助爬器电气设计浅析

2019-10-21杨晓艳张祖全

锦绣·中旬刊 2019年10期

杨晓艳　张祖全

摘要：现兆瓦级风力发电机组一般机舱高度在60米以上，由于結构所限，维护工作需要通过爬梯攀爬至机舱，既费时又费力，不利于维护工作的有效实施。目前可以广泛使用一种风电专用助爬器，它是一种安装在塔架爬梯上的助力装置，由驱动机构、吊绳、控制箱等几大部分构成。助爬器的使用能购减轻维护人员攀爬风机时胳膊和腿部的压力，减少攀爬风机的时间，降低由于疲劳导致危险事故的风险，节省维护人员的体力，提高工作效率。

关键词：助爬器;电气设计

1 引言

本文旨在说明助爬器控制系统的原理、参数、选型计算及工作过程等，是在初步设计方案确定后的进一步详细设计，指导图纸设计和器件选型及控制程序编制。

2 设计构想

●为了提高产品的竞争力，产品设计高起点、严要求：

●系统高可靠性：系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品。

●系统运行管理方便：简化操作程序，操作方便。

●安装维护：结构合理，安装简单方便，免维护设计。

●兼容性：无需改变风机爬梯的结构

●经济性：选用高性价比产品

3 主要参数

●运行环境温度：-30℃～+45℃

●极限环境温度：-45℃～+50℃

●海拔高度：≤2000m

●环境条件：盐雾、沙尘、振动、湿度不大于70%

●最大提升速度：≤37m/min

●最大返行速度：≤60m/min

●提升力：25kg至 55kg连续可调

●额定电压：单相220VAC

●额定功率：750W

4 助爬器结构组成

助爬器由驱动部分、转向部分、吊绳部分、控制部分、支撑部分组成。

驱动部分由一台减速电机、驱动滑轮构成，通过底部支架固定在爬梯的底部。转向部分由一个固定在爬梯顶部的转向滑轮构成。吊绳部分由一根环绕驱动滑轮和转向滑轮的钢丝绳构成。驱动部分、转向部分通过支撑部分固定在爬梯上。控制箱内的变频器保证马达提供给驱动绳轮一个合适的速度和转矩。控制箱与电机连线采用插接形式连接。（详见下图）

5 助爬器电气控制设计

助爬器控制系统由变频器、接触器、熔断器、加热器（低温型）、温控器（低温型）、电位器、按钮、指示灯等电气设备组成。控制系统原理图见下图。

●控制系统

控制系统采用先进的变频矢量控制技术，能全程提供平稳、恒定的输出力矩。控制策略为频率控制转矩限幅，即控制变频器的输出频率，从而达到调节电机转速和吊绳提升速度的目的。同时进行转矩限幅，限定输出转矩，安全保护。

●保护系统

电气保护。控制箱内设有熔断器，有效保护箱内电气元件;电机的过载堵转、过流、缺相等则通过变频器的保护功能实现。

工作安全保护。从助爬器工作角度考虑，保护功能主要体现在转矩限制和速度限制。转矩限制的目的是限定助爬器的提升力，使提升力始终小于人的体重，以免发生危险。速度限制的目的是防止出现过高频率或过低频率对设备和人身造成伤害。转矩限制和速度限制均靠调整变频器参数实现。

●制动系统

助爬器的运行模式为人动机动，人停机停。当需要停止时，只要人不再上爬，助爬器的提升力（一般为体重的70%）不能将人拉动，3S后变频器停止输出，电机停止运行。所以，助爬器无机械制动装置，也无电气制动配置，制动方式为自由停车。

助爬器电气原理图

参考文献

[1]GB/T 12350-2009.小功率电动机安全要求