图6电动变桨电机
3、伺服驱动器
伺服驱动器根据变桨控制器发过来的指令， 驱动电机旋转，通过减速器后带动桨叶旋转，完成对桨叶角度的随动控制。变桨系统通常采用位置环、速度环、电流环的三闭环控制方式。按照位置环闭环位置的不同，伺服驱动器功能可分为位置伺服控制和速度伺服控制两类
图7速度伺服控制环框图
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图7示出速度伺服控制环框图。由伺服驱动器完成速度伺服功能时，变桨控制器向伺服驱动器发出速度指令，并实时统一协调，以此保证变桨系统的同步。该控制方式下，伺服驱动器接口少，功能要求较低。
图8位置伺服系统环框图
图8示出位置伺服控制环框图。由伺服驱动器完成位置伺服功能时，出于对3个桨叶变桨同步性的考虑，变桨控制器向伺服驱动器同时发出位置指令和速度指令，即以指定的速度到达指定位置。该控制方式下，各部件间功能耦合少，连接简单，但对伺服驱动器功能要求较高。
与大多数伺服系统不同，考虑到风力机组的安全，变桨系统伺服电机的D端均安装有刹车盘。在风力机组正常运行时，刹车盘处于松开状态，不对运行产生任何影响；当由于机组故障或者电网失电等原因，风力机组停止运行、桨叶在顺桨位置时，刹车盘处于刹车状态，防止桨距角因风漂移或其他原因桨叶误动。
（三）电动变桨系统的工作过程
风机在运行和暂停模式下，桨叶连续变桨。连续变桨时伺服驱动器通过通信总线接收主控制器的变桨命令，输出一个较低频率的电压使伺服电动机低速转动，通
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过齿轮箱带动桨叶缓慢进行变桨，变桨速度可低至0.01°/s，只要改变变频器输出电压的相序，就能够改变伺服电动机的转向，通过电动机的正、反转使桨叶向90°或者0°方向连续变桨。桨叶的极限位置由与回转支承啮合的位置传感器内部的90°和0°两个行程开关来决定，从而保护桨叶角度不会超过安全范围。
风机在停止和紧急停止模式下，风机将全顺桨。全顺桨时伺服驱动器通过通信总线接收主控制器的变桨命令，由变频器输出一个较高频率使伺服电动机高速转动，通过齿轮箱带动桨叶快速顺桨，一般采用电动变桨的系统的风机全顺桨时桨叶速度可达15°/s，使桨叶快速转到90°。为了克服桨叶高速转动时惯性的影响，防止变桨速度过快，在变频器直流母线上设置了制动电阻，当桨叶快速转动时，交流伺服电动机的转速将超过同步转速，电动机处于再生制动状态，变频器直流母线电压将上升，产生的能量将消耗在制动电阻上，从而为电动机提供制动力矩，为桨叶提供阻尼作用。风机在停止状态时，桨叶在90°位置上的定位则由一组电磁制动器来控制。
在风机失电的情况下，紧急变桨的动力由一组蓄电池组来提供的，蓄电池组并联在变频器的直流母线上，平时通过充电器浮充以保持充足的功率，一旦系统失电，蓄电池组立即不间断的为变频器的直流回路供电，由变频器驱动交流伺服电动机迅速使桨叶全顺桨
三、液压变桨
电—液伺服变桨又称液压变桨，变桨系统由电动液压泵为工作动力，液压油为传递介质，电磁阀（比例电磁阀）作为控制元件，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。
（一）液压系统变桨的液压回路结构
液压变桨系统以vcslas公司的v80型风机为例，变浆距伺服控制系统的原理框图如图9所示。变浆距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。轮毂控制器与主控制器通过ARCNET总线通信，浆距参考值由主控制器通过通信总线给定，由轮毂控制器进行变桨控制
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运算。轮毂控制器根据起/停机信号、风速以及风机的输出功率进行变桨控制。
图9变浆距伺服控制系统的原理框图
它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成。 桨叶与轮毂之间通过一个四点球轴承在整流罩内进行连接，使桨叶可以进行轴向运动，液压油缸一端固定在轮毂支架上，另一端可伸缩的活塞杆连接在桨叶根部轴承的外圆切线上，这样活塞杆的直线运动能够转化为桨叶的圆周运动，风机的变桨角度为-5°-90°。
液压系统由各种液压元件组成。液压元件可分为动力元件、控制元件、执行元件和辅助元件。动力元件将机械能转换为液体压力能，如液压泵。控制元件控制系统压力、流量、方向，以及信号转换和放大。作为控制元件的主要是各类液压阀。执行元件将流体的压力装置能转换为机械能，驱动各类机构，如液压缸。辅助元件为保证系统正常工作除上述元件外的装置，如邮箱、过滤器、蓄能器、管件等。
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（二）液压变桨系统的工作过程
图10液压执行机构简化原理图
风机在运行和暂停模式下，桨叶进行连续变桨。
叶片向-5°方向旋转时：电磁阀YV1、YV2、YV3和YV4通电，液压比例阀交叉连接端线圈通电（P与B、A与T连通），液压油经泵P—止回阀V1—旋转接头—止回阀V3—电磁阀YV4—比例阀2V3的P_B端—止回阀V5—到油缸的B端，推动油缸活塞杆右移，液压油从油缸A端—电磁阀YV3—比例阀2V3的A_T—回到油箱。
叶片向90°方向旋转时：电磁阀YV1、YV2、YV3和YV4通电，液压比例阀直接连接端线圈通电（P与A、T与B连通），液压油经比例阀2V3的P_A端—电磁阀YV3到油缸的A端，液压油从油缸B端—止回阀V8—电磁阀YV4—回到压力管，由于油缸A端的活塞面积大于B端，因此活塞杆将向左移。
风机在停止和紧急停止模式下，风机将全顺桨
液压变桨系统在全顺桨时桨叶由一组常开型紧急变桨电磁阀YV1、YV2来控制，电磁阀的特征是完全打开或完全关闭，它使液压回路中的流量迅速增加，以实现快速顺桨作业。由于此时液压泵为停止状态，液压系统的备用动力来自于液压回路中数个充有氮气并预加压至14.3MPa的蓄压器。全顺桨时，电磁阀YV1、YV2、YV3和YV4均失电，液压油从蓄压器Z3压出—经流量控制阀V7—电磁阀YV2—止回阀V6到达油缸的A端，液压油从油缸的B端流出，经电磁阀YV1—带控制端的流量阀V9—回到油箱。
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