节处于手动模式时，可以实现每个叶片单独变桨，但每次只能有一个轴柜可以通过相应控制开关，使变桨电机在正、反方向旋转来调节桨距角；其它两个叶片桨距角必须处于90°位置，否则手动变桨功能失效。
（三）机组对变桨系统的要求
变桨系统工作环境恶劣，长期承受振动、高低 温的影响，维护困难，故要求其具有较高的可靠性。在一定桨距角下，风力机组俘获的风能与风速的三次方成正比，特别是在高风速段的变化，引起风力机组俘获风能变化极大。为了保证平稳控制功率，风力机组正常运行时要求变桨速度达到5°/s～ 7°/s。在风力机组出现故障需紧急停机时，原则上 要求在机械部件允许的应力下，变桨加速度和速度越快越好，在0.8s内从静止加速到最大速度 8°/s～10°/s。为保证功率控制的精度和稳定性，位置误差要求在0.1°以内。
由于桨叶在不同桨距角受到的气动应力不同，风力机组3个桨距角不同步将造成风轮的气动不平衡，严重时会对风力机组的安全运行造成影响。因此对3个桨叶位置定位精度及运动过程的同步性有一定要求，要求同步误差小于1.5°。
本质上讲，变桨系统是对同步性能有一定要求的三轴位置随动系统。
二、电动变桨
电动变桨是用电动机作为变桨动力，通过伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转，输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，带动桨叶进行变桨。
（一）电动变桨系统的机械结构
电动变桨系统以桨叶驱动系统（MDS）为例，MDS系统由三套独立的变桨装置组成，变桨系统如图（1）所示。系统由伺服电动机驱动器、蓄电池组、交流伺服电动机、制动电阻器、变速齿轮箱、旋转光电编码器、叶片角度编码器以及限位开关等部分组成。机械部分包括回转支承、减速机和传动装置等。减速机固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。伺服电动机带动减
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速机的输出轴小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的内环啮合，从而带动回转支承的内环与叶片，一起旋转，实现了改变桨距角的目的。某型电动变桨风机轮毂内部如图（2）所示，可以看到轮毂内部结构，回转支承的内环一圈为桨叶的安装孔，驱动齿轮与回转支承的内环上的齿相啮合
图1电动变桨系统驱动示意图
图2电动变桨风机轮毂内部结构图
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伺服电动机驱动器位于轮毂内，它由控制器和变频器组成，电源以及通信链路通过滑环与机舱内的风机控制系统相连。变桨系统正常工作时由三相230V交流电源为伺服电动机驱动器供电，为系统提供变桨动力。系统采用双闭环控制，通过伺服驱动器内置的两组PID调节器对电动机速度和桨叶角度进行控制。一个PID调节器利用与电动机同轴的旋转光电编码器的反馈值控制伺服电动机的速度和输出力矩，对交流伺服电动机进行空间矢量控制，以保证良好的动态响应以及足够机械特性硬度，使桨叶角度不受强劲变化的风力影响。另一个PID调节器利用与桨叶同步旋转的角度编码器的反馈值来控制桨叶的旋转角度，保证桨叶的定位精度。
通过公用通信数据链，在变桨距主控制器的监督下，三组桨叶能够实现高性能的同步机制，以保证桨叶角度能够严格同步.MDS控制器参数通过公用通信链对电动机温度、电源情况、限位开关及电动机刹车状态等多项参数进行监视，一旦出现故障立即将桨叶转动到安全位置。
（二）电动变桨的构成元件
电动变桨系统主要由变桨控制器、备用电源、 伺服驱动器和电机4个部分组成，图3示出较为常用的一种变桨系统（变桨系统结构示意图3）
图3电动变桨控制器结构框图
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1、变桨系统及备用电源
变桨控制器是变桨系统的中枢，负责与风力 机组控制器及伺服驱动器的通讯，以及温度检测与控制、集中润滑、配电管理、监控保护、安全链和人机交互等功能。从安全角度考虑，变桨控制器需在逻辑上保证在维护或者修理状态仅能有1个桨叶离开顺桨位置。
备用电源由储能元件和充电器组成。如图4所示，备用电源需在主电源发生停电故障时为系统供电，使电动变桨系统将桨叶从零驱动到90°的顺桨位置。绝大多数时间里备用电源备而不用，故3个储能元件共用1个充电器，轮换充电，以降低设备成本。
出于对工作环境的考虑，储能元件必须免维护、可倒置、随桨叶旋转时无漏液，且必须满足变桨系统对温度范围、寿命等方面的要求，通常采用蓄电池或者超级电容作为储能元件备用电源的容量是变桨系统能否顺利顺桨的关键，采用阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）作为储能元件时，其设计容量应满足3～5次顺桨的需要；采用锂电池作为储能元件时，其设计容量可比 VRLA适当减少；采用超级电容作为储能元件时， 其设计容量应满足1.5～2次变桨的需要
备用电源的容量是变桨系统能否顺利顺桨的关键，采用阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）作为储能元件时，其设计容量应满足3～5次顺桨的需要；采用锂电池作为储能元件时，其设计容量可比 VRLA适当减少；采用超级电容作为储能元件时， 其设计容量应满足1.5～2次变桨的需要
图4风机变桨系统后备电源
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回转支撑 变桨电机及减速器
图5电动变桨系统
2、变桨电机
电机（如图示6所示）是变桨动作的最终执行元件，其特性对变桨系统的性能有着重要影响。在变桨系统中，可采用的电机主要有4种：有刷直流电机、感应异步电机、无刷直流电机和永磁同步电机
感应异步电机结构简单、可靠性高、但体积稍大，适用于环境条件恶劣、不易维护但控制精度要求稍低的场合；无刷直流电机和永磁同步电机功率密度高、体积小、控制精度高，非常适用在对安装空间有严格要求的场合
直流电机控制简单、控制性能好，在变桨系统上取得了广泛应用。但是直流电机的电刷和换向器不仅降低了电机的可靠性，也增加了电机长度，对在轮毂这种狭小空间内的安装使用造成了不利影响。矢量控制技术解决了交流电机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统的性能可与直流伺服系统相媲美，而且总体成本更低。变桨系统中，有刷直流电机必定被交流伺服电机所取代。
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