專利名稱：轉(zhuǎn)子電流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于繞線式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的轉(zhuǎn)子電流控制器。
技術(shù)背景風(fēng)力資源是一種可再生能源，常被人們用于風(fēng)力發(fā)電。但風(fēng)力資源很不穩(wěn) 定，從風(fēng)力發(fā)電效率和設(shè)備使用壽命角度考慮，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)根據(jù)風(fēng)力狀況 改變轉(zhuǎn)速，而目前一般采用變槳矩速度調(diào)節(jié)方法。但隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī) 容量越來越大，葉片重達(dá)數(shù)噸，大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能快速跟蹤風(fēng)速的隨機(jī)變化，這 導(dǎo)致發(fā)電效率低，輸出功率不穩(wěn)定，以及設(shè)備承受較大的應(yīng)力等問題，從而影 響了發(fā)電機(jī)組的整體性能。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電機(jī)組輸出功率不穩(wěn)定，且機(jī)組整體性 能差的問題，提供一種應(yīng)用于繞線式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子電流控制器。本實(shí)用新型可以通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種轉(zhuǎn)子電流控制器，包括 控制單元、溫度電流檢測(cè)裝置(PT100)、電流檢測(cè)裝置、三相整流橋(3)、 IGBT 開關(guān)電路(4)、 IGBT驅(qū)動(dòng)電路、限壓保護(hù)電路(5)、過壓保護(hù)電路(6)和附 加轉(zhuǎn)子電阻(2);三相整流橋(3)的輸入端接在繞線式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上， 三相整流橋(3)的輸出端構(gòu)成直流母線(7); IGBT開關(guān)電路(4)，限壓保護(hù) 電路(5)，過壓保護(hù)電路(6)分別跨接在直流母線(7)兩端；溫度檢測(cè)裝置 和電流檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端與控制單元連接，IGBT開關(guān)電路(4)與IGBT 驅(qū)動(dòng)電路連接；控制單元與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接，控制IGBT開關(guān)電路(4)的 占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)串入轉(zhuǎn)子繞組的等效附加轉(zhuǎn)子電阻(2)值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流 調(diào)節(jié)。上述轉(zhuǎn)子電流控制器中，所述的轉(zhuǎn)子電流控制器的控制單元與外部控制器 的信號(hào)通訊采用串行通信方式。所述三相整流橋(3)、 IGBT開關(guān)電路(4)、 限壓保護(hù)電路(5)、過壓保護(hù)電路(6)、控制單元、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和過壓保護(hù)板封裝在一個(gè)箱體內(nèi)，溫度檢測(cè)裝置(PT100)安置在箱體內(nèi)，并檢測(cè)箱體 溫度；箱體直接與附加轉(zhuǎn)子電阻相連接，并隨轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng)。所述IGBT開關(guān)電路(4)由IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制導(dǎo)通和關(guān)斷；轉(zhuǎn)子附加轉(zhuǎn) 子電阻(2)直接與繞線式異步發(fā)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，并隨轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn) 動(dòng)；所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路是IR2125型號(hào)IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊。所述的IGBT開關(guān)電路(4)由三極管與二極管組成，所述的三極管的集電 極和發(fā)射極跨接于所述直流母線(7)上，其基極接于IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端， 二極管的陰極接于三極管的集電極，其陽極接于三極管的發(fā)射極。本實(shí)用新型所述的速度檢測(cè)裝置為采用光電效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)度測(cè) 量裝置。本實(shí)用新型所述的電源采用旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器，使外接電源傳遞到隨轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)的控制器上，不用滑環(huán)裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 一、本實(shí)用新型通過控制 串接在轉(zhuǎn)子上的附加電阻值，從而實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)(0% 10%)調(diào)節(jié)發(fā)電 機(jī)輸出功率的目的；二、對(duì)于頻繁變化的風(fēng)速，由轉(zhuǎn)子電流控制器調(diào)節(jié)，可有 效改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能。
圖1為本實(shí)用新型采用的脈沖變壓器等效電路； 圖2為本實(shí)用新型采用的旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器示意圖； 圖3為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子電流控制器的主功率電路圖； 圖4為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子電流控制器的控制電路功能框圖； 圖5為具體實(shí)施方式
中所涉及到的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)子電流控制器與變槳矩調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)配合，應(yīng)用于繞線式異 步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子電流控制器安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，并隨轉(zhuǎn)子同軸同步旋 轉(zhuǎn)，根據(jù)風(fēng)能狀況，通過控制電力開關(guān)器件IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷的占空比，調(diào)節(jié)串 入的平均電阻值，進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率，達(dá)到功率控制目的。如圖l、 2所示，為本實(shí)用新型的脈沖變壓器等效電路和旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器示意圖。其中，脈沖變壓器等效電路由電阻R1、電感L1、電容C1、電感Ls、 反饋電容Cp.和反饋電阻R,"組成，連接關(guān)系如圖1所示。旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器的 初級(jí)線圈8固定，次級(jí)線圈9可旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電流控制器的內(nèi)部電路通過從上位 控制器接入的24V電壓供電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器傳遞給轉(zhuǎn)子電流控制器部分， 提供所需的+ 5V、 +15V、 一15V等級(jí)電壓。脈沖變壓器是一種電子變壓器， 其一次側(cè)和二次側(cè)同軸安裝，并可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用接成多諧振蕩器形式的 555定時(shí)器驅(qū)動(dòng)功率管作為脈沖輸入。電源的內(nèi)部電壓變換選擇采用LM2575 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路。如圖3所示，為本實(shí)用新型的主功率電路圖。三相整流橋(3)的輸入端 接在繞線式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上，三相整流橋(3)的輸出端構(gòu)成直流母線(7); IGBT開關(guān)電路(4)，限壓保護(hù)電路(5)，過壓保護(hù)電路(6)分別跨接在直流 母線(7)兩端；溫度檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端與控制單元連接，IGBT開關(guān)電 路(4)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接，控制單元與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接，控制IGBT 開關(guān)電路(4)的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)串入轉(zhuǎn)子繞組的等效附加轉(zhuǎn)子電阻(2)值， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子電流控制器的控制單元與外部控制器的信號(hào)通訊采用 串行通信方式。所述三相整流橋(3)、 IGBT開關(guān)電路(4)、限壓保護(hù)電路(5)、 過壓保護(hù)電路(6)、控制單元、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和過壓保護(hù)板封裝在一個(gè)箱體 內(nèi)，溫度檢測(cè)裝置(PT100)安置在箱體內(nèi)，并檢測(cè)箱體溫度；箱體直接與附 加轉(zhuǎn)子電阻相連接，并隨轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng)。IGBT開關(guān)電路(4)由IGBT驅(qū)動(dòng)電 路控制導(dǎo)通和關(guān)斷；轉(zhuǎn)子附加轉(zhuǎn)子電阻(2)直接與繞線式異步發(fā)電機(jī)(1)的 轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，并隨轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng)；IGBT開關(guān)電路(4)由三極管與二極管組成，所述的三極管的集電極和發(fā) 射極跨接于所述直流母線(7)上，其基極接于IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，二極 管的陰極接于三極管的集電極，其陽極接于三極管的發(fā)射極。當(dāng)IGBT開關(guān)電路(4)開通時(shí)，外接電阻被短路，此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)的電阻全部 為轉(zhuǎn)子自身電阻；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，外接電阻被接入，此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)的電阻值為 轉(zhuǎn)子自身電阻值與外接電阻值之和。當(dāng)轉(zhuǎn)子電流控制器工作時(shí)，電流檢測(cè)裝置 從轉(zhuǎn)子側(cè)檢測(cè)到兩相電流的瞬時(shí)值，通過計(jì)算得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的幅值，然后與外部控制器接入的轉(zhuǎn)子電流幅值給定值進(jìn)行比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到PWM調(diào) 制波，用于控制IGBT開關(guān)電路(4)的開通和關(guān)斷，得到所需的等效電阻值。 本實(shí)用新型的過電壓保護(hù)電路采取分層布線、低阻低感的退耦電容和阻容 吸收回路相結(jié)合的技術(shù)方案。該過壓、限壓保護(hù)電路包括電阻、兩個(gè)二極管和 電容，所述的二極管并聯(lián)電阻后串聯(lián)電容與另一二極管并聯(lián)接于主功率電路的 三極管的集電極和發(fā)射極。而過熱保護(hù)電路采取通過溫度檢測(cè)裝置PT100檢測(cè) 溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度超過安全設(shè)定值時(shí)使驅(qū)動(dòng)器封鎖IGBT，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的技術(shù)方 案。如圖4所示，為本實(shí)用新型的控制電路功能框圖。本實(shí)用新型所述的轉(zhuǎn)子 電流控制器控制單元選擇采用了 INTEL16位單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)所需功能。其流程如 下溫度檢測(cè)裝置與速度和電流檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的信息經(jīng)信號(hào)經(jīng)通信裝置傳 到控制單元，控制單元處理后傳到電源開關(guān)電路和IGTB驅(qū)動(dòng)電路并儲(chǔ)存到程 序存儲(chǔ)器中，過流信號(hào)和過壓信號(hào)經(jīng)通信裝置傳到控制單元與基準(zhǔn)電流比較后 再經(jīng)控制單元處理后送到IGBT驅(qū)動(dòng)電路。如圖5所示，為本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路示意圖。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)速檢 測(cè)電路由兩塊電路板組成。 一塊電路板上嵌有一光電接收管10，且固定不動(dòng)， 另一塊電路板上嵌有六個(gè)光電發(fā)射管11，且隨著發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，嵌有光電發(fā)射管11的電路板也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，且光電發(fā)射管11發(fā)射光電信號(hào)， 而光電接收管10相應(yīng)地接收光電信號(hào)。根據(jù)光電接收管10接收兩次光電信號(hào) 的時(shí)間間隔和相對(duì)的兩光電發(fā)射管11之間的角度可計(jì)算出其轉(zhuǎn)速。本實(shí)施例的軟件部分由主程序、串行通信子程序、PI控制子程序、PWM波 形發(fā)生子程序等組成。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化；其工作流程為首先，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)進(jìn) 入初始化，這時(shí)SP值為tt200H。接著，端位配置、相位比較寄存器、PTS串行 通信設(shè)置依次進(jìn)入初始化，波形發(fā)生器初始化特殊寄存器賦值"允許中斷"， 并開啟WG等待中斷。串行通信子程序負(fù)責(zé)以PTS中斷的方式接受來自上位控制器的基準(zhǔn)電流 信號(hào)。其工作流程為在中斷入口處，程序進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇是起始位時(shí)，程序改CAPC0MP1作為比較方式，并對(duì)其進(jìn)行賦值為40H;程序允許CAPC0MP1 作PTS服務(wù)，并使PTSSEL值為糾OH，系統(tǒng)返回，即進(jìn)行PTS服務(wù)。當(dāng)選擇不 是起始位時(shí)，程序提示"接收是否有錯(cuò)"，如果選擇不是，則進(jìn)入"是否本機(jī) 應(yīng)接收數(shù)據(jù)"；如果選擇"是"，則直接進(jìn)入"重置PTSCB"。當(dāng)選擇本機(jī)應(yīng)接 收數(shù)據(jù)時(shí)，本機(jī)接收數(shù)據(jù)，并提示"報(bào)文接收完否"；如果選擇本機(jī)不應(yīng)接收 數(shù)據(jù)時(shí)，本機(jī)則直接進(jìn)入"重置PTSCB"。不管選擇是否報(bào)文接收完，本機(jī)都 會(huì)重置PTSCB，然后返回。PI控制子程序負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)PI控制算法。其工作流程為首先，程序開始時(shí)， 外部控制器給電流/賦值，電流檢測(cè)裝置對(duì)轉(zhuǎn)子電流采樣得到的電流進(jìn)行數(shù)字 濾波，得到所要的電流值，并根據(jù)《")=/一//得到咖)限幅。接著，控制單 元根據(jù)= "(w-1) + ^.-5 e("-1)得到限幅，再將和代入程序 進(jìn)行疊加后WG中斷返回。PWM波形發(fā)生子程序根據(jù)控制算法設(shè)定的參數(shù)，利用單片機(jī)中的波形發(fā)生 器WG來實(shí)現(xiàn)P麗控制波形的輸出。其工作流程為首先，波形發(fā)生器中斷后， 轉(zhuǎn)子控制器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，并控制電流檢測(cè)裝置對(duì)電流進(jìn)行采樣后與從外部控 制器輸送進(jìn)來的電流值進(jìn)行比較，再調(diào)用算法子程序進(jìn)行計(jì)算。接著，波形發(fā) 生器重載WG—COMP值，并改變輸出脈沖的脈寬。最后，控制器恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回 主程序。
權(quán)利要求1、一種轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于包括控制單元、溫度電流檢測(cè)裝置(PT100)、電流檢測(cè)裝置、三相整流橋(3)、IGBT開關(guān)電路(4)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、限壓保護(hù)電路(5)、過壓保護(hù)電路(6)和附加轉(zhuǎn)子電阻(2)；三相整流橋(3)的輸入端接在繞線式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上，三相整流橋(3)的輸出端構(gòu)成直流母線(7)；IGBT開關(guān)電路(4)，限壓保護(hù)電路(5)，過壓保護(hù)電路(6)分別跨接在直流母線(7)兩端；溫度檢測(cè)裝置(PT100)和電流檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端與控制單元連接，IGBT開關(guān)電路(4)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接；控制單元與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接，控制IGBT開關(guān)電路(4)的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)串入轉(zhuǎn)子繞組的等效附加轉(zhuǎn)子電阻(2)值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子電 流控制器的控制單元與外部控制器的信號(hào)通訊采用串行通信方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于所述三相整流 橋(3)、 IGBT開關(guān)電路(4)、限壓保護(hù)電路(5)、過壓保護(hù)電路(6)、控制 單元、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和過壓保護(hù)板封裝在一個(gè)箱體內(nèi)，溫度檢測(cè)裝置(PT100) 安置在箱體內(nèi)，并檢測(cè)箱體溫度；箱體直接與附加轉(zhuǎn)子電阻相連接，并隨轉(zhuǎn)子 繞組轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于IGBT開關(guān)電路 (4)由驅(qū)動(dòng)電路控制導(dǎo)通和關(guān)斷；轉(zhuǎn)子附加轉(zhuǎn)子電阻(2)直接與繞線式異步發(fā)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，并隨轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路是 IR2125型號(hào)IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于所述的IGBT 開關(guān)電路(4)由三極管與二極管組成，所述的三極管的集電極和發(fā)射極跨接 于所述直流母線(7)上，其基極接于IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，二極管的陰極 接于三極管的集電極，其陽極接于三極管的發(fā)射極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于所述的控制單 元為16位單片機(jī)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子電流控制器，其特征在于控制單元的電源由旋轉(zhuǎn)脈沖變壓器提供。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種轉(zhuǎn)子電流控制器，包括控制單元、溫度電流檢測(cè)裝置、電流檢測(cè)裝置、三相整流橋、IGBT開關(guān)電路、限壓保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路和附加轉(zhuǎn)子電阻；IGBT開關(guān)電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、限壓保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路分別跨接在三相整流橋輸出的直流母線兩端；溫度檢測(cè)裝置和電流檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端與控制單元連接，IGBT開關(guān)電路與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接；控制單元與IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接，控制IGBT的占空比，調(diào)節(jié)串入轉(zhuǎn)子繞組的等效附加轉(zhuǎn)子電阻值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)通過控制串接在轉(zhuǎn)子上的附加電阻值，實(shí)現(xiàn)在0％～10％范圍內(nèi)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率的目的，對(duì)于頻繁變化風(fēng)速，還可有效改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能。
文檔編號(hào)H02M7/217GK201122927SQ20072006047
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者劉文剛, 捷 吳, 楊金明, 慶 鐘 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)