作者介紹了電感式接近感測器在風力發電機組的偏航系統和風輪轉速控制中的應用，對風力發電機組的電控設計具有較好的指導意義。
隨著人們對可再生能源利用價值認識的提高，以及風電機組製造、控制和其它相關技術的不斷進步，風力發電在近十幾年來的發展非常迅速。與此同時，風電機組的單機容量和風電場的總裝機容量也不斷增長，因此風電場的風能利用率和安全執行問題也越來越受到人們的關注。
電感式接近感測器在偏航系統中能夠很好的控制偏航角度和偏航旋轉方向，這大大提高了風電機組的風能利用率，在安全執行方面電感式接近感測器在風輪轉速控制中起到了重要作用。
接近感測器工作原理
1 概述
接近感測器可以在不與目標物實際接觸的情況下檢測靠近感測器的金屬目標物。其特點為：非接觸檢測，避免了對感測器自身和目標物的損壞；無觸點輸出，操作壽命長；即使在有水或油噴濺的苛刻環境中也能穩定檢測；反應速度快；小型感測頭，安裝靈活；在自動控制系統中可作為限位、計數、定位控制和自動保護環節。
2 原理
電感式接近感測器主要是利用金屬導體和交變電磁場的互感原理。能使磁場衰減的金屬材料會產生渦流，這樣會使磁場能量衰減，並且減小振幅。在電感式接近開關裡這樣的變化就會使相應的輸出電平翻轉。
電感式接近感測器由高頻振盪、檢波、放大、觸發及輸出電路等組成。振盪器在感測器檢測面產生一個交變電磁場，當金屬物體接近感測器檢測面時，金屬中產生的渦流吸收了振盪器的能量，使振盪減弱以至停振。振盪器的振盪及停振這二種狀態，轉換為電訊號透過整形放大轉換成二進位制的開關訊號，經功率放大後輸出。內部原理見圖1。
圖1 接近感測器內部原理圖
接近
感測器在風機偏航中的應用
1 偏航系統簡介
風機的偏航系統是水平軸式兆瓦級風力發電機組必不可少的組成系統之一，它主要功能如下：（1）偏航系統能夠根據風向變化隨時調整機艙使葉輪對準風向，使風輪始終處於對風狀態；（2）具備偏航制動功能，提供必要的鎖緊力矩，保障風電機組的安全執行；（3）當風力發電機組由於偏航作用，連線機艙與塔筒內及塔下電氣裝置之間的電纜會發生扭轉纏繞，纏繞嚴重可損壞電纜，當纏繞到一定程度時，偏航系統可自動解纜。即當向某個方向累計偏航達到720度，控制系統會啟動自動解纜程式，避免電纜因過度紐絞發生危險。
圖2 接近感測器安裝圖
2 接近感測器在風機偏航中的應用原理
風電機組偏航執行時序大概簡介如下：透過風感測器檢測風向，並將檢測到的風向訊號送至主控系統，主控系統計算出風向與機艙位置的夾角，從而確定是否需要調整機艙方向以及朝哪個方向調整能儘快對準風向。
當需要調整方向時，主控系統發出訊號給偏航驅動機構，以調整機艙的方向，從而達到對準風向的目的。在此偏航過程中，接近感測器輸出訊號給主控系統，主控系統以此判斷偏航旋裝方向並並計算偏航角度。當對風結束後，偏航電機停止轉動，偏航過程結束。
我們依據現場安裝條件及偏航大齒圈的轉速，選擇適宜的接近感測器。選擇時注意頻率匹配，所檢測目標的頻率要低於接近感測器的最大感應頻率，同時所檢測目標的材料要在接近感測器感應範圍內。
2個接近感測器安裝在偏航軸承大齒圈外側，調整背緊螺母可以調整接近感測器和偏航齒圈頂之間的距離。安裝時應使接近感測器感應面與齒輪平面相垂直，如圖2所示。
被測量齒圈的金屬齒輪、齒槽等運動部件經過接近感測器的前端，引起磁場的相應變化而使得接近感測器輸出脈衝訊號不同，主控系統透過採集脈衝訊號計算偏航角度並控制機組偏航不超過720度，防止電纜過度纏繞。透過一左一右兩個接近感測器發出的訊號，主控系統可以判定偏航系統的偏航旋轉方向。
接近感測器上面有一個指示燈，當有訊號輸出時，這個指示燈就會亮，當接近到一定距離時，觀察指示燈是否亮，如果指示燈亮說明此感測器能正常工作。
接近感測器在風輪轉速控制方面應用
1 風輪轉速過高的危害
風機傳動鏈包括主軸元件、齒輪箱、連軸器、制動器、發電機。風吹動風輪旋轉經主軸傳到齒輪箱，經齒輪箱將低速軸速度轉變成更高的發電機速度。
風輪轉速和功率隨著風速的提高而增加，但是風速過高會導致風輪轉速過高和發電機超負荷。大風情況下，風機還容易造成飛車失控危及風力發電機組的執行安全。因此風輪轉速控制顯得尤為重要。
2 風輪轉速控制原理
在風力發電機組中我們可以利用接近感測器感測低速軸轉速，如果感測低速軸轉速過高則報警，然後剎車。
在齒輪箱低速軸處安裝接近感測器，低速軸縮緊盤上有一定數量的螺栓，當有螺栓面靠近接近感測器感測面時，接近感測器就會發出脈衝訊號給過速繼電器， 過速繼電器將此脈衝訊號轉變為模擬量後，傳給主控系統，由主控系統判定齒輪箱低速軸的轉子速度，當速度超過設定值時，將會引起機組停機，保證機組執行安全。
過速繼電器是一種脈衝評估系統。它從低速軸處的接近感測器接收脈衝，測量脈衝時間間隔，計算輸入頻率。將此值與設定的開關點比較，根據設定引數開啟輸出。整合的頻率-電流轉換器將輸入頻率轉換為模擬訊號。控制原理如圖3。
圖3 控制原理圖
（1、低速軸處的接
近感測器；2、風力發電站；3、塔上控制櫃中PLC模組；4、過速繼電器模擬輸出。）
結束語
本文介紹了電感式接近感測器在偏航系統中控制偏航角度、偏航旋轉方向以及在風輪轉速控制中的應用。電感式接近感測器其優點是溫度範圍寬，抗干擾能力強，靈敏度高 高可靠性 壽命長有良好的抗衝擊性和抗震性，由於安裝使用方便，通用性好，已被廣泛應用於各種領域。
本文編自《電氣技術》，作者為彭曉蘭、時連斌。