助爬器電氣設計淺析

楊曉艷　張祖全

摘 要：現兆瓦級風力發電機組一般機艙高度在60米以上，由于結構所限，維護工作需要通過爬梯攀爬至機艙，既費時又費力，不利于維護工作的有效實施。目前可以廣泛使用一種風電專用助爬器，它是一種安裝在塔架爬梯上的助力裝置，由驅動機構、吊繩、控制箱等幾大部分構成。助爬器的使用能購減輕維護人員攀爬風機時胳膊和腿部的壓力，減少攀爬風機的時間，降低由于疲勞導致危險事故的風險，節省維護人員的體力，提高工作效率。

關鍵詞：助爬器;電氣設計

1 引言

本文旨在說明助爬器控制系統的原理、參數、選型計算及工作過程等，是在初步設計方案確定后的進一步詳細設計，指導圖紙設計和器件選型及控制程序編制。

2 設計構想

●為了提高產品的競爭力，產品設計高起點、嚴要求：

●系統高可靠性：系統的硬件和軟件均采用技術成熟的產品。

●系統運行管理方便：簡化操作程序，操作方便。

●安裝維護：結構合理，安裝簡單方便，免維護設計。

●兼容性：無需改變風機爬梯的結構

●經濟性：選用高性價比產品

3 主要參數

●運行環境溫度：-30℃～+45℃

●極限環境溫度：-45℃～+50℃

●海拔高度：≤2000m

●環境條件：鹽霧、沙塵、振動、濕度不大于70%

●最大提升速度：≤37m/min

●最大返行速度：≤60m/min

●提升力：25kg至 55kg連續可調

●額定電壓：單相220VAC

●額定功率：750W

4 助爬器結構組成

助爬器由驅動部分、轉向部分、吊繩部分、控制部分、支撐部分組成。

驅動部分由一臺減速電機、驅動滑輪構成，通過底部支架固定在爬梯的底部。轉向部分由一個固定在爬梯頂部的轉向滑輪構成。吊繩部分由一根環繞驅動滑輪和轉向滑輪的鋼絲繩構成。驅動部分、轉向部分通過支撐部分固定在爬梯上。控制箱內的變頻器保證馬達提供給驅動繩輪一個合適的速度和轉矩。控制箱與電機連線采用插接形式連接。（詳見下圖）

5 助爬器電氣控制設計

助爬器控制系統由變頻器、接觸器、熔斷器、加熱器（低溫型）、溫控器（低溫型）、電位器、按鈕、指示燈等電氣設備組成。控制系統原理圖見下圖。

●控制系統

控制系統采用先進的變頻矢量控制技術，能全程提供平穩、恒定的輸出力矩。控制策略為頻率控制轉矩限幅，即控制變頻器的輸出頻率，從而達到調節電機轉速和吊繩提升速度的目的。同時進行轉矩限幅，限定輸出轉矩，安全保護。

●保護系統

電氣保護。控制箱內設有熔斷器，有效保護箱內電氣元件;電機的過載堵轉、過流、缺相等則通過變頻器的保護功能實現。

工作安全保護。從助爬器工作角度考慮，保護功能主要體現在轉矩限制和速度限制。轉矩限制的目的是限定助爬器的提升力，使提升力始終小于人的體重，以免發生危險。速度限制的目的是防止出現過高頻率或過低頻率對設備和人身造成傷害。轉矩限制和速度限制均靠調整變頻器參數實現。

●制動系統

助爬器的運行模式為人動機動，人停機停。當需要停止時，只要人不再上爬，助爬器的提升力（一般為體重的70%）不能將人拉動，3S后變頻器停止輸出，電機停止運行。所以，助爬器無機械制動裝置，也無電氣制動配置，制動方式為自由停車。

助爬器電氣原理圖

參考文獻

[1]GB/T 12350-2009.小功率電動機安全要求

[2]EN 60204-1.機械安全-機械電氣設備第一部分

[3]IEC61000.電磁兼容性

[4]IEC 60034-7.旋轉電機結構和安裝型式的分類