專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，致力于為離網(wǎng)型同軸 直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的高效率電壓 控制方案，屬于電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)資源的日益枯竭，世界各能源大國都把目光投向了可再生資源。 其中風(fēng)能已成為目前最具規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，也 是我國未來數(shù)年內(nèi)最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕鍧嵞茉?，在我國能源發(fā)展戰(zhàn)略中 占有重要的地位。風(fēng)力發(fā)動機(jī)可分為水平軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)和垂直抽風(fēng)力發(fā)動機(jī) 兩大類，而垂直軸風(fēng)輪又可以分為升力型風(fēng)輪和阻力型風(fēng)輪。申請?zhí)枮?br> 2008100495174的發(fā)明專利申請公布說明書中的垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)的三戟消 渦風(fēng)輪(申請?zhí)枮?008200699603的實(shí)用新型專利申請公布說明書中的垂直 軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)的三戟消渦風(fēng)輪)屬于阻力型風(fēng)輪，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的薩布紐斯式 風(fēng)輪起動力矩大的不足，提高了風(fēng)能利用的功率系數(shù)。該三戟消渦風(fēng)輪和申 請?zhí)枮?00810049516X的發(fā)明專利申請公布說明書中的失速可控式永磁風(fēng)力 發(fā)電機(jī)(申請?zhí)枮?008200699590的實(shí)用新型專利申請公布說明書中的失速 可控式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī))共同構(gòu)成了一種同軸直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 主體，三戟消渦風(fēng)輪具有較高的功率系數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠且安裝維護(hù) 方便等特點(diǎn)，與三戟消渦風(fēng)輪同軸的直接驅(qū)動失速可控式永磁風(fēng)力發(fā)電裝置 能在1.6m/s 30m/s較大風(fēng)速范圍內(nèi)進(jìn)行工作并具有失速自控功能，可為電力市場提供綠色環(huán)保且成本低廉的新型能源裝置。
同軸直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能在較大范圍內(nèi)運(yùn)行工作，隨著風(fēng)速的 變化使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化很大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率等存在著大 幅度波動。就需要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓、頻率等特性實(shí)施必要的調(diào)節(jié) 控制。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高效率、可靠性高并能夠自動 調(diào)節(jié)的直驅(qū)式同軸小功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，該電壓控制器由整流電路、升壓斬波 電路、正激變換電路及P簡脈寬調(diào)制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入 升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端連入正激變換電路輸入端， 正激變換電路輸出端接蓄電池，P麗脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號輸 入端與正激變換電路的輸出端連接，P麗脈寬控制器的輸出端通過脈沖耦合器 與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接。
所述的升壓斬波電路由儲能電感、整流二極管和換流開關(guān)管IGBT構(gòu)成， 儲能電感的一端接整流電路輸出的正極，換流開關(guān)管的漏極接整流二極管的 正極，換流開關(guān)管的柵極接P麗脈寬控制電路的輸出端，源極接整流電路輸 出的負(fù)極， 一個濾波電容并聯(lián)在升壓斬波電路輸出端。
所述的正激變換電路主要由帶輔助繞組的變壓器構(gòu)成，變壓器的主邊繞 組一端通過一個二極管接升壓斬波電路輸出端的正極，由變壓器的輔助繞組 和一個二極管串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞組的 一端接整流二極管的正極，濾波電容并聯(lián)在變壓器次邊繞組的另一端和整流二極管的負(fù)極，正激變換電路的輸出接蓄電池，電流采樣電阻串接在蓄電池 的負(fù)極與地之間。
所述的P麗脈寬控制電路主要由SG3525PWM脈寬控制器構(gòu)成，SG3525P麗 脈寬控制器的反饋端接正激變換電路的電流采樣的輸出端，SG3525PWM脈寬控 制器的輸出端接脈沖耦合器輸入線圈的一端，脈沖耦合器的輸出線圈的一端 接升壓斬波電路中換流開關(guān)管的柵極。
本實(shí)用新型的核心技術(shù)是采用可控?cái)夭娐穪矸€(wěn)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的波 動電壓，電路主要由升壓斬波電路、P麗(Pulse-Width Modulation)脈寬控 制器、正激變換電路組成，是一個由P麗脈寬控制器控制占空比的升降壓斬 波(Boost-Buck)電路。
在給蓄電池充電的回路中采用一種和升壓斬波電路緊密結(jié)合的正激變換 電路，同斬波電路共同使用同一個換流器件，采用此類電路的主要目的是將 蓄電池充電電路同蓄電池供電電路隔離并使蓄電池充電電流恒定；在電路中 采用儲能元件，同時(shí)在變壓器上設(shè)置輔助繞組，其目的是對變壓器進(jìn)行磁復(fù) 位，將變壓器中儲存的能量回送到儲能元件以提高效率。
PWM脈寬控制器提供的脈沖信號的寬度由P麗脈寬控制器內(nèi)部的震蕩電 路、放大器比較電壓共同控制，在此，應(yīng)用美國硅通用半導(dǎo)體公司的SG3525 型P麗脈寬控制器內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電源作為參考電壓，同時(shí)將蓄電池充電電 流通過電流一電壓變換輸出的電流采樣信號作為反饋，這樣就構(gòu)成了控制對 象為蓄電池充電電流的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)電流采樣信號變小時(shí)，即充 電電流變小，P麗脈寬控制器提供的脈沖信號的脈沖寬度變寬，從而使換流開 關(guān)管的占空比變大，正激變換電路輸出的蓄電池充電電流變大，從而保持充電電流的恒定，同理，當(dāng)電流采樣信號變大時(shí)，即充電電流變大，P麗脈寬控 制器提供的脈沖信號的脈沖寬度變窄，從而使換流開關(guān)管的占空比變小，正 激電路輸出的蓄電池充電電流變小，從而保持充電電流的恒定。
除作為核心的蓄電池充電電路外，作為為負(fù)載直接供電的升壓斬波電路 也采用相同的控制原理，以便在風(fēng)力允許的條件下向負(fù)載直接提供能量。
本實(shí)用新型恒流充電功能的實(shí)現(xiàn)依靠升降壓斬波電路占空比調(diào)整，即適 時(shí)控制P簡脈寬控制器提供的脈沖信號在一個周期的導(dǎo)通時(shí)間的長短，來調(diào) 整斬波電路的占空比的大小，保持輸出恒定的電流值；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單， 降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和效率，并使風(fēng)能不穩(wěn)定時(shí) 風(fēng)力發(fā)電輸出電壓和頻率波動達(dá)到實(shí)用要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)和蓄電池的雙供 電。


圖l為本實(shí)用新型的電路圖。
圖中1、整流電路；2、升壓斬波電路；3、正激變換電路；4、 P麗脈寬 控制電路。
具體實(shí)施方式

圖1所示了本實(shí)用新型的電路圖，該電壓控制器包括由四個二極管Dl、 D2、 D3、 D4構(gòu)成的整流電路l、升壓斬波電路2、正激變換電路3及P麗脈寬 控制電路4，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電 路的輸出端連入正激變換電路的輸入端，正激變換電路的輸出端接蓄電池， P麗脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號輸入端接電流采樣電阻的輸出端， P麗脈寬控制電路的輸出端通過脈沖耦合器N2與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的柵極連接，換流開關(guān)管為IGBT絕緣柵雙極晶體管，P麗脈寬控制電路的脈
寬控制器為SG3525型P麗脈寬控制器。
所述的升壓斬波電路主要由儲能電感Ll，整流二極管D5和換流開關(guān)管 IGBT構(gòu)成，儲能電感的L1的一端接整流電路輸出端正極，另一端接整流二極 管的負(fù)極，換流開關(guān)管的漏極接二極管的負(fù)極，柵極接P麗脈寬控制電路的 輸出端，源極接整流電路輸出端的負(fù)極，濾波電容C1并聯(lián)在升壓斬波電路的 輸出端。
所述的正激變換電路主要由帶有輔助繞組的變壓器N1構(gòu)成，變壓器的主 邊繞組的輸入端通過二極管D7接升壓斬波電路的輸出端，由變壓器輔助繞組 L2與二極管D6串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在升壓斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞 組的輸出端通過整流二極管D8接蓄電池E，電流采樣電阻R2接在蓄電池負(fù)極 與地之間。
所述的P麗脈寬控制電路主要由P麗脈寬控制器SG3525構(gòu)成，控制器的 電源輸入端引腳13、引腳15接+15V供電電源的正極，引腳12接地，由R4 和C3串聯(lián)構(gòu)成的比例積分調(diào)節(jié)支路接在反饋端1腳與PWM比較器補(bǔ)償信號 輸入端9腳之間，軟啟動電容接入端8腳通過電容C4接地，電阻R5與電容 C5構(gòu)成了 P麗脈寬控制器內(nèi)部振蕩器的放電回路R5并聯(lián)在振蕩器定時(shí)電容 接入端5腳與振蕩器放電端7腳之間，C5—端接5勝卩，另一端接地，振蕩器 定時(shí)電阻接入端6腳通過R6接地，基準(zhǔn)電源輸出端16腳通過滑動電阻R7 接地，誤差放大器同向輸入端2腳接可調(diào)電阻的滑動觸頭，脈沖輸出端11腳、 14腳分別通過二極管D9、 D10 —起接隔直電容C6，連入脈沖耦合器N2的輸 入端，脈沖耦合器的輸出接隔直電容C7通過電阻R8接IGBT的柵極，穩(wěn)壓管W1、 W2串聯(lián)構(gòu)成嵌位電路，并聯(lián)在脈沖耦合器的輸出端。
當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出能量，經(jīng)過整流電路變?yōu)榻?br> 似直流電；升壓斬波電路輸出穩(wěn)定直流電壓，經(jīng)過逆變后變?yōu)?20V 50Hz的 市電供負(fù)載使用；當(dāng)風(fēng)速低于1. 6m/s而風(fēng)力發(fā)電機(jī)不做功時(shí)，由蓄電池提供 電能，蓄電池輸出電壓經(jīng)過逆變后變?yōu)槭须姡┴?fù)載使用。
權(quán)利要求1. 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于該電壓控制器由整流電路、升壓斬波電路、正激變換電路及PWM脈寬調(diào)制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端連入正激變換電路輸入端，正激變換電路輸出端接蓄電池，PWM脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號輸入端與正激變換電路的輸出端連接，PWM脈寬控制器的輸出端通過脈沖耦合器與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所述的升壓斬波電路由儲能電感、整流二極管和換流開關(guān)管IGBT構(gòu)成，儲能電感的一端接整流電路輸出的正極，儲能電感的另一端和換流開關(guān)管的漏極一 起接整流二極管的正極，換流開關(guān)管的柵極接p麗脈寬控制電路的輸出端， 源極接整流電路輸出的負(fù)極， 一個濾波電路并聯(lián)在升壓斬波電路輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所 述的正激變換電路主要由帶輔助繞組的變壓器構(gòu)成，變壓器的主邊繞組一端 通過一個二極管接升壓斬波電路輸出端的正極，由變壓器的輔助繞組和一個 二極管串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞組的一端接 整流二極管的正極，濾波電容并聯(lián)在變壓器次邊繞組的另一端和整流二極管 的負(fù)極，正激變換電路的輸出接蓄電池，電流采樣電阻串接在蓄電池的負(fù)極 與地之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所述的P麗脈寬控制電路主要由SG3525P麗脈寬控制器構(gòu)成，SG3525P麗脈寬控 制器的反饋端接正激變換電路的電流采樣的輸出端，SG3525PWM脈寬控制器的輸出接脈沖耦合器輸入線圈的一端，脈沖耦合器的輸出線圈的一端接升壓斬 波電路中換流開關(guān)管的柵極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，該電壓控制器由整流電路、升壓斬波電路、正激變換電路及PWM脈寬控制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端接正激變換電路的輸入端，正激變換電路的輸出端接蓄電池，PWM脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號輸入端與正激變換電路的輸出端連接，PWM脈寬控制電路的輸出端通過脈沖耦合器與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接；該電壓控制器結(jié)構(gòu)簡單、效率高、可靠性高且能自動調(diào)節(jié)離網(wǎng)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓。
文檔編號H02J7/00GK201260090SQ20082014952
公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者侯書奇, 勇 劉, 磊 宋, 張春陽, 楊宗霄, 軍 王, 澈 程 申請人:河南科技大學(xué)