風力發(fā)電機具有悠久的歷史，它發(fā)源于古老的風車。早在十九世紀末期，首套發(fā)電設施就已經(jīng)問世。今天，可再生能源市場競爭非常激烈，現(xiàn)代風力發(fā)電機必須滿足最嚴苛的性能要求和成本效益要求?？煽啃?、安全性和有效性是零部件選擇的關鍵標準。當然，用于轉子葉片的位置反饋和槳距控制用編碼器也不例外。以下應用描述了帶電池緩沖保護的多圈絕對值編碼器是如何再次通過工業(yè)實踐的檢驗的。
德國Vensys能源股份有限公司是兆瓦級直驅式永磁風力發(fā)電機技術的領先制造商。目前Vensys發(fā)電機在三大洲提供可靠能源（圖1）。這些發(fā)電機以其注重簡單性和減少機械易損件的結構設計理念而取勝（圖2）。由轉子驅動的永磁發(fā)電機、專利型冷卻系統(tǒng)和低磨損帶式傳動變槳控制系統(tǒng)，為可靠運行并減少維護量創(chuàng)造了前提條件。所用零部件必須具有高度的可靠性和長期耐用性，Vensys在這方面絕不允許任何紕漏。安裝在變槳系統(tǒng)中用于轉子葉片位置反饋的編碼器就是一個很好的例子。
令人嘆服的可靠技術
槳距是指轉子葉片的迎風角度（也稱攻角），對風力發(fā)電機的效率具有決定性的作用。轉子葉片定位必須考慮風速，這是因為必須首先確保最大輸出功率，其次防止短時強風和高風速造成發(fā)電機損壞。轉子葉片位置由編碼器獲得（圖3a），編碼器通過SSI接口發(fā)送信號至槳距控制系統(tǒng)，以便根據(jù)風速進行葉片定位。
工程碩士Frank Becker是Vensys公司的槳距系統(tǒng)專家，他為我們介紹了尋找最佳編碼器解決方案最重要的因素。“風力發(fā)電機的維護可不是件容易的事，因此我們對零部件質量的要求是非?？量痰?。堡盟多圈絕對值編碼器（圖5）最打動我們的是它們早已在類似的應用中證明了其長期可靠性。此外，無齒輪多圈絕對值編碼器原理也符合我們自己公司的產(chǎn)品理念，因為我們的風力發(fā)電機也是無齒輪直驅式發(fā)電機。
電池解決方案是首選
每個轉子葉片上安裝的多圈編碼器提供了精確的槳距控制。自1992年以來，堡盟就一直非常重視非接觸式、無磨損感應技術的開發(fā)。堡盟技術中心負責人 Joachim Acker（圖6）描述了其功能原理：“帶鋰電池緩沖保護的ASIC電路負責計算并記錄圈數(shù)。這樣始終可以在接通電源后立即獲得當前位置，無需任何參考，而且對圈數(shù)幾乎沒有限制。此外，避免了機械易損件”。
電池隔離性高、無充電循環(huán)以及編碼器功耗低等特點極大地延長了編碼器的使用壽命。“自1992年以來，在現(xiàn)場安裝的一百多萬臺編碼器無一出現(xiàn)電池故障，”Acker先生解釋說。其長期的電池性能還令Vensys深為嘆服。“實踐證明，編碼器所使用的電池在工業(yè)應用中具有長期的可靠性——無論是在我們的風力發(fā)電機中，還是在心臟起搏器等裝置中。此外，電池狀態(tài)監(jiān)測也非常簡便。如果發(fā)生電量低的預警，例如低于25%時，我們可以在每年一到兩次的可預測維護期間安排更換編碼器。但是對齒輪而言，則無法在損壞之前發(fā)出警告，從而導致不可預測、成本高昂且不堪忍受的停機時間，”Becker先生說。
在極廣的溫度范圍內穩(wěn)定可靠
由于采用電子集成電路來計算圈數(shù)，極其耐用的堡盟多圈編碼器甚至可采用大軸徑通孔設計（圖7）。它們利用最高36位分辨率，最高轉速可達12,000 rpm，而實際應用中并無如此高的要求，因為標準運行的特征是轉速范圍在200至800 rpm之間。但是，在緊急停機時，編碼器必須承受從0至1500 rpm的巨大加速度。“這顯然是電子解決方案優(yōu)于機械齒輪的另一個令人信服的優(yōu)點，”Becker先生強調說。
雖然安裝在風力發(fā)電機中的多圈編碼器并未完全曝露于風雨中，但是轉子和變槳系統(tǒng)并不能完全密封，因此編碼器必須耐受惡劣的環(huán)境條件。目前的標準具有IP 65防護等級，具有極佳的抗沖擊和抗振性（振動：10至2000 Hz時為30 G；沖擊：6 ms時200 G；符合EN 60068標準）。此外，-40至+85°C廣泛的溫度范圍是滿足長期野外運行要求的重要標準。Becker先生解釋說：“德國法規(guī)要求低溫運行能力達到 -20°C，中國法規(guī)則要求-40°C——大多數(shù)同類編碼器均無法保證。”
基于合作伙伴關系的協(xié)作與支持
Vensys公司在其風力發(fā)電機中使用堡盟的無齒輪多圈絕對值編碼器至今已達近10年之久。這些編碼器憑借其卓越的可靠性贏得了全球風力發(fā)電行業(yè)的認可。 Vensys公司將進一步深化與堡盟的未來合作。“我們對堡盟產(chǎn)品的質量非常滿意，另一個關鍵因素是堡盟出色的技術支持。每當遇到一些具體應用問題時，我們總是能夠及時得到來自堡盟的有力的現(xiàn)場支持。堡盟擁有完善的銷售網(wǎng)絡，堡盟始終就在客戶身邊”，Becker先生總結說。
圖1：Vensys風力發(fā)電機是自1990年開始并持續(xù)至今的密集研發(fā)活動的成果。今天，Vensys已經(jīng)成為技術領先的兆瓦級無齒輪直驅式風力發(fā)電機的卓越制造商。（圖片：Vensys）
圖2：Vensys發(fā)電機以其注重簡單性和減少機械易損件的結構設計理念而取勝。（圖片：Vensys）
圖3：用于轉子葉片位置反饋的編碼器直接安裝在槳距馬達的軸上。該信號通過SSI接口傳輸至槳距控制系統(tǒng)。（圖片：堡盟）
圖3b: 變漿控制：這是絕對值編碼器占據(jù)最重要的應用領域之一，可使用SSI、CANopen或其它現(xiàn)場總線接口以及以太網(wǎng)技術。十多年來在風力發(fā)電應用中成功經(jīng)歷了上千次考驗。（圖片：堡盟）
圖4：工程碩士Frank Becker，Vensys公司的槳距系統(tǒng)專家：堡盟多圈編碼器最打動我們的是它們早已在類似的應用中證明了其長期可靠性。此外，無齒輪多圈編碼器原理也符合我們自己公司的產(chǎn)品理念。（圖片：堡盟）
圖5：堡盟多圈編碼器利用可靠的非接觸感應原理，并采用集成電路來計算圈數(shù)。因而編碼器非常耐用，甚至可采用大軸徑通孔設計。（圖片：堡盟）
圖6：堡盟技術中心定位與格式調節(jié)負責人Joachim Acker說：“自1992年以來，在現(xiàn)場安裝的一百多萬臺編碼器無一出現(xiàn)電池故障“。（圖片：堡盟）
圖7：一站式解決方案：多年以來，堡盟與風能市場的知名制造商密切合作，精心研制定制解決方案。開發(fā)出了可滿足幾乎所有要求的廣泛產(chǎn)品系列。