浅谈BaumerHuebner(堡盟)编码器在风机主电机的应用

• 关键词：堡盟,编码器,风机主电机
• 作者：堡盟电子（上海）有限公司 屠纪明
• 摘要：堡盟集团是一家总部设在瑞士的国际领先的传感器和系统制造商，堡盟的编码器在风机上用于主发电机的速度反馈已有多年的应用经验，世界上主流的风机制造商无不例外的首选和使用堡盟的编码器。而编码器在风机里是一个相当重要的传感器部件，它的可靠性影响了供电的质量。所以本文将重点谈谈如何为风机发电机配置最适合的编码器。

　　当前由于全球能源供应紧张，由此造成的环境问题也日渐突出，单风能具有储量大，分布广泛，清洁务无污染等特点，由此发展风力发电成了全世界各国能源界的共识。
　　我们国家也不例外，国家早在三年前就制定了相关政策支持和鼓励发展我们国内的风电建设及风电装备制造。在这样的政策的指引下，国内的风电建设和装备制造发展的如火如荼，由其这两年装机容量更是以差不多100％的速度递增，造就了一大批的风机设备生产厂商，据不完全统计，至08年底，在国内的本地和外资风机生产企业已超过60家。这其中外资企业有很多本身的技术优势，这些企业已发展多年，在本国乃至全世界已有相到多的风机开发，组装，调试，运行经验。我们国内风机企业大部分是购买许可证，引进，消化吸收阶段。往往国外的风机技术在设计时只考虑了他们本国或本地区的气候，安装和使用条件，而我们国家幅原辽阔，东西和南北的气候和使用条件有很大差别，这就造成了国外运行好好的风机在国内风厂上有时故障频频，原因当然是多方面的，其中一个重要原因是安装了不适合应用的关键零部件。
　　堡盟集团是一家总部设在瑞士的国际领先的传感器和系统制造商，堡盟的编码器在风机上用于主发电机的速度反馈已有多年的应用经验，世界上主流的风机制造商无不例外的首选和使用堡盟的编码器。而编码器在风机里是一个相当重要的传感器部件，它的可靠性影响了供电的质量。所以本文将重点谈谈如何为风机发电机配置最适合的编码器。  
　　搞风力发电的大家都知道，主流风机通常有直驱和双馈两种，我们国内比较成熟的有850千瓦和1.5兆瓦的风机，目前已经成批量生产。我们国内还有一些走在前列的一些风机企业，在不断地开发新的大功率的风力发电机组，比如说像2兆瓦和3兆瓦甚至5兆瓦以上的风机。但由于风机越大，对运行和电网安全要求就更高，它的控制系统技术更加复杂，对风机里的器件要求将更高。
　　堡盟作为在风力发电行业元器件的首选供应商，我们欧洲总部和国外的风机厂有多年的合作经验，其中的优势在于我们堡盟集团旗下有一个子品牌，叫BaumerHuebner编码器品牌。它从事重载编码器技术的研发和生产，已有75年的历史，也就说他们在重载行业的话，已经有70多年的产品开发和应用经验。在一些大型的传动，包括对大型发电机的速度测量，有相当多的现场经验和应用经验。由其在风力发电行业全球知名的风机厂商无不采用BaumerHuebner的产品用于他们的发电机测速，那我们的重载编码器又有什么与众不同的特点，让我们先来了解一下什么是重载编码器技术。
　　重载编码器能够承受常常使标准编码器故障的应用和环境，坚固的设计在于内在不同的: 由于第一层防线, 重载编码器集合了带能阻止液体和微粒进入外壳的反向凹槽的迷宫式密封。这些密封允许重载编码器暴露在潮湿, 极端温度,化学, 和超过传统编码器容限的振动环境中（如图1）。
　　除此而外, 更大的轴承安装在包含传感器电路的压铸外壳的另一侧。虽然这些编码器大都占用更大的空间, 他们具有预应力的轴能够承受更大的轴向和径向力矩— 因此重载编码器能在最大500g的冲击下工作和可靠运行在-50 to  100�C的环境下。
　　陶瓷球轴承(在外壳和编码器轴之间带特殊绝缘电阻)阻止来自大型交流电机和发电机产生的轴电流。流经编码器外壳和地之间的电压, 轴电流由于电火花腐蚀造成球轴承的长期损坏（图2）。
　　在所有的编码器中,传感器电路和编码盘位于编码器外壳的轴承之间。然而, 在重载编码器中, 编码盘是用金属材料来替代玻璃或塑料。玻璃编码盘很容易由于冲击而擦伤和破裂。塑料编码盘非常耐冲击, 但是在高温时更可能弯曲和变形。塑料编码盘更可能在化学腐蚀环境下故障。金属盘更能忍受冲击,加热,和化学物质,而不会故障。
　　重载编码器的压铸外壳允许轴长度在轴承间延伸来安装第二个编码器设备或机械式超速开关。第二个设备在超过额定值时超速开关动作并电子系统独立于第一个系统, 为安全特别需要的应用提供冗余信号。比如, 如果风力发电机因暴风旋转太快, 辅助系统使发电机减速来避免发电机损坏。
　　为避免输出信号故障, 特殊防护的大端子盒能提供在电磁环境(EMC)的保护。编码器带大端子盒的设计使端子盒能够180旋转以定位左面或右面接线方向。这便利了编码器的安装。除了其他测试之外, 重载编码器通过振动,连续冲击,灰尘保护, 和喷水测试。

　　　　　　　　　　　　　　　图1  　　　　　　　　　　　　　　                                  ‍‍                                    

图2

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　　我们也收集了国内外的信息，包括跟国外大型做风力发电机的合作，他们提供怎样的型号，用在不同功率的风力发电机上。我们做了一个清单，供大家在以后的设计当中，或者发电机的速度测量的选型当中给大家一个参考。
　　作为陆上风机我们有几款，就是HOG9（如图3具体的参数细节可向堡盟资询），这款目前在国外最大已用到1.5兆瓦的风机上。
　　像另外一款就是HOG10（如图4具体的参数细节可向堡盟资询），国外用到最大已至3兆瓦。目前国内一般这么几款，或者HOG10，一般是用在国内的1.5兆瓦、2兆瓦甚至3兆瓦的风机上。

　　　　　　　　　　图3     　　　　　　　                图4
　　作为海上风机，对编码器的要求就比较高，希望有三防功能（防盐雾，防潮，防霉菌）堡盟应用于海装风机的测速编码器全部是符合海上应用环境的条件，它们都具有三防功能，有个别产品还有船级社认证（如图5，6）。比如HOG11系列， HOG131系列还有防雷功能。这些产品，不光是在风力发电机上，在港口机械、船舶上都有大量的应用。

　　　　　　　　图5                     　　　　　　　　　　　　图6
　　另外我们还可以先了解一下，目前国外趋势随着风机越来越大，已经找不到非常合适的，大口径性价比较好的测速编码器用在大型风机上，比如说像4兆瓦、5兆瓦甚至7兆瓦的风机上，国外的趋势都往磁感应器编码测速方向发展（如图7）。作为堡盟公司在风力发电测速编码器解决方案的先锋，目前堡盟磁编码器是在已使用在国外5兆瓦的风机上。

               　　　　　　　　　图7‍‍

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　　前面讲了很多如何选择适合应用的编码器，我们可以总结一下BaumerHuebner编码器的主要特点：
　　–坚固外壳是用压铸或用机加工的轻合金材料或不锈钢制成。
　　–外壳的尺寸应该符合应用:大的驱动设备需要和它相对称的增量编码器.
　　–如果需要用在特殊环境如： 海上，热带，灰尘等，可配置了特殊的表面防护和特殊的密封
　　–轴前，轴末端绝缘轴承，轴电流防护
　　–功率驱动器件保证信号长距离传输及好的电路保护
　　–大轴向和径向轴承载能力，轴承的寿命大于110,000小时。(具体见各型号参数)
　　–宽温度范围 －50至100�C，
　　–另列出我们编码器的防腐蚀等级供技术人员参考
　　根据国际通用标准ISO 12944， 我们列出我司几款编码器的防腐标准