編碼器技術(shù)是風能獲取的關(guān)鍵

旋轉(zhuǎn)編碼器在風能產(chǎn)業(yè)中起著非常重要的作用，它提供了使用當前渦輪機中非常動態(tài)靈活的控制系統(tǒng)所必不可少的高分辨率反饋。選擇合適的編碼器將能夠極大地增強系統(tǒng)以最佳功率輸出運行的能力，并使投資的回報最大化。

美國Lawrence Berkeley國家實驗室的數(shù)據(jù)表明，在2008年，美國風能產(chǎn)量激增了51%，新增容量達8545MW，新增投資超過160億美元。新建離網(wǎng)型渦輪機7800臺、并網(wǎng)型渦輪機1292臺。每臺渦輪機的平均產(chǎn)能大約是1.7MW。風能產(chǎn)能比2007年增加了約46%。

風力渦輪機的剖面圖展示了一種常用的控制系統(tǒng)，如圖1所示。這類系統(tǒng)通常使用5個編碼器，它提供反饋，以維持發(fā)電機在不同的風力條件和不同的負載需求下的性能。

圖1 風力渦輪機控制系統(tǒng)中使用了多達5個編碼器

● 隨著風力條件的變化，葉片距控制系統(tǒng)維持著轉(zhuǎn)子的速度。

● 偏航控制系統(tǒng)（方位）根據(jù)風向來控制整個發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)。

● 發(fā)電機速度是通過跟蹤發(fā)電機軸的每分鐘轉(zhuǎn)速（rpm）來進行監(jiān)控的。

風力渦輪機中常用的3種類型的旋轉(zhuǎn)編碼器是增量型、絕對型和混合型，其中每種技術(shù)都各有利弊。下面的概述將幫助引導設計工程師找出對應系統(tǒng)各個部分的最佳編碼器。

增量型編碼器
增量型旋轉(zhuǎn)編碼器是單匝設備，在軸的每一周旋轉(zhuǎn)中都產(chǎn)生固定數(shù)量的脈沖。這種反饋類型的一個優(yōu)點是它能夠?qū)崟r響應軸轉(zhuǎn)速的變化，因此非常適用于跟蹤渦輪發(fā)電機的每分鐘轉(zhuǎn)速（rpm）。此外，它還具有應用范圍廣以及成本比其他類型更低的優(yōu)點。

增量型編碼器可以用于控制葉片距和偏航角的變化，但是它無法保存位置數(shù)據(jù)。驗證和跟蹤葉片及發(fā)動機的相對位置將需要在控制系統(tǒng)設計中增加來自接近開關(guān)或霍爾效應傳感器的額外輸入當作參考點。

絕對型編碼器
絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器有單匝或多匝型，它是通過讀取光具盤或某種類型的磁力接收系統(tǒng)上的多個記錄來分辨軸向位置的。這種類型具有保存位置數(shù)據(jù)的能力，哪怕是控制系統(tǒng)斷電也可以。多匝型包括用于記錄軸轉(zhuǎn)動次數(shù)（精確到千位）的齒輪級，不再需要使用電池來保存位置信息。位置數(shù)據(jù)是直接讀取的，而不是以增量方式讀取，并且在上電后很快即可使用。

絕對型編碼器通過SSI、Profibus、DeviceNet或CANopen串行接口來提供位置反饋數(shù)據(jù)。這些接口可能會限制反饋位置數(shù)據(jù)的傳送速率，所以它不是實時的。因此，絕對型編碼器不能夠用于跟蹤發(fā)電機速率。不過，這并不影響它被用于跟蹤變化較緩慢的發(fā)電機位置，也不影響被用于某些葉片距控制系統(tǒng)中。