国外弹簧加压式电磁安全制动器的发展现状

　　3.2.2 高防护等级设计
　　海上属于高湿、高腐蚀环境。因此，变桨制动器必须采用防护等级IP65 以上的全密闭结构设计，如图7(a) 所示。
　　在法兰连接处都有O 形密封圈、轴连接处有轴封。KEB 有一种不带手动释放、带微动开关的变桨制动器，防护等级可高达IP67。

图7 变桨制动器

　　3.2.3 长寿命设计
　　风电设备在设计时都要求使用寿命必须在20 年以上。因此，变桨制动器也相应进行了长寿命的结构设计，如高强度弹簧采用经过电镀处理并冗余设计，以确保制动器在高温时仍有可靠而稳定的制动力矩，弹簧使用寿命可高达1000 万次以上，结构设计具有高抗振性。在制动器100%通电情况下，线圈绝缘等级可达H 级（180℃）；制动摩擦盘使用特殊的摩擦材料，在高温时具有稳定的摩擦性能。
　　为验证制动器的使用寿命， 对在极端试验条件下工作的100Nm 制动器做了如下的磨损试验：在电机以2000rpm 的转速旋转时，给制动器断电，让制动摩擦盘与衔铁和法兰进行摩擦，10.5s 后给制动器通电，每隔30min使制动器制动10.5s，测试10 个周期。结果显示：摩擦盘的磨损量只有0.1mm，经过计算摩滑功，可以验证制动器的预期使用寿命大于20 年。
　　3.2.4 耐高温、耐低温、耐腐蚀设计海上的环境，高低温变化大、盐成分高、易生锈，通常要求变桨制动器能适应－ 40℃ － 60℃的环境温度范围、防腐等级C4 以上。变桨制动器采用了相应的设计方案，如法兰、衔铁镀镍或镀铬；电磁铁外壳采用热喷锌的技术，重防腐涂料总干膜厚度在240mm以上；安装螺钉镀达克罗；如图7(b) 所示的防结露加热器，可防止低温或高湿环境形成冷凝水、结冰；电缆采用可插拔连接头，如图7(c) 所示。
　　3.2.5 单向制动设计
　　带有单向轴承（又称单向离合器）的电磁安全制动器又称单向制动器，如图7(c) 所示。单向制动器可以在动力缺失、无法对风电机组进行任何调试的失电情况下，为设备提供单向制动的安全保护，只允许叶片沿一个方向自由旋转，释放风险。
　　3.2.6 节能设计
　　有的变桨系统要求制动器在300VDC 应急电源下安全工作，由于电压高且通电时间长，导致发热高、能耗也高。
　　因此，设计上常用两种解决方案。一是采用耐高温、耐低温和耐腐蚀的过励磁电源。使用一种最新技术的过励磁电源（24V 直流输入，瞬间输出24V，800ms 后降至6V），对一个400Nm、130W 的制动器在不同温度下进行试验，试验数据如表1 所示。试验表明：在过励磁电源控制下工作的制动器，在不同温度下开关响应速度变化不大，能可靠制动；线圈保持功率只需8W、保持电流小，最高可降低75% 的能耗。

表1 制动器在过励磁电源控制下的试验数据

　　另一个解决方案是制动器电磁铁里有两个独立的线圈，一个电压300VDC，另一个电压24VDC，300V 线圈用来释放，24V 线圈用来保持，可有效地降低制动器线圈的温升、节约能源、延长制动器的使用寿命。电磁制动器的控制回路必须具有低电压穿越（LVRT）性能，即有增大直流母线电容、辅助失电跨越设备等的精密闭环控制策略，以确保即使风电机组发生瞬间掉电，制动器也不会紧急制动，造成工业生产中的损失。
　　4 结论
　　目前，国外弹簧加压式电磁安全制动器正向高安全性、高可靠性、低噪音、长寿命、节能等方向发展。通过分析研究国外先进制动器的结构特点及关键技术，可吸收符合我国现实条件的产品结构、技术条件和生产工艺，找出不尽合理的结构和技术，进行改进和创新，降低成本的同时提高产品的性能。我国制动器在选用材料、加工工艺、整体结构设计等方面还有很大的发展空间。