隨著人們對可再生能源利用價(jià)值認(rèn)識的提高，以及風(fēng)電機(jī)組制造、控制和其它相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電在近十幾年來的發(fā)展非常迅速。與此同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量和風(fēng)電場的總裝機(jī)容量也不斷增長，因此風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用率和安全運(yùn)行問題也越來越受到人們的關(guān)注。

電感式接近傳感器在偏航系統(tǒng)中能夠很好地控制偏航角度和偏航旋轉(zhuǎn)方向，這大大提高了風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用率，在安全運(yùn)行方面電感式接近傳感器在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制中起到了重要作用。

接近傳感器工作原理

1 概述

接近傳感器可以在不與目標(biāo)物實(shí)際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標(biāo)物。其特點(diǎn)為：非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標(biāo)物的損壞；無觸點(diǎn)輸出，操作壽命長；即使在有水或油噴濺的苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測；反應(yīng)速度快；小型感測頭，安裝靈活；在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。

2 原理

電感式接近傳感器主要是利用金屬導(dǎo)體和交變電磁場的互感原理。能使磁場衰減的金屬材料會產(chǎn)生渦流，這樣會使磁場能量衰減，并且減小振幅。在電感式接近開關(guān)里這樣的變化就會使相應(yīng)的輸出電平翻轉(zhuǎn)。

電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。內(nèi)部原理見圖1。

圖1 接近傳感器內(nèi)部原理圖

接近傳感器在風(fēng)機(jī)偏航中的應(yīng)用

1 偏航系統(tǒng)簡介

風(fēng)機(jī)的偏航系統(tǒng)是水平軸式兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一，它主要功能如下：（1）偏航系統(tǒng)能夠根據(jù)風(fēng)向變化隨時(shí)調(diào)整機(jī)艙使葉輪對準(zhǔn)風(fēng)向，使風(fēng)輪始終處于對風(fēng)狀態(tài)；（2）具備偏航制動(dòng)功能，提供必要的鎖緊力矩，保障風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行；（3）當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于偏航作用，連接機(jī)艙與塔筒內(nèi)及塔下電氣設(shè)備之間的電纜會發(fā)生扭轉(zhuǎn)纏繞，纏繞嚴(yán)重可損壞電纜，當(dāng)纏繞到一定程度時(shí)，偏航系統(tǒng)可自動(dòng)解纜。即當(dāng)向某個(gè)方向累計(jì)偏航達(dá)到720度，控制系統(tǒng)會啟動(dòng)自動(dòng)解纜程序，避免電纜因過度扭絞發(fā)生危險(xiǎn)。

2 接近傳感器在風(fēng)機(jī)偏航中的應(yīng)用原理

風(fēng)電機(jī)組偏航運(yùn)行時(shí)序大概簡介如下：通過風(fēng)傳感器檢測風(fēng)向，并將檢測到的風(fēng)向信號送至主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)計(jì)算出風(fēng)向與機(jī)艙位置的夾角，從而確定是否需要調(diào)整機(jī)艙方向以及朝哪個(gè)方向調(diào)整能盡快對準(zhǔn)風(fēng)向。

當(dāng)需要調(diào)整方向時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)出信號給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，從而達(dá)到對準(zhǔn)風(fēng)向的目的。在此偏航過程中，接近傳感器輸出信號給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)以此判斷偏航旋轉(zhuǎn)方向并并計(jì)算偏航角度。當(dāng)對風(fēng)結(jié)束后，偏航電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，偏航過程結(jié)束。

我們依據(jù)現(xiàn)場安裝條件及偏航大齒圈的轉(zhuǎn)速，選擇適宜的接近傳感器。選擇時(shí)注意頻率匹配，所檢測目標(biāo)的頻率要低于接近傳感器的最大感應(yīng)頻率，同時(shí)所檢測目標(biāo)的材料要在接近傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)。

2個(gè)接近傳感器安裝在偏航軸承大齒圈外側(cè)，調(diào)整背緊螺母可以調(diào)整接近傳感器和偏航齒圈頂之間的距離。安裝時(shí)應(yīng)使接近傳感器感應(yīng)面與齒輪平面相垂直，如圖2所示。

圖2 接近傳感器安裝圖

被測量齒圈的金屬齒輪、齒槽等運(yùn)動(dòng)部件經(jīng)過接近傳感器的前端，引起磁場的相應(yīng)變化而使得接近傳感器輸出脈沖信號不同，主控系統(tǒng)通過采集脈沖信號計(jì)算偏航角度并控制機(jī)組偏航不超過720度，防止電纜過度纏繞。通過一左一右兩個(gè)接近傳感器發(fā)出的信號，主控系統(tǒng)可以判定偏航系統(tǒng)的偏航旋轉(zhuǎn)方向。

接近傳感器上面有一個(gè)指示燈，當(dāng)有信號輸出時(shí)，這個(gè)指示燈就會亮，當(dāng)接近到一定距離時(shí)，觀察指示燈是否亮，如果指示燈亮說明此傳感器能正常工作。

接近傳感器在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制方面應(yīng)用

1 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過高的危害

風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈包括主軸組件、齒輪箱、連軸器、制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)。風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)經(jīng)主軸傳到齒輪箱，經(jīng)齒輪箱將低速軸速度轉(zhuǎn)變成更高的發(fā)電機(jī)速度。

風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率隨著風(fēng)速的提高而增加，但是風(fēng)速過高會導(dǎo)致風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過高和發(fā)電機(jī)超負(fù)荷。大風(fēng)情況下，風(fēng)機(jī)還容易造成飛車失控危及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制顯得尤為重要。

2 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制原理

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中我們可以利用接近傳感器感測低速軸轉(zhuǎn)速，如果感測低速軸轉(zhuǎn)速過高則報(bào)警，然后剎車。

在齒輪箱低速軸處安裝接近傳感器，低速軸縮緊盤上有一定數(shù)量的螺栓，當(dāng)有螺栓面靠近接近傳感器感測面時(shí)，接近傳感器就會發(fā)出脈沖信號給過速繼電器， 過速繼電器將此脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量后，傳給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)判定齒輪箱低速軸的轉(zhuǎn)子速度，當(dāng)速度超過設(shè)定值時(shí)，將會引起機(jī)組停機(jī)，保證機(jī)組運(yùn)行安全。

過速繼電器是一種脈沖評估系統(tǒng)。它從低速軸處的接近傳感器接收脈沖，測量脈沖時(shí)間間隔，計(jì)算輸入頻率。將此值與設(shè)定的開關(guān)點(diǎn)比較，根據(jù)設(shè)定參數(shù)開啟輸出。集成的頻率-電流轉(zhuǎn)換器將輸入頻率轉(zhuǎn)換為模擬信號。控制原理如圖3。

圖3 控制原理圖

（1、低速軸處的接近傳感器；2、風(fēng)力發(fā)電站；3、塔上控制柜中PLC模塊；4、過速繼電器模擬輸出。）

結(jié)束語

本文介紹了電感式接近傳感器在偏航系統(tǒng)中控制偏航角度、偏航旋轉(zhuǎn)方向以及在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制中的應(yīng)用。

電感式接近傳感器其優(yōu)點(diǎn)是溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高 高可靠性 壽命長有良好的抗沖擊性和抗震性，由于安裝使用方便，通用性好，已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為彭曉蘭、時(shí)連斌。