的夾角f等于135°;所述第一接近開關(104)與所述初始刻度線(122)之間的夾角d為90°，所述第三接近開關(116)與所述初始刻度線(122)重合，所述第二接近開關(108)與所述第一接近開關(104)相差180°。10.根據(jù)權利要求7所述的葉片角度校準裝置，其特征在于，各所述觸發(fā)部件的朝向所述感應部件的一面均為圓弧形，且與所述葉片的軸承(109)同心;或者/并且， 所述葉片角度校準裝置還包括旁路限位感測部件、配合作用的限位觸發(fā)部件與第一限位感測部件(115);所述限位觸發(fā)部件安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的一個上，所述第一限位感測部件(115)安裝在所述輪轂(110)及所述軸承(109)中的另一個上;所述旁路限位感測部件與所述第一限位感測部件(115)并聯(lián)。
【文檔編號】F03D7/00GK105840423SQ201610211432
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】馬磊, 李慶江, 盧勇
【申請人】北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司