1. Cấu tạo thành phần

Hệ thống điều khiển góc cánh là một hệ thống con quan trọng trong tuabin gió, chịu trách nhiệm điều chỉnh góc của cánh so với hướng gió (tức là góc pitch) dựa trên các yếu tố động như tốc độ gió và yêu cầu phát điện. Hệ thống này kiểm soát chính xác tốc độ quay và công suất đầu ra. Các thành phần chính bao gồm:

• Động cơ dẫn động điều chỉnh cánh (Động cơ Pitch): Trực tiếp dẫn động cánh quay, thực hiện việc điều chỉnh góc.
• Bộ hộp số: Chuyển đổi đầu vào tốc độ cao, mô-men thấp thành đầu ra tốc độ thấp, mô-men cao để phù hợp với nhu cầu lực điều chỉnh cánh.
• Bộ điều khiển và cảm biến: Nhận lệnh điều chỉnh từ hệ thống điều khiển chính và cung cấp phản hồi về góc và tốc độ thông qua bộ mã hóa.
• Thiết bị nguồn/ lưu trữ khẩn cấp: Cho phép động cơ điều chỉnh cánh về góc an toàn (ví dụ: vị trí feather) trong trường hợp mất điện hoặc sự cố.
• Ổ trục gốc và hệ thống cố định: Đảm bảo kết nối ổn định giữa đầu ra động cơ và trục quay cánh.

2. Nguyên lý hoạt động

Trong quá trình vận hành của tuabin gió, hệ thống điều khiển liên tục thu thập dữ liệu về tốc độ gió, hướng gió và tải lưới. Sau đó, các thuật toán được sử dụng để tính toán góc pitch tối ưu. Khi động cơ pitch nhận lệnh điều chỉnh, nó khởi động và dẫn động hộp số để quay cánh một cách chậm rãi và chính xác, thay đổi góc của cánh so với hướng gió. Khi tốc độ gió quá cao hoặc tuabin dừng hoạt động, hệ thống pitch cũng quay cánh về vị trí feather (góc gió tối thiểu) để giảm lực cản gió và ngăn ngừa hư hỏng cấu trúc tuabin. Toàn bộ quá trình này yêu cầu tốc độ phản ứng cao, lực mô-men mạnh và điều khiển chính xác để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả của tuabin.

3. Vai trò chính của động cơ trong hệ thống

Động cơ pitch là thành phần thực thi cốt lõi của hệ thống này, với các yêu cầu hiệu suất vô cùng cao:

• Lực mô-men cao: Phải vượt qua lực cản của cánh dưới các điều kiện cực đoan do tác động của gió, với mô-men thường dao động từ 100 đến 500 Nm hoặc thậm chí cao hơn.
• Thiết kế độ tin cậy cao: Do tuabin thường hoạt động ở các môi trường xa xôi, động cơ phải có cấp bảo vệ IP65 trở lên, đồng thời chịu được nhiệt độ thấp và độ ẩm cao.
• Điều khiển vị trí chính xác: Động cơ thường cần tích hợp bộ mã hóa hoặc cảm biến góc đa vòng với độ chính xác định vị trong phạm vi ±0,1° để đảm bảo đầu ra ổn định.
• Bảo vệ khi mất điện: Trong trường hợp mất điện hoặc sự cố hệ thống điều khiển, động cơ pitch phải có khả năng dựa vào nguồn điện khẩn cấp để hoàn tất thao tác feather, tránh gây hư hỏng kết cấu.
• Kháng sốc và chống ăn mòn: Động cơ phải thích ứng với các môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như khu vực ven biển, vùng núi và vùng lạnh, với yêu cầu cao hơn về độ bền kết cấu và lớp phủ bảo vệ.

4. Giải pháp động cơ tùy chỉnh

Để đáp ứng các yêu cầu về mô-men cao, độ tin cậy cao và kiểm soát an toàn mà hệ thống điều khiển góc cánh tuabin gió đặt ra trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt, chúng tôi khuyến nghị sử dụng động cơ servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu dòng GPG-PTM220. Dòng này có thiết kế từ thông mật độ cao, với mô-men danh định 350 Nm và mô-men cực đại 550 Nm, phù hợp với nhu cầu điều chỉnh góc cánh của các tuabin gió từ 1,5MW đến 5MW. Động cơ tích hợp bộ mã hóa tuyệt đối đa vòng độ phân giải cao (23-bit), cung cấp độ chính xác phản hồi góc ±0,05°, hỗ trợ hiệu quả cho điều chỉnh công suất động và phản ứng phanh nhanh.

Về mặt kết hợp truyền động, động cơ được ghép với hộp số hành tinh công nghiệp GPG-PLX, có đặc điểm độ trễ thấp, độ cứng cao và hiệu suất truyền động cao, đảm bảo việc điều chỉnh cánh mượt mà. Xét rằng hệ thống điều khiển góc cánh tiếp xúc với các môi trường tự nhiên khắc nghiệt như sương muối dày và gió cát mạnh, hệ thống động cơ được thiết kế đạt cấp bảo vệ IP67. Ổ bi và vỏ được xử lý bằng lớp phủ chống ăn mòn đặc biệt, các cuộn dây bên trong sử dụng vật liệu cách điện lớp H, cho phép vận hành ổn định trong môi trường có biến thiên nhiệt độ từ -40°C đến +70°C.

Ngoài ra, hệ thống được trang bị module dẫn động khẩn cấp GPG-UPS90, cho phép tuabin ngay lập tức chuyển sang nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện hoặc sự cố, hoàn tất thao tác bảo vệ feather. Giải pháp toàn diện này đã được áp dụng rộng rãi trong các dự án tuabin gió ngoài khơi và trên bờ bởi các công ty như China Huaneng và Goldwind Technology, cung cấp sự hỗ trợ vững chắc cho các hệ thống phát điện gió thông minh, hiệu suất cao và an toàn.