專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流抑制裝置及其抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變槳距系統(tǒng)蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)啟動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
采用變槳距控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不但可以吸收更多的風(fēng)能，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率，而且使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有更好的起動(dòng)和制動(dòng)性能，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可以控制變槳距系統(tǒng)使葉片順槳，從而使葉輪迅速制動(dòng)；在風(fēng)速高于安全運(yùn)行風(fēng)速時(shí)，可以使葉片處于順槳狀態(tài)，改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的受力狀況，避免大風(fēng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的損害。此外，若通過(guò)合適的變槳距控制，可以減小傳動(dòng)鏈上的機(jī)械振動(dòng)，減小陣風(fēng)對(duì)塔架的沖擊以及對(duì)葉片的載荷，從而達(dá)到減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的疲勞度，延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命的目的。變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型通常有兩種一種是液壓變槳距系統(tǒng)；另一種是電動(dòng)變槳距系統(tǒng)。電動(dòng)變槳距系統(tǒng)是利用電機(jī)對(duì)槳葉進(jìn)行 控制，電動(dòng)變槳距系統(tǒng)沒(méi)有液壓變槳距系統(tǒng)那么復(fù)雜，易于維護(hù)，也不存在非線(xiàn)性、漏油、卡塞等現(xiàn)象發(fā)生，隨著電機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)變槳距系統(tǒng)已經(jīng)受到了許多風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造廠(chǎng)商的關(guān)注，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多均采用電動(dòng)變槳距系統(tǒng)。電動(dòng)變槳距系統(tǒng)根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)類(lèi)型又分為交流變槳距系統(tǒng)和直流變槳距系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生極端故障特別是電網(wǎng)掉電故障時(shí)，需要由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制變槳電機(jī)迅速將葉片拖動(dòng)到順槳位置，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組快速完成停機(jī)制動(dòng)，保障整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全。對(duì)于交流變槳距系統(tǒng)，任何工況下均需要由伺服驅(qū)動(dòng)器控制變槳電機(jī)完成順槳，若某一葉片對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器故障，則該葉片無(wú)法執(zhí)行順槳?jiǎng)幼?，而直流變槳距系統(tǒng)可由后備電源蓄電池直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，即使在伺服驅(qū)動(dòng)器損壞的情況下也可拖動(dòng)葉片完成順槳，直流變槳距系統(tǒng)具有啟動(dòng)力矩大，控制簡(jiǎn)單，可靠性高，響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，具有較為廣泛的應(yīng)用。直流變槳距系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生極端故障特別是電網(wǎng)掉電故障執(zhí)行緊急順槳時(shí)，需要由伺服驅(qū)動(dòng)器控制變槳電機(jī)切換到蓄電池直接控制變槳電機(jī)。對(duì)于永磁直流電機(jī)，由于定子磁場(chǎng)是由永磁體提供，無(wú)需蓄電池提供額外的勵(lì)磁電源，因此直接將蓄電池投切到永磁直流電機(jī)電樞兩端即可驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速η = 0，反電動(dòng)#Ea = 0，啟動(dòng)電
Wstart =￥(其中Un為蓄電池端電壓，Ra為電樞繞組等效電阻)，Istart遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電機(jī)額定電
a
流In,試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得蓄電池直接啟動(dòng)永磁直流電機(jī)沖擊電流峰值可超過(guò)12倍額定電流值，過(guò)大的啟動(dòng)沖擊電流會(huì)加速電機(jī)繞組的老化，同時(shí)，啟動(dòng)沖擊電流過(guò)大時(shí)永磁直流電機(jī)的電動(dòng)力矩很大，會(huì)極大地?fù)p害電機(jī)的機(jī)械軸承，使軸承變形，影響電機(jī)使用壽命。目前采用永磁直流電機(jī)的變槳距系統(tǒng)，蓄電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式有三種第一種是直接將蓄電池投切到永磁直流電機(jī)電樞兩端，此方法無(wú)需增加額外元器件，成本較低，而且不會(huì)影響電機(jī)軸上的機(jī)械功率輸出，但是這種方法的缺點(diǎn)是啟動(dòng)沖擊電流峰值太大，對(duì)電機(jī)有一定的損傷；第二種是在蓄電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)全過(guò)程中，始終在電機(jī)電樞回路中串聯(lián)限流電阻，此方法硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，并且能夠很好的抑制啟動(dòng)沖擊電流峰值，但是這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)降低電機(jī)軸上的機(jī)械功率輸出，影響順槳時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出，需要在電機(jī)選型時(shí)增大額定功率，無(wú)形中又增加了變槳距系統(tǒng)硬件成本；第三種是對(duì)第二種方法的改進(jìn)，即在不增大電機(jī)額定功率的前提下，在永磁直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電樞回路串入限流電阻，同時(shí)啟動(dòng)上電延時(shí)時(shí)間繼電器，當(dāng)電機(jī)完全啟動(dòng)后通過(guò)時(shí)間繼電器與接觸器的配合將限流電阻從電機(jī)電樞回路中切出，此方法的缺點(diǎn)是需要增加較多的元器件，硬件電路較為復(fù)雜，且由于變槳距系統(tǒng)內(nèi)部空間有限，結(jié)構(gòu)布局實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難，同時(shí)元器件增多也增加了一定的采購(gòu)成本。相比于前兩種方法，第三種方法性?xún)r(jià)比相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)的啟動(dòng)沖擊電流峰值抑制裝置及其抑制方法。本發(fā)明可將蓄電池直接驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)時(shí)的啟動(dòng)沖擊電流峰值抑制到合理的范圍內(nèi)，以減少過(guò)大的啟動(dòng)沖擊電流對(duì)電機(jī)的損傷，同時(shí)結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)內(nèi)部安裝空間小的缺點(diǎn)，在不使用上電延時(shí)時(shí)間繼電器的前提下保證電機(jī)啟動(dòng)后將限流電阻可靠切出，確保不會(huì)降低永磁直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)電機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率，硬件簡(jiǎn)單且節(jié)約成本。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流抑制裝置，包括一個(gè)限流電阻，此限流電阻串聯(lián)在蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)的電樞回路中，用于蓄電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)抑制啟動(dòng)瞬間的沖擊電流。本發(fā)明還包括一個(gè)旁路接觸器，所述旁路接觸器的主觸點(diǎn)并聯(lián)在所述的限流電阻的兩端，用于電機(jī)啟動(dòng)后將限流電阻切出。旁路接觸器線(xiàn)圈供電電源由永磁直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)提供。采用本發(fā)明裝置抑制蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流的方法如下當(dāng)蓄電池投切到永磁直流電機(jī)電樞兩端時(shí)，所述的限流電阻串聯(lián)在電樞回路中，永磁直流電機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速逐漸升高，反電動(dòng)勢(shì)也隨之從O逐漸增大，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)電壓滿(mǎn)足旁路接觸器線(xiàn)圈吸合條件時(shí)，旁路接觸器主觸點(diǎn)閉合，此時(shí)旁路接觸器主觸點(diǎn)將限流電阻短路，即限流電阻從永磁直流電機(jī)電樞回路中切出，以保證電機(jī)軸的機(jī)械功率能夠滿(mǎn)功率輸出。旁路接觸器主觸點(diǎn)閉合后，其線(xiàn)圈供電電源由蓄電池提供，此時(shí)即使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)，反電動(dòng)勢(shì)發(fā)生較大變化，也不會(huì)影響旁路接觸器線(xiàn)圈吸合情況，當(dāng)永磁直流電機(jī)拖動(dòng)葉片完成順槳后，旁路接觸器線(xiàn)圈供電回路斷開(kāi)。上述方法僅僅在變槳距系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)回路增加硬件電路，并不影響原直流變槳距系統(tǒng)的正常工作邏輯。


圖1是蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)電路圖及啟動(dòng)沖擊電流抑制電路圖；圖2是蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)啟動(dòng)全過(guò)程電機(jī)電流、反電動(dòng)勢(shì)、電機(jī)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明硬件電路包括一個(gè)限流電阻R，所述的限流電阻R串聯(lián)在蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)的電樞回路中。本發(fā)明還包括一個(gè)旁路接觸器Q1，所述的旁路接觸器Ql的線(xiàn)圈供電來(lái)自永磁直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)Ea，圖1中C點(diǎn)的電壓與反電動(dòng)勢(shì)Ea相等，通過(guò)測(cè)量C點(diǎn)電壓，可確定反電動(dòng)勢(shì)Ea的大小。旁路接觸器Ql的主觸點(diǎn)并聯(lián)在所述的限流電阻R的兩端，同時(shí)，接觸器Q2的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)在旁路接觸器Ql的線(xiàn)圈供電回路中，以保證接觸器Q2動(dòng)作后再啟動(dòng)旁路接觸器Ql。如圖1所示，變槳距系統(tǒng)正常工作時(shí)，接觸器Q2的主觸點(diǎn)斷開(kāi)，來(lái)自電網(wǎng)的3X400VAC主電源給伺服驅(qū)動(dòng)器提供電源，控制永磁直流電機(jī)進(jìn)行伺服運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生極端故障，特別是電網(wǎng)掉電故障執(zhí)行緊急順槳時(shí)，即圖2中Tl時(shí)刻，此時(shí)永磁直流電機(jī)將會(huì)由伺服驅(qū)動(dòng)器控制切換到蓄電池直接驅(qū)動(dòng)，接觸器Q2的線(xiàn)圈吸合，主觸點(diǎn)閉合，切換過(guò)程完成后，即圖2中T2時(shí)刻，永磁直流電機(jī)由蓄電池直接驅(qū)動(dòng)。永磁直流電機(jī)電樞回路串聯(lián)有限流電阻R，剛切換到蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)瞬間，電機(jī)還未啟動(dòng)，電機(jī)軸的
機(jī)械轉(zhuǎn)速η = O,反電動(dòng)勢(shì)Ea = 06Φη = O,對(duì)于永磁直流電機(jī)
權(quán)利要求
1.一種永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流抑制裝置，其特征在于，所述的裝置包括一個(gè)限流電阻(R)及一個(gè)旁路接觸器(Ql);所述的限流電阻(R)串聯(lián)在蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)的電樞回路中，所述的旁路接觸器(Ql)的主觸點(diǎn)并聯(lián)在所述的限流電阻的兩端；所述的旁路接觸器(Ql)線(xiàn)圈供電電源由永磁直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)提供。
2.采用權(quán)利要求1所述的永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流抑制裝置的抑制啟動(dòng)沖擊電流的方法，其特征在于，所述的永磁直流電機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速逐漸升高，反電動(dòng)勢(shì)也隨之從O逐漸增大，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)電壓滿(mǎn)足旁路接觸器(Ql)線(xiàn)圈吸合條件時(shí)，所述的旁路接觸器(Ql)主觸點(diǎn)閉合，此時(shí)旁路接觸器(Ql)主觸點(diǎn)將限流電阻(R)短路，即限流電阻(R)從永磁直流電機(jī)電樞回路中切出，以保證電機(jī)軸的機(jī)械功率能夠滿(mǎn)功率輸出；所述的旁路接觸器(Ql)主觸點(diǎn)閉合后，旁路接觸器(Ql)線(xiàn)圈供電電源由蓄電池提供，此時(shí)即使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)，反電動(dòng)勢(shì)發(fā)生較大變化，不會(huì)影響旁路接觸器線(xiàn)圈吸合情況，當(dāng)永磁直流電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片完成順槳后，旁路接觸器線(xiàn)圈供電回路斷開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制啟動(dòng)沖擊電流的方法，其特征在于，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生極端故障，特別是電網(wǎng)掉電故障執(zhí)行緊急順槳時(shí)，所述的永磁直流電機(jī)切換到蓄電池直接驅(qū)動(dòng)，此時(shí)永磁直流電機(jī)內(nèi)阻與限流電阻R均串聯(lián)在蓄電池回路中，旁路接觸器(Ql)的線(xiàn)圈由永磁直流電機(jī)內(nèi)阻與限流電阻R的分壓供電；串聯(lián)在永磁直流電機(jī)電樞回路中的限流電阻R的啟動(dòng)沖擊電流最大值按照公式
全文摘要
一種永磁直流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流抑制裝置及其抑制方法，包括一個(gè)限流電阻及一個(gè)旁路接觸器；所述的限流電阻串聯(lián)在蓄電池驅(qū)動(dòng)永磁直流電機(jī)的電樞回路中，所述的旁路接觸器的主觸點(diǎn)并聯(lián)在所述的限流電阻的兩端；所述的旁路接觸器線(xiàn)圈供電電源由永磁直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)提供。本發(fā)明利用限流電阻抑制永磁直流電機(jī)蓄電池驅(qū)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)瞬間的沖擊電流，并在電機(jī)啟動(dòng)后投入旁路接觸器將限流電阻可靠切出。
文檔編號(hào)H02P1/20GK103036485SQ20121050789
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者蘇曉東, 張雷, 李海東, 趙棟利, 武鑫, 趙斌 申請(qǐng)人:北京科諾偉業(yè)科技有限公司, 保定科諾偉業(yè)控制設(shè)備有限公司