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旋轉編碼器在風力渦輪機設計中的應用
發布時間:2013-05-28   點擊次數:1800次

  旋轉編碼器在風能產業中起著非常重要的作用,它提供了使用當前渦輪機中非常動態靈活的控制系統所*的高分辨率反饋。選擇合適的編碼器將能夠極大地增強系統以*功率輸出運行的能力,并使投資的回報zui大化。

  風力渦輪機中常用的3種類型的旋轉編碼器是增量型、型和混合型,其中每種技術都各有利弊。

  增量編碼器是單匝設備,在軸的每一周旋轉中都產生固定數量的脈沖。這種反饋類型的一個優點是它能夠實時響應軸轉速的變化,因此非常適用于跟蹤渦輪發電機的每分鐘轉速(rpm)。此外,它還具有應用范圍廣以及成本比其他類型更低的優點。

  增量編碼器可以用于控制葉片距和偏航角的變化,但是它無法保存位置數據。驗證和跟蹤葉片及發動機的相對位置將需要在控制系統設計中增加來自接近開關或霍爾效應傳感器的額外輸入當作參考點。

  值編碼器有單匝或多匝型,它是通過讀取光具盤或某種類型的磁力接收系統上的多個記錄來分辨軸向位置的。這種類型具有保存位置數據的能力,哪怕是控制系統斷電也可以。多匝型包括用于記錄軸轉動次數(到千位)的齒輪級,不再需要使用電池來保存位置信息。位置數據是直接讀取的,而不是以增量方式讀取,并且在上電后很快即可使用。

  型編碼器通過SSI、Profibus、DeviceNet或CANopen串行接口來提供位置反饋數據。這些接口可能會限制反饋位置數據的傳送速率,所以它不是實時的。因此,型編碼器不能夠用于跟蹤發電機速率。不過,這并不影響它被用于跟蹤變化較緩慢的發電機位置,也不影響被用于某些葉片距控制系統中。

  混合型編碼器有單匝或多匝型,它本身提供了增量型和型編碼器技術的優點。這為用戶提供了替換2個編碼器的潛在可能性,可降低成本和占用空間。這種類型的編碼器提供脈沖或正弦/余弦波形,非常適用于葉片距控制系統,因為它提供了轉速高達6000rpm的電機所需要的實時反饋,同時還能夠在系統斷電時保存的單匝或多匝位置數據。目前,有許多電機驅動已經增加了標準輸入,以便接收正弦/余弦波形反饋。有時,客戶可以獲得更高的電機效率。

  所以,并不是所有的旋轉編碼器都同等重要,當今的增量型、型和混合型編碼器設計中所用到的光學和磁學技術在不斷改進以增加分辨率,溫度范圍和耐用性。光學編碼器設計利用Opto-ASIC等新技術進行了改進,第二或第三代設計提供了更高的分辨能力,更快的工作轉速,并改善了工作溫度范圍。此外,Opto-ASIC通過電場可調分辨率、輸出驅動類型(TTL或HTL)和標記物寬度,使得用戶能夠對編碼器進行編程。

  金屬光具盤是另一個經過改進的重要編碼器部件,它使得編碼器能夠工作在惡劣的環境中,并提供了更高的分辨率。過去,增量型和型編碼器需要使用玻璃光具盤來實現更高的分辨率,但它降低了對震動和振動的抵抗能力。新出現的金屬光具盤將分辨率提升了6倍,無須使用電子乘法器,并具有更好的震動和振動性能。

  許多新型編碼器設計都減小了外殼的尺寸。但是,如果設計和建造不能達到高質量標準,那么所有這些技術改進和體積縮減都沒什么價值。例如,軸承的質量,裝配方式以及軸承之間的距離都將極大影響編碼器的壽命。相關閱讀《工業編碼器在各種行業中的應用》!

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