王绍铭++史家铭

摘 要：在现代风力发电机组中按发电机不同的发电原理可以分为两大类，一类是双馈机组，一类是距永磁直驱同步发电机组。在现代风机技术不断发展进步的过程中，永磁直驱同步发电机组技术不断成熟，在风力发电领域应用也不断增加。永磁直驱同步发电机组中大多采用电变桨系统，所以旋转编码器成为检测变桨系统叶片角度的重要元器件。本论文主要介绍了旋转编码器的作用，在风电场现场有关旋转编码器多种故障的原因，以及处理办法。

关键词：旋转编码器；变桨系统故障；柔性连接

中图分类号： TN762 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-136-2

0 引言

在永磁同步风力发电机组中，电变桨系统作为功率控制的核心部分已经在大量风机的运行中得到实践和检验。在电变桨矩的风力发电机组中，风机能否正常实现变桨功能是风机正常运行的重要保证。以某型永磁直驱同步发电机组为例，在生产现场经常报旋编跳变故障，发生叶片未能收回到正常位置的情况。针对这一故障本文就故障判断、处理方法及改进意见做了分析。

1 旋转编码器

1.1 旋转编码器的概述

光电旋转编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，近10年来，在数控机床、光电经伟仪、高精度闭环调速系统伺服中得到了广泛的应用，尤其是在风机当中最为普遍。

1.2 旋转编码器在风机变桨系统中的应用

变桨系统就是在风机达到额定功率时，主PLC（可编程逻辑控制器）依据风速的变化，发出控制命令通过总线端子控制器调节变桨电机的转速，从而调节三个桨叶的桨距角，经旋转编码器回馈给主控，保证风机正常运行。旋转编码器对于监测和检测整个变桨角度起了重要的作用。

1.3 旋转编码器的分类

根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

①增量式，是直接利用光电转换原输出三组方波脉冲A、B和Z相：A、B两组脉冲相位差90度，从而可方便地判断出旋转方向，而相为每转一个脉冲，用于基准点定位。

②绝对式编码器：是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上透光和不透光扇形区相间组成，相邻码道扇区数目是双倍关系，在码盘一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件。根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

③混合式绝对值编码器：它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。

2 旋转编码器以及周边链接电子元件电路图介绍

2.1 旋转编码器数据采集模块

数据采集模块（SSI传感器接口端子）电源由SSI接口提供，接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取数据以字的形式传送到控制器的过程映像区中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。

2.2 异步电机逆变器功能和原理

逆变器代表了当今最为先进的技术使用IMS功率模块、Flash内存，微处理器控制等。本文与旋转编码器连接只用了D5和D3两个引脚，为旋转编码器送来的两路正交编码信号。

2.3 某型风力发电机旋转编码器电控原理图（图1）

如图1所示，旋转编码器1、2、3、4、6、7引脚与传感器接口模块相接。由感器接口模块直接给旋转编码器提供电源， 信号采集器把采集来的信息直接传输给主控制器，由主控制器传输给主控系统。

图中只有D3和D5两个引脚连接到旋转编码器，D3引脚是旋转编码器自已诊断故障，并把数据转输给逆变器。D5引脚是旋转编码器采集的位移直接传送给逆变器。

3 风电场生产现场某型风电机旋转编码器故障的分析及其处理方法

3.1 风机变桨位置传感器故障（图2）

上图为某型风机变桨系统旋转编码器故障后由后台调出故障文件后生成的桨叶角度变化图，横轴为时间，纵轴为3支桨叶角度。该型风机有两种情况报此故障。

分析：联轴器，是一个柔性连接在旋编和电机之间能传递力矩并使之成为一个整体轴系的对轮。在风机正常的情况下作用是保持电机转速和旋编同步，以便旋编检测数据传输到主控。从风机故障解释文件中，我们可以知道风机运行过程中：

故障原因：

①当叶片角度大于5度，持续100毫秒0度接近开关输出高电平信号，风机报此故障。

②当叶片角度小于3.5度时，持续100毫秒0度接近开关输出低电平信号，风机报此故障（0度接近开关大于5度时不能有输出，小于3.5度时必须有输出，否则风机报故障）。

③旋编码器受到外界电磁信号干扰，可对旋转编编码器重新机械清零。处理完成后发现和实际位置有偏差2度到3度左右，旋转编码器检测的角度跟接近开关检测的角度不一样，接近开关是机械保护，它的优先权大于旋转编码器。机组在检测到角度只能相信接近开关，所以更换旋转编码器。

以上原因排除后即可检查旋转编码器联轴器，若新更换旋编未发现松动，则可能是联轴器松动导致。图3是一个柔性连接在旋编和电机之间能传递力矩并使之成为一个整体轴系的对轮。在风机正常的情况下如图3所示作用是保持电机转速和旋编同步，以便旋编检测数据传输到主控。

当柔性连接不正常时，电机转速与旋编会出现偏差，如图4所示，导致风机监测角度与实现角度不相符。也验证了为什么机械清零时，与实现刻度会差2度左右。也就是说0度接近开关大于5度时不能有输出，小于3.5度时必须有输出，但是由于联轴器的影响实际刻度与旋编检测的刻度不相同，导致风机报变桨安全链故障。

3.2 风机变桨转速比较故障

风机处于运行状态下，三个叶片同在69度之后，3号叶片向87度方向收回，没有发现旋编跳变现象。风机处于运行状态下，并且叶片位置角度小于86度，叶片进行变桨过程，持续2.5秒钟，叶片即时角速度与变桨速度设置值相减的差值大于2.5，风机报此故障，执行紧急停机过程，禁止自动复位。

分析：该故障触发桨外部安全链OK信号，机组报变桨速度比较故障。

故障原因：

①相关继电器接线松动导致该故障；

②主控制器未接到相关继电器反馈信号触发安全链；

③叶片实际角度偏差大约2.5度/SSHI ，风机报变桨速度比较故障同时触发该故障。

4 总结

由上文可以看出，旋转编码器作为传感器的一种，在风机变桨控制系统中起着信号采集的作用，特别是在测量速度、角度、位置等方面，其精确性和稳定性大大提高了系统运行质量。但是有旋转编码器所产生的故障，分析其故障原因也是多种多样的。在现场实际处理故障中，要充分理解电控原理图的基础上还要考虑机械原因，对系统有了充分的了解才可以做到故障排查循序渐进，逐步找到故障原因。只有真正找到故障的根源，才能保证系统安全稳定地运行。

参 考 文 献

[1] KUBLER旋转编码器说明.