專利名稱：兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，它屬于一種適 用于國內(nèi)外常用的三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)和異步感 應(yīng)發(fā)電機(jī)的、能降低發(fā)電成本的節(jié)能控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，全球面臨資源、環(huán)境和節(jié)能減排的巨大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外專家估計未 來五十年，誰掌握了低碳技術(shù)、可再生能源技術(shù)，誰就掌握了世界。風(fēng)力發(fā) 電無疑是再生能源技術(shù)的重要部分。在風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)中，變漿機(jī)械控 制技術(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)又為關(guān)鍵技術(shù)中的核心。通過變漿機(jī)械控制技術(shù) 能更好的輸出功率品質(zhì)，而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制則能夠使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉 尖速比接近最佳值，提高風(fēng)力發(fā)電的運行效率。由于目前國內(nèi)外常用三種兆 瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和異步感應(yīng)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)，這三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變漿機(jī)械控制技術(shù)幾乎相同，但電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制 技術(shù)卻根據(jù)發(fā)電機(jī)的類型而各不相同。我國對MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)研 究尚處于起步階段，大部分采用或引進(jìn)改造國外技術(shù)，遠(yuǎn)未達(dá)到獨立自主的 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。即使是發(fā)達(dá)國家也未見有人提出用一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制裝置控 制所有類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而是用不同的控制裝置控制不同類型的發(fā)電機(jī)。 即單一的控制方式，這種單一控制方式在電機(jī)或裝置出現(xiàn)故障時，不易提供 充足的配件，或造成大量備用裝置配件的浪費，不易降低發(fā)電成本。國內(nèi)外 專家指出，過去的風(fēng)電成本下降主要的是依據(jù)技術(shù)進(jìn)步，以后風(fēng)電成本進(jìn)一 步下降則更多的是依賴于規(guī)?；?、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)而達(dá)到可再生能源開 發(fā)利用的技術(shù)進(jìn)步，降低可再生能源產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。 綜上所述，我國風(fēng)力發(fā)電研究的形勢對從事風(fēng)力發(fā)電的科研人員既提出了嚴(yán) 峻的挑戰(zhàn)又提供了巨大的機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)難點并提供一種能對直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)、 雙饋發(fā)電機(jī)和異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)通用的且能降低發(fā)電成本的兆 瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)
電機(jī)節(jié)能控制裝置，它由控制器、測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸 發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器組成， 測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電 路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器分別與控制器連接，測速器的轉(zhuǎn)速檢測 端與被控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
本發(fā)明所述兩個變換器由12組絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)Q,-Q12、穩(wěn) 流電感L,、 L2、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、 RELAY2、電容C1、 C2、 二極管D15、 D16、電阻R78、 R2、 R3和R79、直流電壓隔離傳感器DCPT1、 DCPT2、直流電流隔離傳感器DCCT1、 DCCT2、可控硅整流器SCR1、 SCR2、電 流互感器CT1、 CT2和電壓互感器PT1、 PT2組成；其中IGBT開關(guān)Q,-Qe、穩(wěn) 流電感L、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、電容C1、 二極管D15、電 阻R78、 R2、直流電壓隔離傳感器DCPT1、直流電流隔離傳感器DCCT1、可控 硅整流器SCR1、電流互感器CT1和電壓互感器PT1構(gòu)成左側(cè)變換器，IGBT開 關(guān)Qt、 Q2、 Q3的集電極相連后與穩(wěn)流電感Li的一端連接，IGBT開關(guān)Qh Q2、 Q3的發(fā)射極分別與IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Qe的集電極相連并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)A相、B 相、C相連接，IGBT開關(guān)Ch、 Q2、 Q3的門極連接相應(yīng)的觸發(fā)電路，IGBT開關(guān) Q4、 Q5、 Q6的發(fā)射極相連后與電阻R2的下端連接，IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Qe的門 極連接相應(yīng)的觸發(fā)電路，穩(wěn)流電感L的另一端與繼電器的常閉觸點RELAY1 的一側(cè)連接，二極管D15正極與電阻R78的一端連接后與繼電器的常閉觸點 RELAY1的另一側(cè)連接，二極管D15負(fù)極與電阻R78的另一端連接后與電容Cl 和直流電壓隔離傳感器DCPT1的正極相連，電容Cl和直流電壓隔離傳感器 DCPT1的負(fù)極相連后與控制器連接，電容Cl和直流電壓隔離傳感器DCPT1的 正極也與控制器連接，可控硅整流器SCR1的正極與二極管D15正極和電阻
R78的一端連接，可控硅整流器SCR1的負(fù)極與電阻R2的上端連接，直流電 流隔離傳感器DCCT1套裝在常閉觸點RELAY1的左側(cè)和可控硅整流器SCR1的 正極之間并與控制器連接，電流互感器CT1審接在電壓互感器PT1的右側(cè)和 IGBT開關(guān)Q2發(fā)射極之間并與控制器連接，電壓互感器PT1并接在A、 B兩相 之間并與控制器連接；IGBT開關(guān)Q7-Q12、穩(wěn)流電感L2、直流保護(hù)用繼電器的 常閉觸點RELAY2、電容C2、 二極管D16、電阻R3、 R79、直流電壓隔離傳感 器DCPT2、直流電流隔離傳感器DCCT2、可控硅整流器SCR2、電流互感器CT2 和電壓互感器PT2構(gòu)成右側(cè)變換器，所述左右兩側(cè)的變換器完全對稱，故右 側(cè)變換器的所有器件的連接方式與左側(cè)完全相同。
由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，采用同一種控制裝置對三種不同的麗 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)和異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)分別加以電 氣轉(zhuǎn)速控制，便于產(chǎn)品規(guī)?；?、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)降低風(fēng)力發(fā)電成本的 目的。因此，與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有對三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)通用性好和能 降低發(fā)電成本等優(yōu)點。


圖l是本發(fā)明的原理圖2是本發(fā)明裝置中控制器的電路圖3是本發(fā)明裝置中液晶顯示電路圖4是本發(fā)明裝置中絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路圖； 圖5是本發(fā)明裝置中直流電壓緩沖器電路原理圖； 圖6是本發(fā)明裝置中可控硅整流器SCR觸發(fā)電路圖； 圖7是本發(fā)明裝置中直流過電壓保護(hù)器電路圖8是本發(fā)明裝置中交流電流互感器與交流電壓互感器電路原理圖9是本發(fā)明裝置中直流隔離電流傳感器與直流隔離電壓傳感器電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖1所示，本實施例中的兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，它
由控制器1、測速器2、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路4、可控硅 整流器SCR觸發(fā)電路3、直流過電壓保護(hù)器5和兩個變換器6、 7組成，測速 器2、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路4、可控硅整流器SCR觸發(fā)電 路3、直流過電壓保護(hù)器5和兩個變換器6、 7分別與控制器1連接，測速器 2的轉(zhuǎn)速檢測端與被控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
上述兩個變換器6、 7由12組絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)QrQ^穩(wěn) 流電感L、 L2、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、 RELAY2、電容C1、 C2、 二極管D15、 D16、電阻R78、 R2、 R3和R79、直流電壓隔離傳感器DCPT1、 DCPT2、直流電流隔離傳感器DCCT1、 DCCT2、可控硅整流器SCR1、 SCR2、電 流互感器CT1、 CT2和電壓互感器PT1、 PT2組成；其中IGBT開關(guān)Ch-Qe、穩(wěn) 流電感L、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、電容C1、 二極管D15、電 阻R78、 R2、直流電壓隔離傳感器DCPT1、直流電流隔離傳感器DCCT1、可控 硅整流器SCR1、電流互感器CT1和電壓互感器PT1構(gòu)成左側(cè)變換器6， IGBT 開關(guān)Qi、 Q2、 Q3的集電極相連后與穩(wěn)流電感"的一端連接，IGBT開關(guān)Qi、 Q2、 Q3的發(fā)射極分別與IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Q6的集電極相連并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)A相、B 相、C相連接，IGBT開關(guān)Qh Q2、 Q3的門極連接相應(yīng)的觸發(fā)電路，IGBT開關(guān) Q4、 Q5、 Qe的發(fā)射極相連后與電阻R2的下端連接，IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Qs的門 極連接相應(yīng)的觸發(fā)電路，穩(wěn)流電感L的另一端與繼電器的常閉觸點RELAY1 的一側(cè)連接，二極管D15正極與電阻R78的一端連接后與繼電器的常閉觸點 RELAY1的另一側(cè)連接，二極管D15負(fù)極與電阻R78的另一端連接后與電容Cl 和直流電壓隔離傳感器DCPT1的正極相連，電容Cl和直流電壓隔離傳感器 DCPT1的負(fù)極相連后與控制器1連接，電容Cl和直流電壓隔離傳感器DCPT1 的正極也與控制器1連接，可控硅整流器SCR1的正極與二極管D15正極和電 阻R78的一端連接，可控硅整流器SCR1的負(fù)極與電阻R2的上端連接，直流 電流隔離傳感器DCCT1套裝在常閉觸點RELAY1的左側(cè)和可控硅整流器SCR1 的正極之間并與控制器1連接，電流互感器CT1串接在電壓互感器PT1的右側(cè)和IGBT開關(guān)Q2發(fā)射極之間并與控制器1連接，電壓互感器PT1并接在A、 B兩相之間并與控制器1連接；IGBT開關(guān)Q7-Q12、穩(wěn)流電感L2、直流保護(hù)用繼 電器的常閉觸點RELAY2、電容C2、 二極管D16、電阻R3、 R79、直流電壓隔 離傳感器DCPT2、直流電流隔離傳感器DCCT2、可控硅整流器SCR2、電流互 感器CT2和電壓互感器PT2構(gòu)成右側(cè)變換器7，所述左右兩側(cè)的變換器6、 7 完全對稱，故右側(cè)變換器7的所有器件的連接方式與左側(cè)變換器6完全相同。
如圖1所示，變換器左右兩側(cè)分別引出接線端&、 B,、 d、 A2、 B2、 C2, 接線端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的連接取決于所控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型。若風(fēng)力發(fā)電機(jī) 是異步感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)或直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，本發(fā)明裝置出線的一側(cè)與風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的定子相連，另一側(cè)與系統(tǒng)S相連。如所控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是轉(zhuǎn)子 繞組式的雙饋線風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則裝置的一端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，而另一端與 定子相連，此端并同時與系統(tǒng)連接。 一旦定子和轉(zhuǎn)子的接線確定，則將測速 器的端子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。電壓互感器PL可與任意兩相電壓并聯(lián)連接并將 信號送到控制器。三個電流互感器CTM，CTBbCT"此處只畫一相)與相應(yīng)相串 聯(lián)并將其信號接至控制器。
圖1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)G是由變頻驅(qū)動器(VFD)為原動機(jī)控制的異步感應(yīng) 發(fā)電機(jī)、雙饋線感應(yīng)發(fā)電機(jī)或永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)。圖中用VFD去模擬風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的輪漿或葉片即原動機(jī)。因為本裝置是用一套系統(tǒng)控制三種不同的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)，故風(fēng)力原動機(jī)部分是相同的，只是風(fēng)力發(fā)電機(jī)G部分可以替換為以上 所述的三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)中其中任何一種。本裝置有七個連線接頭，其中At、 Bi、 d為一組接頭，A2、 B2、 C2為另一組接頭，這兩組接頭可分別連接在發(fā)電 機(jī)G側(cè)或系統(tǒng)S偵lj，另有一轉(zhuǎn)速測速接頭。由于本控制裝置由兩套變換器(或 稱作測量及控制系統(tǒng))組成，且這兩套變換器所有的原件組成是完全一致的， 即兩套變換器對發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)來說是對稱的，故At、 d或A2、 B2、 C2兩組 接頭可連接到發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)的任一端，這樣可給本裝置的測試及使用帶來極 大的靈活性。但轉(zhuǎn)速測速接頭一定連接在電機(jī)側(cè)。如圖中左側(cè)變換器所示， 由于轉(zhuǎn)速接頭連接在電機(jī)側(cè)，故左側(cè)變換器的部分一定是風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)的變 換器。
對于兆瓦級鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，因發(fā)電機(jī)需要無功功率提供勵磁，
故風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)變換器采用PM技術(shù)根據(jù)不斷變化的風(fēng)速及有功功率而向風(fēng) 力發(fā)電機(jī)提供最優(yōu)的無功功率。需指出的是，無論是風(fēng)力發(fā)電機(jī)G側(cè)或系統(tǒng) S側(cè)的變換器在這種情況下承受或傳遞由異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)出的全部 功率。而IGBT開關(guān)的組合承受2-5兆瓦的功率是完全可行的。
對于兆瓦級永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，由于發(fā)電機(jī)做功的風(fēng)速一般在 30m/s以下，故若使轉(zhuǎn)子控制在此轉(zhuǎn)速下必須使永磁發(fā)電機(jī)的級數(shù)大大增加， 從而導(dǎo)致永磁發(fā)電機(jī)的外形尺寸很大。盡管如此，由于此種發(fā)電機(jī)無轉(zhuǎn)子損 耗及無變速箱結(jié)構(gòu)，故很適用于2-5兆瓦的大型發(fā)電機(jī)的產(chǎn)品化。本發(fā)明裝 置采用的兩變換器對永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)完全可以采用與異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)相同的 型號，即無論是風(fēng)力發(fā)電機(jī)G側(cè)或系統(tǒng)S側(cè)的變換器在這種情況下都可承受 或傳遞由永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)出的全部功率。
對于麗級雙饋線風(fēng)力發(fā)電機(jī)，本裝置A^ Bi、 d或A2、 B2、 C2兩組接頭 中的任意一組需連接到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的相應(yīng)接頭上，而發(fā)電機(jī)的 定子繞組則需直接連接到系統(tǒng)S側(cè)的相應(yīng)相接頭上，再與系統(tǒng)S側(cè)變換器的 另一組接頭連接。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率可通過兩路送入系統(tǒng)， 一路經(jīng) 過定子直接送入系統(tǒng)，另一路則經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組滑環(huán)再經(jīng)兩個變換器交流-直流， 直流-交流變換后送入系統(tǒng)。經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組傳送的有功功率可通過PWM技術(shù)控 制其流動方向，功率的傳送方向取決于發(fā)電機(jī)運行在超同步或亞同步狀態(tài)。 發(fā)電機(jī)側(cè)的變換器可將直流電壓逆變?yōu)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的交流電壓或?qū)⑥D(zhuǎn)子 側(cè)的交流電壓整流為直流電壓。轉(zhuǎn)子電壓的幅值，頻率，相位，相序進(jìn)而對 合成旋轉(zhuǎn)磁場都可以用PWM技術(shù)加以任意控制，同理，這一技術(shù)適用于對功 率的控制。
由電機(jī)學(xué)可知對于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)
發(fā)電機(jī)的超同步速度<formula>complex formula see original document page 9</formula>
發(fā)電機(jī)的亞同步速度 =^(/-/2)
n-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度，(轉(zhuǎn)速/分鐘) 120二常數(shù)
戶二N、 S極數(shù) -f二定子電壓或電流的頻率(HZ) ff轉(zhuǎn)子電壓或電流的頻率(HZ) f2= sf (s為轉(zhuǎn)差率)
由于定子的頻率f是固定的，故轉(zhuǎn)子的頻率f2完全由轉(zhuǎn)差率s控制。
當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行在亞同步運行狀態(tài)時，發(fā)電機(jī)側(cè)變換器會產(chǎn)生一 個與定子旋轉(zhuǎn)磁場相同方向的磁場幫助轉(zhuǎn)子追上并略超過同步速而發(fā)電。當(dāng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行在超同步運行狀態(tài)時，發(fā)電機(jī)側(cè)變換器會產(chǎn)生一個與定子旋 轉(zhuǎn)磁場相反方向的磁場將其超前部分抵消并仍使轉(zhuǎn)子超過同步速而發(fā)電。
總之，對于雙饋線感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，根據(jù)風(fēng)速的不斷變化，兩變換器中 流過的功率可完全被PWM技術(shù)控制在四象限運行。
本控制裝置中的兩變換器在雙饋線風(fēng)力發(fā)電機(jī)中只控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一 部分功率，故兩變換器控制的功率容量相對感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)而言較小，減輕了本裝置中兩變換器的負(fù)擔(dān)，相對便于控制并延長其 壽命。
如圖2所示，所述控制器由主處理器CPU芯片U2 (dsPIC30F6010A)、晶 體振蕩電路、正交編碼器接口、模擬量信號偏置電路、噪聲電容濾波器、編 程口電路、模擬電源連接器、抗干擾濾波器、瞬變電壓穩(wěn)壓器、模擬電源保 護(hù)電路、DC/DC隔離電路、RS485并行通訊接口電路、三個光耦隔離電路、直 流信號電流采集電路、直流信號電壓采集電路、液晶顯示電路、指示燈電路、 鍵盤觸板電路和信號鎖存電路組成。所述主處理器CPU芯片U2 (dsPIC30F6010A)輸出相應(yīng)指令給絕緣柵雙極三極管(IGBT)的門極，可實 現(xiàn)永磁體風(fēng)力發(fā)電機(jī)、異步感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電機(jī)調(diào)速的控制功能，以及轉(zhuǎn)
子繞組式雙饋電風(fēng)力發(fā)電機(jī)的超同步及亞同步運行的有功功率及無功功率的
方向調(diào)節(jié)，并使該電機(jī)調(diào)速控制裝置實現(xiàn)功率的四象限運行；同時主處理器 CPU芯片U2(dsPIC30F6010A)接受由電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)轉(zhuǎn)
化后的信號進(jìn)行檢測，判斷裝置是否過壓、過流，實現(xiàn)使用一套電機(jī)調(diào)速控 制裝置對三種不同兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制。
由圖2a可知，該主處理器CPU芯片U2(dsPIC30F6010A)的管腳49連接 圖2b中晶體振蕩器Ul的管腳3，主處理器CPU芯片U2的管腳12、 32、 48、 71連接數(shù)字電源+5V，電源為主處理器CPU芯片U2供電，主處理器CPU芯片 U2的管腳11、 31、 51、 70連接數(shù)字電源接地點GND，主處理器CPU芯片U2 的管腳25與模擬信號電源AVDD連接，主處理器CPU芯片U2的管腳26與模 擬信號電源接地點AGND連接，主處理器CPU芯片U2的管腳19、 20即PGC、 PGD為編程端口與圖2f編程口電路JP1管腳2、 3連接，主處理器CPU芯片 U2管腳15、 16分別與圖2c中正交編碼測速器U3 (QE_C0N)的管腳4、 2連 接，主處理器CPU芯片U2的管腳58、 61、 62、 63、 66、 67、 68、 69為數(shù)據(jù) 線，這些數(shù)據(jù)線與圖3a中液晶顯示電路芯片U8的相應(yīng)數(shù)據(jù)線連接，接收從 主處理器CPU芯片U2發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，主處理器CPU芯片U2的管腳 1、 76、 77、 78、 79、 80為P麗操作控制端，用來發(fā)送觸發(fā)信號去控制IGBT 開關(guān)觸發(fā)電路，以及IGBT開關(guān)Q1 (IGBT-G80N60)的通斷操作(相同電路共 有6路，此處只表述一路)；主處理器CPU芯片U2的管腳72、 73分別是圖1 中可控硅整流器SCR1、 SCR2的導(dǎo)通控制端，用來發(fā)送可控硅整流器門極觸發(fā) 信號，控制圖6al、圖6bl、圖6a2、圖6b2中可控硅整流器SCR觸發(fā)電路， 以及圖6cl、圖6c2中可控硅整流器SCR1(KK3000-76K717)和可控硅整流器 SCR2(KK3000-76K717)的導(dǎo)通；主處理器CPU芯片U2的管腳74、 75分別是直 流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、 RELAY2輸出端，分別與圖7al中光耦芯 片T6管腳2和圖7a2中光耦芯片T7管腳2連接，用來當(dāng)裝置失電或裝置退 出運行時，將圖1中的兩個變換器隔離；主處理器CPU芯片U2的管腳17、 18、 21、 22、 27、 28、 29、 30為模擬信號偏置電路的采集端，主處理器CPU芯片U2的管腳17、 18、 21檢測發(fā)電機(jī)側(cè)三相電流，主處理器CPU芯片U2的 管腳22檢測發(fā)電機(jī)側(cè)單相電壓，主處理器CPU芯片U2的管腳27、 28、 29檢 測系統(tǒng)側(cè)三相電流，主處理器CPU芯片U2的管腳30檢測系統(tǒng)側(cè)單相電壓； 通過這些端口主處理器CPU芯片U2對圖8a、圖8b中電機(jī)側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的交流 電流互感器CT，交流電壓互感器PT采集信號并偏置成正值進(jìn)行分析控制； 主處理器CPU芯片U2的管腳33、 34、 35、 36為直流信號采集電路的信號采 集端，通過圖2p、圖2q及圖9a、 9b、 9c、 9d中的直流隔離電流互感器U16、 U17，直流電壓隔離互感器U18、 U19采集直流側(cè)的有關(guān)信號，并進(jìn)行分析控 制；主處理器CPU芯片U2的管腳41、 42、 43為通訊端，該通訊端與其它裝 置進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，主處理器CPU芯片U2的管腳2、 3、 4、 5、 6、 7、 8分別與 圖3c中相應(yīng)的發(fā)光二極管LED—1- LED—7正極相連，其作用是顯示裝置的運 行狀態(tài)；主處理器CPU芯片U2的管腳54、 55、 56、 57、 64、 65連接控制母 線，主要作用是完成片選及讀寫的功能，并與圖3a中液晶顯示電路芯片U8 的相應(yīng)管腳連接；主處理器CPU芯片U2的管腳64為圖3a中芯片U8管腳8 的選通信號；主處理器CPU芯片U2管腳59通過圖3e芯片U9管腳1給圖3d 中8個按鍵提供選通信號，有效的防止按鍵誤動；主處理器CPU芯片U2的管 腳9是復(fù)位管腳；主處理器CPU芯片U2的管腳10、 23、 24、 37、 38、 39、 40、 44、 45、 46、 47、 50、 52、 53、 60分別與并聯(lián)上拉電阻Rl、 R4—R17的 一端相連，并聯(lián)電阻的另一端連接數(shù)字電源+ 5V，作用是向數(shù)據(jù)線提供可靠 電位，主處理器CPU芯片U2的管腳13、 14懸空。電容C31串接在主處理器 CPU芯片U2的管腳25和26之間，磁珠Ml串接在主處理器CPU芯片U2的管 腳26和11之間。
圖2b是晶體振蕩電路，作用是為主處理器CPU芯片U2輸入時鐘脈沖； 晶體振蕩電路由晶體振蕩芯片Ul(XTAU組成；芯片Ul的管腳1懸空，芯片 Ul的管腳2與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片Ul的管腳3與主處理器CPU 芯片U2的管腳49連接，芯片U1的管腳4與數(shù)字電源+ 5V連接。
圖2c為正交編碼器接口，其作用是與外部正交編碼器連接，用于檢測電
機(jī)轉(zhuǎn)速；正交編碼器接口由正交編碼信號輸入接口芯片U3 (QE一CON)組成； 芯片U3的管腳1與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片U3的管腳2、 4與主處理 器CPU芯片的管腳16、 15連接，將正交編碼器信號發(fā)送給主處理器CPU芯 片U2，芯片U3的管腳3與數(shù)字電源+5V連接。
圖2d為模擬量信號偏置電路，其作用是將采集的模擬量偏置為正信號， 通過交流電流互感器CT、交流電壓互感器PT采集圖1中的兩變換器交流側(cè) 的電流、電壓進(jìn)行分析控制；模擬量信號偏置電路由八路相同的電路構(gòu)成， 每路都由運算放大器U4(LM1558)、電阻R18、 R19、 R20、電容C32、 C3、 C4、 穩(wěn)壓管VI和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS1組成；其中運算放大器U4的管腳1、 3相連后并與電阻R20的一端相連接，電阻R20的另一端與主處理器CPU芯 片U2的管腳17連接，運算放大器U4的管腳2與電阻R18和R19的一端連接， 電阻R18的另一端與主處理器CPU芯片U2的管腳25連接，電阻R19的另一 端與圖8a中交流電流互感器CT1的管腳1 (ACCTA1)連接，運算放大器U4 的管腳4與模擬電源+12V及電容C3的一端連接，電容C3的另一端與模擬電 源接地點AGND連接，運算放大器U4的管腳8與模擬電源一12V及電容C32 的一端連接，電容C32的另一端與模擬電源接地點AGND連接，穩(wěn)壓管VI的 負(fù)極、電容C4的一端和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS1的負(fù)極與電阻R20的另一 端連接后并與主處理器CPU芯片U2的管腳17連接，穩(wěn)壓管VI的正極、電容 C4的另一端和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS1的正極與模擬電源接地點AGND連接；
組成此模擬信號偏置電路共有八路(此處只畫出一路)，其余七路分別與主處 理器CPU芯片U2的管腳18、 21、 22、 27、 28、 29、 30連接。
圖2e為噪聲電容濾波器，作用是避免主處理器CPU芯片U2受到交流信 號的干擾；噪聲電容濾波器由電容C5、 C6、 C7、 C8組成；四個并聯(lián)電容C5、 C6、 C7、 C8的一端與數(shù)字電源+5V連接，四個并聯(lián)電容C5、 C6、 C7、 C8的 另一端與數(shù)字電源接地點GND連接。
圖2f為主處理器CPU芯片U2(dsPIC30F6010A)的編程口電路，作用是通 過該編程電路把程序?qū)懙街魈幚砥鰿PU芯片U2中；該編程口電路由編程信號放大芯片JP1和電阻R21組成，芯片JP1的管腳1懸空，芯片JP1的管腳2、 3為編程端口，分別與主處理器CPU芯片U2的管腳19、 20連接，芯片JP1 的管腳4與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片JP1的管腳5與數(shù)字電源+5V連 接，芯片JP1的管腳6與主處理器CPU芯片U2的管腳9連接，芯片JP1的管 腳6同時與電阻R21的一端連接，電阻R21.的另一端與數(shù)字電源+5V連接。
圖2g為模擬電源連接器，其作用是向主處理器CPU芯片U2和偏置電路 提供可靠電源；模擬電源連接器由穩(wěn)壓管L11(78M05)、電容C9、 CIO、 二極 管D1、 D2組成；穩(wěn)壓管L11(78M05)的管腳1與電容CIO的一端連接，同時 與模擬電源+12V連接，穩(wěn)壓管Lll的管腳2輸出模擬信號電源接地點AGND， 并與主處理器CPU芯片U2的管腳26連接，穩(wěn)壓管Lll的管腳3輸出模擬信 號電源AVDD，并與主處理器CPU芯片U2的管腳25連接，穩(wěn)壓管L11的管腳 3同時與二極管Dl的正極、二極管D2的負(fù)極和電容C9的一端連接，二極管 Dl的負(fù)極與模擬電源+12V連接，二極管D2的正極和電容C9、 C10的另一端 與模擬電源接地點AGND連接。
圖2h為抗干擾濾波器，其作用是為主處理器CPU芯片U2、運算放大器 U4和圖2k中DC/DC隔離模塊DC1 (DC-5V)提供可靠模擬電源；抗干擾濾波 器由8個磁珠M2-M9組成；其中磁珠M2的一端與數(shù)字電源V+24連接，另一 端為輸出濾波后數(shù)字電源+ 24V;磁珠M3的一端與數(shù)字電源G24連接，另一 端為輸出濾波后數(shù)字電源地24GND;磁珠M4的一端與模擬電源V+15連接， 另一端為輸出濾波后模擬電源+15V;磁珠M5的一端與數(shù)字電源V+5連接， 另一端為輸出濾波后數(shù)字電源+ 5V;磁珠M6的一端與數(shù)字電源G5連接，另 一端為輸出濾波后數(shù)字電源接地點GND;磁珠M7的一端與模擬電源V+12連 接，另一端為輸出濾波后模擬電源+12V;磁珠M8的一端與模擬電源G12連 接，另一端為輸出濾波后模擬電源接地點AGND;磁珠M9的一端與模擬電源 V-12連接，另一端為輸出濾波后模擬電源-12V;
圖2i為瞬變電壓穩(wěn)壓器，作用是在外部電壓出現(xiàn)沖擊時，為主處理器 CPU芯片U2提供穩(wěn)定的+5V電壓；瞬變電壓穩(wěn)壓器由電容El和瞬態(tài)電壓抑制
二極管TVS2組成；其中電容El的正極和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS2的負(fù)極與 數(shù)字電源+5V連接，電容El的負(fù)極和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS2的正極與數(shù) 字電源接地點GND連接。
圖2j為模擬電源保護(hù)電路，其作用是濾除交流分量，使模擬電源信號更 加穩(wěn)定；模擬電源保護(hù)電路由電容E2和電容E3組成，其中電容E2的負(fù)極與 模擬電源+12V連接，電容E2的正極與模擬信號電源接地點AGND連接，電容 E3的正極與模擬電源-12V連接，電容E3的負(fù)極與模擬信號電源接地點AGND 連接。
圖2k為DC/DC隔離電路，其作用是為圖21芯片U5 (MAX485)、圖2m光 耦隔離芯片Tl (TLP113)、圖2n光耦隔離芯片T2(TLP113)和圖2o光耦隔離芯 片T3(TLP113)提供隔離后的電源SV5和隔離后的電源地SG5; DC/DC隔離電 路由DC/DC隔離模塊DC1 (DC-5V)和電容Cll組成，DC/DC隔離模塊DC1的 管腳14和管腳1分別連接數(shù)字電源+5V和數(shù)字電源接地點GND， DC/DC隔離 模塊DC1的管腳9和管腳8分別連接輸出后的隔離正電源SV5和隔離后的地 SG5， DC/DC隔離模塊DC1的管腳9和管腳8分別與電容Cll的兩端相連接。
圖21為RS485并行通訊接口電路，其作用是完成主處理器CPU芯片U2 與其它裝置的通訊；RS485并行通訊接口電路由芯片U5 (MAX485)、瞬態(tài)電壓 抑制二極管TVS3、 TVS4、 TVS5、電阻R22、 R23和磁珠M10、 Mil組成;芯片 U5的管腳4與圖2m光耦隔離芯片Tl (TLP113)的管腳4連接，芯片U5的管腳 2、 3與圖2o光耦隔離芯片T3(TLP113)的管腳4連接，芯片U5的管腳1與圖 2n光耦隔離芯片T2(TLP113)的管腳1連接，芯片U5的管腳5與電阻R22的 一端連接，并且與DC/DC隔離模塊DC1的管腳8連接，芯片U5的管腳8與電 阻R23的一端連接，并且與DC/DC隔離模塊DC1的管腳9連接，芯片U5的管 腳6與電阻R23的另一端、瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS5正極和磁珠Mil的一端 連接，芯片U5的管腳7與電阻R22的另一端、瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS3正 極和磁珠M10的一端連接，瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS3、 TVS4、 TVS5的負(fù)極相 連接在一起，磁珠M10和磁珠M11的另一端分別輸出通訊信號485B、 485A，瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS4的負(fù)極與DC/DC隔離模塊DC1的管腳8連接。
圖2m為光耦隔離電路，其作用是傳送遠(yuǎn)程信號或和其它設(shè)備進(jìn)行通訊聯(lián) 絡(luò)；光耦隔離電路由光耦隔離芯片T1(TLP113)、電阻R24、 R25和電容C12 組成；光耦隔離芯片T1的管腳1與電阻R24的一端連接，電阻R24的另一端 與數(shù)字電源+5V連接，芯片Tl的管腳2與主處理器CPU芯片U2的管腳41連 接，芯片T1的管腳5和3分別與電容C12的兩端連接，芯片T1的管腳5和 3同時分別與DC/DC隔離模塊DC1的管腳9和8連接，芯片Tl的管腳4與芯 片U5 (MAX485)的管腳4連接，芯片Tl的管腳5和4分別與電阻R25的兩 端連接。
圖2n為第二個光耦隔離電路，其作用是傳送遠(yuǎn)程信號或和其它設(shè)備進(jìn)行 通訊聯(lián)絡(luò)；第二個光耦隔離電路由光耦隔離芯片T2(TLP113)、電阻R26、 R27 和電容C13組成；光耦隔離芯片T2的管腳1與芯片U5 (MAX485)的管腳1 連接，芯片T2的管腳2與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與DC/DC 隔離模塊DC1的管腳9連接，芯片T2的管腳3與電阻R26的一端和電容C13 的一端連接后同時與數(shù)字電源+5V連接，芯片T2的管腳5與電容C13的另一 端連接后與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片T2的管腳4與電阻R26的另一端 連接后與主處理器CPU芯片U2的管腳42連接。
圖2o為第三個光耦隔離電路，其作用是傳送遠(yuǎn)程信號或和其它設(shè)備進(jìn)行 通訊聯(lián)絡(luò)；第三個光耦隔離電路由光耦隔離芯片T3(TLP113)、電阻R28、 R29 和電容C14組成；光耦隔離芯片T3的管腳1與電阻R28的一端連接，電阻 R28的另一端與數(shù)字電源+5V連接，光耦隔離芯片T3的管腳2與主處理器CPU 芯片U2的管腳43連接，光耦隔離芯片T3的管腳3連接電容C14的一端，并 同時與DC/DC隔離模塊隔DC1管腳8連接，電容C14的另一端與電阻R29的 一端和光耦隔離芯片T3的管腳5連接，光耦隔離芯片T3的管腳4連接電阻 R29的另一端，并同時與芯片U5的管腳2、 3連接，光耦隔離芯片T3的管腳 5與DC/DC隔離模塊隔DC1管腳9連接。
圖2p為直流信號電流采集電路，其作用是檢測IGBT觸發(fā)電路中直流側(cè)
電流是否過大，當(dāng)電流過大時，圖1中整個直流回路失電，使兩側(cè)變換器隔
離；直流信號電流采集電路由芯片U6(LM1558)、電阻R30、 R31、 R32、電壓 分壓器RW1組成，芯片U6的管腳1與電阻R32的一端連接后并與主處理器 CPU芯片U2的管腳36連接，芯片U6管腳2與電阻R30的一端和電壓分壓器 RW1的管腳3連接，電壓分壓器RW1的管腳2與電壓分壓器RW1的管腳1連 接后并與模擬電源接地點AGND連接，電阻R30的另一端與模擬電源+15V連 接，芯片U6的管腳3與電阻R31的一端和電阻R32的另一端連接，電阻R31 的另一端與圖9a中電壓隔離傳感器U16的管腳4連接；此相同直流采集信號 電路共有兩路(此處只畫出一路)，另一路與主處理器CPU芯片U2的管腳34 連接。
圖2q為直流信號電壓采集電路，其作用是檢測IGBT觸發(fā)電路中直流側(cè) 電壓是否過大，當(dāng)電壓過大時，整個直流回路失電，使兩側(cè)變化器隔離；直 流信號電壓采集電路由芯片U7(LM1558)組成；芯片U7的管腳1和管腳3與 主處理器CPU芯片U2的管腳35連接，芯片U7的管腳2與圖9c中電壓隔離 傳感器U18的管腳4連接；此相同直流信號電壓采集電路共有兩路(此處只 畫出一路)，另一路與主處理器CPU芯片U2的管腳33連接。圖2p和圖2q共 同構(gòu)成直流信號采集電路。
圖3a為液晶顯示電路，其作用是由主處理器CPU芯片U2 (dsPIC30F6010A) 通過BLC向PNP三極管發(fā)命令來驅(qū)動液晶顯示完成顯示功能；液晶顯示電路 由芯片U8(GLCD) 、 PNP三極管Pl、電壓分壓器RW2、電容C15、電阻R33組 成，電阻R33的一端與主處理器CPU芯片U2的管腳65連接以接收發(fā)光命令， 電阻R33的另一端與三極管Pl的基極連接，芯片U8的數(shù)據(jù)線管腳9-16分別 與主處理器CPU芯片U2的管腳58、 61、 62、 63、 66、 67、 68、 69連接，芯 片U8的管腳1、 2、 6、 7、 8分別與主處理器CPU芯片U2的管腳54、 55、 56、 57、 64連接，作用是完成片選及讀寫功能，芯片U8的管腳4和管腳17分別 和三極管Pl的集電極和發(fā)射極連接，芯片U8的管腳4同時與電容C15的一 端連接，電容C15的另一端與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片U8的管腳18與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片U8的管腳5與電壓分壓器RW2的管腳2連 接，電壓分壓器RW2的管腳1與模擬電源一12V連接，電壓分壓器RW2的管 腳3與數(shù)字電源接地點GND連接，芯片U8的管腳3與數(shù)字電源接地點GND連 接。
圖3b為上拉電阻電路，其作用是給按鍵提供高電平信號，上拉電阻電路 由8個電阻R34-R41組成；8個并聯(lián)電阻R34-R41 —端分別與圖3d相對應(yīng)的 按鍵Kl-K8的一端相連接，8個并聯(lián)電阻R34-R41的另一端與數(shù)字電源+5V 連接。
圖3c為指示燈電路，其作用是可靠的實現(xiàn)電路的指示功能，指示燈電路 由七個PNP三極管P2、 P3、 P4、 P5、 P6、 P7、 P8、七個發(fā)光二極管LED—1、 LED—2、 LED—3、 LED—4、 LED—5、 LED—6、 LED_7和14個電阻R42 R55組成； 七個三極管P2-P8的發(fā)射極與數(shù)字電源+5￥連接，電阻R42、 R44、 R46、 R48、 R50、R52、R54的一端分別與主處理器CPU芯片U2的管腳2-8連接，電阻R42、 R44、 R46、 R48、 R50、 R52、 R54的另一端分別與三極管P2—P8的基極連接， 電阻R43、 R45、 R47、 R49、 R51、 R53、 R55的一端分別與發(fā)光二極管LED—1-LED—7的正極連接，電阻R43、 R45、 R47、 R49、 R51、 R53、 R55的另一端分 別與三極管P2—P8的集電極極連接，發(fā)光二極管LED—1- LED—7的負(fù)極與數(shù) 字電源接地點GND連接。
圖3d為鍵盤觸板電路，作用是輸入人機(jī)對話信號；鍵盤觸板電路由8個 并聯(lián)雙向開關(guān)Kl-K8和8個電容C16-C23組成;其中8個并聯(lián)雙向開關(guān)Kl-K8 的一端分別和8個電容C16-C23的一端連接，8個并聯(lián)雙向開關(guān)Kl-K8的另 一端和8個電容C16-C23的另一端與數(shù)字電源接地點GND連接。
圖3e為信號鎖存電路，其作用是對主處理器CPU芯片U2 (dsPIC30F6010A) 數(shù)據(jù)線D0-D7發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存；信號鎖存電路由芯片U9(74LS373)和電 容C24組成，芯片U9的管腳1 KEY為觸發(fā)信號，它與主處理器CPU芯片U2 管腳59連接，芯片U9的管腳9、 6、 5、 2、 12、 15、 16、 19分別與主處理器 CPU芯片U2的管腳58、 61、 62、 63、 66、 67、 68、 69連接，芯片U9的管腳
8、 7、 4、 3、 13、 14、 17、 18分別與圖3d相對應(yīng)并聯(lián)雙向開關(guān)Kl-K8的一 端連接；芯片U9的管腳11、 20與電容C24的一端連接，同時與數(shù)字電源+5V 連接，電容C24的另一端與數(shù)字電源接地點GND連接；芯片U9的管腳10與 數(shù)字電源接地點GND連接。
如圖4所述，絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路由隔離電源輸出電 路、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路和絕緣柵型雙極三極管IGBT開 關(guān)組成；圖4al為隔離電源輸出電路，作用是給IGBT驅(qū)動檢測集成芯片U10 (EXB841)提供穩(wěn)定20V電源；隔離電源輸出電路由DC/DC隔離模塊DC2 (DC-24V)和穩(wěn)壓管L12(78M20)組成;DC/DC隔離模塊DC2的管腳8、 10分 別與穩(wěn)壓管L12的管腳1、 2連接，DC/DC隔離模塊DC2的管腳1與數(shù)字電源 24VGND連接，DC/DC隔離模塊DC2的管腳14與數(shù)字電源+24V連接；穩(wěn)壓管 L12的管腳3與圖4bl中集成芯片U10 (EXB841)的管腳2連接。此相同隔離 電源輸出電路共有六路，每路的元件和連接方式相同。
圖4bl為絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路，其作用是驅(qū)動IGBT 開關(guān)；IGBT開關(guān)觸發(fā)電路由集成芯片UIO (EXB841)、電容E4、 E5、電阻R56 和二極管D3組成，其中集成芯片U10的管腳15與主處理器CPU芯片U2的管 腳76連接，集成芯片U10的管腳3與電阻R56 —端連接，電阻R56另一端與 圖4cl中IGBT開關(guān)Ql (IGBT-G80N60)的門極連接，作用是為IGBT開關(guān)Ql提 供導(dǎo)通或斷開信號，集成芯片U10的管腳4、 5、 7、 8、 10、 ll懸空，集成芯 片U10的管腳1、 2分別與電容E4和E5的正極連接，集成芯片U10的管腳9 與電容E4和E5的負(fù)極連接，集成芯片U10的管腳6與二極管D3的正極連接， 二極管D3的負(fù)極與直流信號DCl+連接；此相同IGBT觸發(fā)電路共有六路，圖 4a2和圖4b2組成第二路IGBT觸發(fā)電路，其中圖4b2中集成芯片U11(EXB841) 的管腳15與主處理器CPU芯片U2的管腳77連接，圖4a3和圖4b3組成第 三路IGBT觸發(fā)電路，其中圖4b3中集成芯片U12 (EXB841)的管腳15與主 處理器CPU芯片U2的管腳78連接，圖4a4和圖4b4組成第四路IGBT觸發(fā) 電路，其中圖4b4中集成芯片U13 (EXB841)的管腳15與主處理器CPU芯片U2的管腳79連接，圖4a5和圖4b5組成第五路IGBT觸發(fā)電路，其中圖4b5 中集成芯片U14(EXB841)的管腳15與主處理器CPU芯片U2的管腳80連接, 圖4a6和圖4b6組成第六路IGBT觸發(fā)電路，其中圖4b6中集成芯片U15 (EXB841)管腳15與主處理器CPU芯片U2的管腳1連接，它們分別驅(qū)動圖 l控制裝置電路中IGBT開關(guān)Q1—Q12。
圖4cl為絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)，作用是IGBT開關(guān) Q1(IGBT-G80N60)通過主處理器CPU芯片U2 (dsPIC30F6010A)發(fā)出觸發(fā)信號 和相應(yīng)的IGBT觸發(fā)電路來實現(xiàn)IGBT開關(guān)的通斷；此IGBT開關(guān)觸發(fā)電路共有 六路，用來實現(xiàn)對永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)及異步感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子側(cè)電壓、電流 幅值和頻率的控制以及交直流的變換過程，對于雙饋線風(fēng)力發(fā)電機(jī)可根據(jù)風(fēng) 速判別發(fā)電機(jī)的超同步和亞同步的運行，從而完成功率的四象限控制；IGBT 開關(guān)由Q1—Q12(IGBT-G80N60)組成，IGBT開關(guān)Ql的柵極與IGBT觸發(fā)電路中 R56的一端連接，IGBT開關(guān)Ql的集電極與直流信號DCl+連接，IGBT開關(guān)Ql 的發(fā)射極與圖1中發(fā)電機(jī)A相A1連接；此相同IGBT開關(guān)電路共有12個(此 處只畫出六路)，每一路的元件和連接關(guān)系相同，不再詳述。圖4cl、圖4c2、 圖4c3、圖4c4、圖4c5、圖4c6相應(yīng)的IGBT開關(guān)Ql (IGBT-G80N60) — Q6(IGBT-G80N60)為發(fā)電機(jī)側(cè)控制開關(guān)，剩余六組IGBT開關(guān)為系統(tǒng)測控制開 關(guān)。
如圖5所示，直流電壓緩沖器電路由兩路相同的電壓緩沖器構(gòu)成，每一 路的電壓緩沖器由1個二極管、1個電容和1個電阻組成；圖5al中的電壓 緩沖器二極管D15、電容Cl和電阻R78組成，電阻R78的一端與二極管D15 的正極連接后與直流信號DCl+連接，電阻R78的另一端與二極管D15的負(fù)極 連接后與直流信號Cl+連接，電容C1的一端與直流信號Cl+連接，電容C1另 一端與直流信號DC-連接；其作用是防止發(fā)電機(jī)側(cè)整流后產(chǎn)生的大電流和大 電壓對電路的沖擊；5a2中的電壓緩沖器與圖5al中的電壓緩沖器元件和連 接相同，其作用是防止系統(tǒng)測整流后產(chǎn)生的大電流和大電壓對電路的沖擊。
如圖6所示，可控硅整流器SCR觸發(fā)電路由隔離電源輸出電路和光耦合
觸發(fā)電路組成；圖6al為隔離電源輸出電路，作用是為圖6bl光耦合觸發(fā)電 路提供24V隔離電源和隔離地；隔離電源輸出電路由DC/DC隔離器DC7 (DC-24V)構(gòu)成；DC/DC隔離器DC7的管腳14和管腳1分別接入數(shù)字電源 +24V和數(shù)字電源24VGND， DC/DC隔離器DC7的管腳8和管腳10分別是輸出 隔離后的正電源24V和隔離后的地24G，并分別與圖6bl光耦芯片T4(TLP127) 管腳4和圖6bl中電阻R66的一端、穩(wěn)壓管V2的正極連接。圖6bl為光耦合 觸發(fā)電路，其作用是為圖6cl中可控硅整流器SCRl (KK3000-76K717)門極 提供足夠的正向電壓以使可控硅整流器SCR1 (KK3000-76K717)的陽極向陰極 導(dǎo)通；光耦合觸發(fā)電路由光耦芯片T4(TLP127)、 二極管Dll、穩(wěn)壓管V2及電 阻R64、 R65、 R66、 R67組成，光耦芯片T4的管腳2與主處理器CPU芯片U2 的管腳72連接；光耦芯片T4的管腳1與電阻R64的一端連接，電阻R64的 另一端與數(shù)字電源+5V連接，光耦芯片T4的管腳3與電阻R66、 R67的一端 和二極管Dll的正極連接，光耦芯片T4的管腳4與DC/DC隔離器DC7的管腳 8連接，并與電阻R65的一端和二極管Dll的負(fù)極連接，電阻R65的另一端 與直流信號DC-連接，電阻R67的另一端與可控硅整流器SCR1的門極連接， 穩(wěn)壓管V2的正極與電阻R66的另一端連接，穩(wěn)壓管V2的負(fù)極與電阻R65的 另一端連接；圖6al和圖6bl共同構(gòu)成可控硅整流器SCR驅(qū)動電路，當(dāng)發(fā)電 機(jī)側(cè)出現(xiàn)過電流或過電壓時，使可控硅整流器SCR導(dǎo)通，將能量導(dǎo)向圖6cl 中電阻R2，從而保護(hù)直流電路及IGBT開關(guān),此相同可控硅整流器SCR觸發(fā)電 路共有兩路，另一路由圖6a2和圖6b2組成，作用是當(dāng)系統(tǒng)側(cè)出現(xiàn)過電流或 過電壓時，使可控硅整流器SCR2 (KK3000-76K717)導(dǎo)通，將能量導(dǎo)向圖6c2 中電阻R3,其中圖6b2中光耦芯片T5管腳2與主處理器CPU芯片U2的管腳 73連接。
圖6cl為可控硅整流器SCR晶閘管保護(hù)電路，作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)整流后 直流電壓或電流過大時圖6cl中可控硅整流器SCR1(KK3000-76K717)導(dǎo)通， 此時電壓及能量加到大功率電阻R2兩端，有效的保護(hù)IGBT開關(guān)。可控硅整 流器SCR晶閘管保護(hù)電路由可控硅整流器SCRl (KK3000-76K717)和大功率電
阻R2組成；可控硅整流器SCR1的陰極與電阻R2的一端連接，電阻R2的另 一端與直流信號DC-連接，可控硅整流器SCR1的門極與電阻R67的一端連接， 可控硅整流器SCR1的陽極與直流信號DCl+連接；此相同可控硅整流器SCR 晶閘管保護(hù)電路共有兩路，另一路如圖6c2,作用是當(dāng)系統(tǒng)側(cè)整流后直流電 壓或電流過大時圖6c2中可控硅整流器SCR2(KK3000-76K717)導(dǎo)通，此時電 壓及能量加到大功率電阻R3兩端，有效的保護(hù)IGBT開關(guān)。
如圖7所示，直流過電壓保護(hù)器由光耦觸發(fā)電路和開關(guān)量輸出電路構(gòu)成； 圖7al為光耦觸發(fā)電路，作用是給圖7bl中繼電器Jl提供導(dǎo)通信號；光耦觸 發(fā)電路由光耦芯片T6(TLP127)和電阻R74組成；光耦芯片T6管腳1與電阻 R74的一端連接，電阻R74的另一端與數(shù)字電源+5V連接，光耦芯片T6管腳 2與主處理器CPU芯片U2的管腳74連接，光耦芯片T6管腳3與數(shù)字電源 24VGND連接，光耦芯片T6管腳4與圖7bl繼電器Jl管腳2連接。
圖7bl為開關(guān)量輸出電路，作用是當(dāng)圖1中兩變換器停止工作時將接入 直流主控回路的繼電器常閉端打開，使電路失電，保護(hù)相應(yīng)電路；開關(guān)量輸 出電路由一個繼電器Jl和一個二極管D13組成；繼電器Jl管腳1與二極管 D13的負(fù)極連接后與數(shù)字電源+24V連接，繼電器Jl管腳2與二極管D13的正 極連接后與光耦芯片T6管腳4連接，繼電器Jl管腳3與直流信號DCl+連接， 繼電器J1管腳4懸空，繼電器Jl管腳5與直流信號DC-連接；圖7al和圖 7bl共同構(gòu)成過電壓保護(hù)器電路，作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)變換器停止工作時，圖 7bl中繼電器Jl常閉端打開，使整個直流回路完全失電；此相同過電壓保護(hù) 器電路共有兩路，另一路由圖7a2和圖7b2組成，作用是當(dāng)系統(tǒng)側(cè)變換器停 止工作時，圖7b2中繼電器J2常閉端打開，使整個直流回路完全失電；其中 圖7a2中光耦芯片T7管腳2與主處理器CPU芯片U2的管腳75連接。
圖8a為交流電流互感器采樣電路，其作用是將圖1中發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)側(cè)大 電流交流信號轉(zhuǎn)化成小電流信號，從而便于電流采樣，也使電流采樣結(jié)果更 加精準(zhǔn)，交流電流互感器采樣電路由六組交流電流互感器組成，分別是CT1、 CT2、 CT3、 CT4、 CT5、 CT6，它們分別將小電流信號ACCTA1、 ACCTB1、 ACCTC1、
ACCTA2、 ACCTB2、 ACCTC2傳給模擬信號偏置電路中進(jìn)行偏置；交流電流互感 器CT1的管腳1與交流信號ACCTA1連接，交流電流互感器CT1的管腳2與模 擬電源接地點AGND連接，交流電流互感器CT2的管腳1與交流信號ACCTB1 連接，交流電流互感器CT2的管腳2與模擬電源接地點AGND連接，交流電流 互感器CT3的管腳1與交流信號ACCTC1連接，交流電流互感器CT3的管腳2 與模擬電源接地點AGND連接，交流電流互感器CT4的管腳1與交流信號 ACCTA2連接，交流電流互感器CT4的管腳2與模擬電源接地點AGND連接， 交流電流互感器CT5的管腳1與交流信號ACCTB2連接，交流電流互感器CT5 的管腳2與模擬電源接地點AGND連接，交流電流互感器CT6的管腳1與交流 信號ACCTC2連接，交流電流互感器CT6的管腳2與模擬電源接地點AGND連 接，其中三相交流電流互感器即CT1、 CT2、 CT3對發(fā)電機(jī)側(cè)三相電流進(jìn)行采 樣，CT4、 CT5、 CT6對系統(tǒng)側(cè)三相電流進(jìn)行采樣。
圖8b為交流電壓互感器采樣電路，作用是將圖1中發(fā)電機(jī)側(cè)和系統(tǒng)側(cè)交 流大壓流信號轉(zhuǎn)化成小壓流信號，從而便于電壓采樣，也使電壓采樣結(jié)果更 加精準(zhǔn)；交流電壓互感器采樣電路由交流電壓互感器PT1、 PT2和電阻R76、 R77組成；其中交流電壓互感器PT1的管腳1與電阻R76的一端連接，電阻 R76的另一端與輸出交流信號CH1連接，交流電壓互感器PT1的管腳2與輸 入交流信號CHW連接，交流電壓互感器PT1的管腳3與輸出交流信號ACPTA1 連接，交流電壓互感器PT1的管腳4與模擬電源接地點AGND連接；交流電壓 互感器PT2的管腳1與電阻R77的一端連接，電阻R77的另一端與輸出交流 信號CH2連接，交流電壓互感器？12的管腳2與輸入交流信號012*連接，交 流電壓互感器PT2的管腳3與輸出交流信號ACPTA2連接，交流電壓互感器 PT2的管腳4與模擬電源接地點AGND連接；交流電壓互感器PT1、 PT2分別
將小電壓信號傳給模擬信號偏置電路中進(jìn)行偏置；其中每一相電壓互感器為 一路，交流電壓互感器PT1對發(fā)電機(jī)側(cè)單相電壓進(jìn)行采樣，交流電壓互感器 PT2對系統(tǒng)側(cè)單相電壓進(jìn)行采樣。
圖9a為直流電流隔離傳感器電路，作用是采樣發(fā)電機(jī)側(cè)變換器直流電流信號，將發(fā)電機(jī)側(cè)大電流的直流信號轉(zhuǎn)化為小電流的直流信號，然后將小電 流信號傳給直流信號采集電路；直流電流隔離傳感器電路由直流電流隔離傳 感器U16組成，直流電流隔離傳感器U16的管腳1與模擬電源+15V連接，直 流電流隔離傳感器U16的管腳2與模擬電源-15V連接，直流電流隔離傳感 器U16的管腳3與模擬電源接地點AGND連接，直流電流隔離傳感器U16的管 腳4與直流信號采集電路中電阻R31的一端連接，直流電流隔離傳感器U16 的管腳5、 6分別與直流信號DCl+和DC-連接。
圖9b為直流電流隔離傳感器電路，作用是采樣系統(tǒng)側(cè)變換器直流電流信 號，將系統(tǒng)側(cè)大電流的直流信號轉(zhuǎn)化為小電流的直流信號，然后將小電流信 號傳給直流信號采集電路；直流電流隔離傳感器電路由直流電流隔離傳感器 U17組成，其中直流電流隔離傳感器U17的管腳1與模擬電源+15V連接，直 流電流隔離傳感器U17的管腳2與模擬電源-15V連接，直流電流隔離傳感 器U17的管腳3與模擬電源接地點AGND連接，直流電流隔離傳感器U17的管 腳4與另一路直流信號采集電路連接，直流電流隔離傳感器U17的管腳5、 6 分別與直流信號DC2+和DC-連接。
圖9c為直流電壓隔離傳感器電路，作用是采樣發(fā)電機(jī)側(cè)變換器直流電壓 信號，將發(fā)電機(jī)側(cè)大電壓的直流信號轉(zhuǎn)化為小電壓的直流信號，然后將小電 壓信號傳給直流信號采集電路；直流電壓隔離傳感器電路由直流電壓隔離傳 感器U18組成，直流電壓隔離傳感器U18的管腳1與模擬電源+15V連接，直 流電壓隔離傳感器U18的管腳2懸空，直流電壓隔離傳感器U18的管腳3與 模擬電源接地點AGND連接，直流電壓隔離傳感器U18的管腳4與直流信號采 集電路中U7的管腳2連接，直流電壓隔離傳感器U18的管腳5、 6分別與直 流信號Cl+和DC-連接。
圖9d為直流電壓隔離傳感器電路，作用是采樣系統(tǒng)側(cè)變換器直流電壓信 號，將系統(tǒng)側(cè)大電壓的直流信號轉(zhuǎn)化為小電壓的直流信號，然后將小電壓信 號傳給直流信號采集電路；直流電壓隔離傳感器電路由直流電壓隔離傳感器 U19組成，直流電壓隔離傳感器U19的管腳1與模擬電源+15V連接，直流電
壓隔離傳感器U19的管腳2懸空，直流電壓隔離傳感器U19的管腳3與模擬 電源接地點AGND連接，直流電壓隔離傳感器U19的管腳4與另一路直流信號 采集電路連接，直流電壓隔離傳感器U19的管腳5、 6分別與直流信號C2+和 DC-連接。
權(quán)利要求
1、一種兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，其特征是它由控制器、測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器組成，測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器分別與控制器連接，測速器的轉(zhuǎn)速檢測端與被控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，其特 征是所述兩個變換器由12組絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)Q廣Q12、穩(wěn)流電 感U L2、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、 RELAY2、電容C1、 C2、 二 極管D15、 D16、電阻R78、 R2、 R3和R79、直流電壓隔離傳感器DCPT1、 DCPT2、 直流電流隔離傳感器DCCT1、 DCCT2、可控硅整流器SCR1、 SCR2、電流互感器 CT1、 CT2和電壓互感器PT1、 PT2組成；其中IGBT開關(guān)QrQ6、穩(wěn)流電感L、 直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY1、電容C1、 二極管D15、電阻R78、 R2、 直流電壓隔離傳感器DCPT1、直流電流隔離傳感器DCCT1、可控硅整流器SCR1、 電流互感器CT1和電壓互感器PT1構(gòu)成左側(cè)變換器，IGBT幵關(guān)Ch、 Q2、 (33的 集電極相連后與穩(wěn)流電感U的一端連接，IGBT開關(guān)(^、 Q2、 qb的發(fā)射極分別 與IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Qe的集電極相連并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)A相、B相、C相連接， IGBT開關(guān)Q^ Q2、 Q3的門極連接相應(yīng)的觸發(fā)電路，IGBT開關(guān)Q4、 Q5、 Qe的發(fā) 射極相連后與電阻R2的下端連接，IGBT開關(guān)Q" Q5、 96的門極連接相應(yīng)的觸 發(fā)電路，穩(wěn)流電感L的另一端與繼電器的常閉觸點RELAY1的一側(cè)連接，二極 管D15正極與電阻R78的一端連接后與繼電器的常閉觸點RELAY1的另一側(cè)連 接，二極管D15負(fù)極與電阻R78的另一端連接后與電容C1和直流電壓隔離傳 感器DCPT1的正極相連，電容Cl和直流電壓隔離傳感器DCPT1的負(fù)極相連后 與控制器連接，電容C1和直流電壓隔離傳感器DCPT1的正極也與控制器連接， 可控硅整流器SCR1的正極與二極管D15正極和電阻R78的一端連接，可控硅 整流器SCR1的負(fù)極與電阻R2的上端連接，直流電流隔離傳感器DCCT1套裝 在常閉觸點RELAY1的左側(cè)和可控硅整流器SCR1的正極之間并與控制器連接， 電流互感器CT1串接在電壓互感器PT1的右側(cè)和IGBT開關(guān)Q2發(fā)射極之間并與 控制器連接，電壓互感器PT1并接在A、 B兩相之間并與控制器連接；IGBT 開關(guān)Q廠Qi2、穩(wěn)流電感U、直流保護(hù)用繼電器的常閉觸點RELAY2、電容C2、 二極管D16、電阻R3、 R79、直流電壓隔離傳感器DCPT2、直流電流隔離傳感 器DCCT2、可控硅整流器SCR2、電流互感器CT2和電壓互感器PT2構(gòu)成右側(cè) 變換器，所述左右兩側(cè)的變換器完全對稱，故右側(cè)變換器的所有器件的連接 方式與左側(cè)完全相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，它屬于一種適用于國內(nèi)外常用的三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)和異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的、能降低發(fā)電成本的節(jié)能控制裝置。本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有的控制裝置存在的控制單一和成本高的技術(shù)難點。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是兆瓦級多功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)節(jié)能控制裝置，它由控制器、測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器組成，測速器、絕緣柵型雙極三極管IGBT開關(guān)觸發(fā)電路、可控硅整流器SCR觸發(fā)電路、直流過電壓保護(hù)器和兩個變換器分別與控制器連接，測速器的轉(zhuǎn)速檢測端與被控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
文檔編號H02H7/00GK101345507SQ20081007921
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月16日
發(fā)明者張曉巍, 李剛菊, 楊文元, 王世杰, 趙春生, 鄭德化, 鄭阿龍, 郭史鵬 申請人:山西合創(chuàng)電力科技有限公司