國(guó)外彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀

　　3.2.2 高防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)
　　海上屬于高濕、高腐蝕環(huán)境。因此，變槳制動(dòng)器必須采用防護(hù)等級(jí)IP65 以上的全密閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖7(a) 所示。
　　在法蘭連接處都有O 形密封圈、軸連接處有軸封。KEB 有一種不帶手動(dòng)釋放、帶微動(dòng)開關(guān)的變槳制動(dòng)器，防護(hù)等級(jí)可高達(dá)IP67。

圖7 變槳制動(dòng)器

　　3.2.3 長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)
　　風(fēng)電設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都要求使用壽命必須在20 年以上。因此，變槳制動(dòng)器也相應(yīng)進(jìn)行了長(zhǎng)壽命的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如高強(qiáng)度彈簧采用經(jīng)過電鍍處理并冗余設(shè)計(jì)，以確保制動(dòng)器在高溫時(shí)仍有可靠而穩(wěn)定的制動(dòng)力矩，彈簧使用壽命可高達(dá)1000 萬次以上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高抗振性。在制動(dòng)器100%通電情況下，線圈絕緣等級(jí)可達(dá)H 級(jí)（180℃）；制動(dòng)摩擦盤使用特殊的摩擦材料，在高溫時(shí)具有穩(wěn)定的摩擦性能。
　　為驗(yàn)證制動(dòng)器的使用壽命， 對(duì)在極端試驗(yàn)條件下工作的100Nm 制動(dòng)器做了如下的磨損試驗(yàn)：在電機(jī)以2000rpm 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，給制動(dòng)器斷電，讓制動(dòng)摩擦盤與銜鐵和法蘭進(jìn)行摩擦，10.5s 后給制動(dòng)器通電，每隔30min使制動(dòng)器制動(dòng)10.5s，測(cè)試10 個(gè)周期。結(jié)果顯示：摩擦盤的磨損量只有0.1mm，經(jīng)過計(jì)算摩滑功，可以驗(yàn)證制動(dòng)器的預(yù)期使用壽命大于20 年。
　　3.2.4 耐高溫、耐低溫、耐腐蝕設(shè)計(jì)海上的環(huán)境，高低溫變化大、鹽成分高、易生銹，通常要求變槳制動(dòng)器能適應(yīng)－ 40℃ － 60℃的環(huán)境溫度范圍、防腐等級(jí)C4 以上。變槳制動(dòng)器采用了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，如法蘭、銜鐵鍍鎳或鍍鉻；電磁鐵外殼采用熱噴鋅的技術(shù)，重防腐涂料總干膜厚度在240mm以上；安裝螺釘鍍達(dá)克羅；如圖7(b) 所示的防結(jié)露加熱器，可防止低溫或高濕環(huán)境形成冷凝水、結(jié)冰；電纜采用可插拔連接頭，如圖7(c) 所示。
　　3.2.5 單向制動(dòng)設(shè)計(jì)
　　帶有單向軸承（又稱單向離合器）的電磁安全制動(dòng)器又稱單向制動(dòng)器，如圖7(c) 所示。單向制動(dòng)器可以在動(dòng)力缺失、無法對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何調(diào)試的失電情況下，為設(shè)備提供單向制動(dòng)的安全保護(hù)，只允許葉片沿一個(gè)方向自由旋轉(zhuǎn)，釋放風(fēng)險(xiǎn)。
　　3.2.6 節(jié)能設(shè)計(jì)
　　有的變槳系統(tǒng)要求制動(dòng)器在300VDC 應(yīng)急電源下安全工作，由于電壓高且通電時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)熱高、能耗也高。
　　因此，設(shè)計(jì)上常用兩種解決方案。一是采用耐高溫、耐低溫和耐腐蝕的過勵(lì)磁電源。使用一種最新技術(shù)的過勵(lì)磁電源（24V 直流輸入，瞬間輸出24V，800ms 后降至6V），對(duì)一個(gè)400Nm、130W 的制動(dòng)器在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。試驗(yàn)表明：在過勵(lì)磁電源控制下工作的制動(dòng)器，在不同溫度下開關(guān)響應(yīng)速度變化不大，能可靠制動(dòng)；線圈保持功率只需8W、保持電流小，最高可降低75% 的能耗。

表1 制動(dòng)器在過勵(lì)磁電源控制下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　另一個(gè)解決方案是制動(dòng)器電磁鐵里有兩個(gè)獨(dú)立的線圈，一個(gè)電壓300VDC，另一個(gè)電壓24VDC，300V 線圈用來釋放，24V 線圈用來保持，可有效地降低制動(dòng)器線圈的溫升、節(jié)約能源、延長(zhǎng)制動(dòng)器的使用壽命。電磁制動(dòng)器的控制回路必須具有低電壓穿越（LVRT）性能，即有增大直流母線電容、輔助失電跨越設(shè)備等的精密閉環(huán)控制策略，以確保即使風(fēng)電機(jī)組發(fā)生瞬間掉電，制動(dòng)器也不會(huì)緊急制動(dòng)，造成工業(yè)生產(chǎn)中的損失。
　　4 結(jié)論
　　目前，國(guó)外彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器正向高安全性、高可靠性、低噪音、長(zhǎng)壽命、節(jié)能等方向發(fā)展。通過分析研究國(guó)外先進(jìn)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，可吸收符合我國(guó)現(xiàn)實(shí)條件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件和生產(chǎn)工藝，找出不盡合理的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，降低成本的同時(shí)提高產(chǎn)品的性能。我國(guó)制動(dòng)器在選用材料、加工工藝、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面還有很大的發(fā)展空間。