[發(fā)明專利]變槳控制系統(tǒng)串勵(lì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置

有效

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• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN101860311A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖慶恩;傅建民;林盈杰;鄧杰;尤林森
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州能健電氣有限公司
• 主分類號: H02P7/298
• 分類號: H02P7/298;H02P1/22;H02H7/08;H02H7/09
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直流電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及用于變槳控制系統(tǒng)串勵(lì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電作為目前技術(shù)成熟的可再生清潔能源，受到各國的廣泛重視。變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部件，其主要功能是控制槳葉節(jié)距角隨風(fēng)速的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)：在低風(fēng)速時(shí)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有最大的起動(dòng)力矩；風(fēng)速過高時(shí)，改變氣流對葉片的攻角，進(jìn)而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)輸出功率保持穩(wěn)定。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是變槳控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。變槳控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置主要功能包括模擬和數(shù)字信號的采集、數(shù)字開關(guān)量信號和控制信號的輸出、故障信息處理和保護(hù)以及與上位機(jī)的信息交互等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)跟選用的電機(jī)類型密切相關(guān)，它決定了系統(tǒng)的功能、硬件電路結(jié)構(gòu)，軟件控制策略等。從現(xiàn)在公開的文獻(xiàn)來看，涉及變槳控制系統(tǒng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的專利和資料十分有限，而目前在風(fēng)電領(lǐng)域變槳控制系統(tǒng)中最為常用串勵(lì)直流電機(jī)，因此有必要設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)良的變槳控制用串勵(lì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)目前變槳控制系統(tǒng)串勵(lì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的開發(fā)狀況，為了簡化設(shè)計(jì)，提高驅(qū)動(dòng)裝置可靠性，完善變槳控制用串勵(lì)直流電機(jī)控制性能，本發(fā)明提供了一種換向簡單，保護(hù)功能完善的變槳控制用串勵(lì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種變槳控制系統(tǒng)串勵(lì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，包括功率回路部分及控制該功率回路部分的控制回路部分，所述功率回路部分包括：

整流單元，用于將輸入交流電壓變換成直流母線電壓；

能耗制動(dòng)單元，由電子開關(guān)和功率電阻構(gòu)成，所述電子開關(guān)通過關(guān)斷和接通能所述功率電阻，用以通過能耗以降低母線電壓而保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置；

功率開關(guān)電路，由兩相橋臂四個(gè)功率開關(guān)器件構(gòu)成，通過脈沖寬度調(diào)制和邏輯電平信號控制兩相橋臂上下兩組功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)而用于關(guān)斷和接通串勵(lì)直流電機(jī)；其中一個(gè)橋臂由邏輯電平信號控制，用于改變接到直流電機(jī)電壓的方向，從而改變串勵(lì)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，另一個(gè)橋臂由脈沖寬度調(diào)制信號控制，通過改變功率開關(guān)器件通斷的占空比來改變接到直流電機(jī)電樞電壓的大小，從而改變串勵(lì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速；

控制串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁方向的勵(lì)磁換向裝置，該裝置對功率開關(guān)電路和串勵(lì)直流電機(jī)構(gòu)成的回路產(chǎn)生的正反方向的電流進(jìn)行處理，使該電流方向恒定，從而所述驅(qū)動(dòng)裝置只需改變串勵(lì)直流電機(jī)的電樞電壓方向即可改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。

進(jìn)一步地，所述功率開關(guān)器件選用絕緣柵雙極晶體管IGBT，或金屬氧化物場效應(yīng)管MOSFET。

進(jìn)一步地，所述兩相橋臂上面一組功率開關(guān)器件連接到母線電壓的正端，下面一組功率開關(guān)器件連接到母線電壓的負(fù)端，橋臂的兩個(gè)中點(diǎn)一端耦合到串勵(lì)直流電機(jī)電樞繞組，一端耦合到勵(lì)磁換向電子裝置。

進(jìn)一步地，所述功率回路部分還包括用于控制能耗制動(dòng)單元和功率開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元一端耦合到控制回路部分接受微處理器邏輯信號，另一端耦合到所述能耗制動(dòng)單元和功率開關(guān)電路以控制其通斷。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于檢測輸入電壓是否缺相的相序檢測電子裝置，該裝置在檢測到輸入電壓缺相時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)跳變電平并保持該電平直到缺相現(xiàn)象消失。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于檢測整流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直流母線電壓的電壓檢測單元，可將母線電壓轉(zhuǎn)換成微處理器能識別的信號。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于檢測驅(qū)動(dòng)裝置輸出電流的電流檢測單元，通過電流傳感器件和阻容器件將輸出電流轉(zhuǎn)換成微處理器能識別的信號。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于檢測串勵(lì)直流電機(jī)實(shí)時(shí)速度的速度檢測單元，可將由測速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器或者其他速度檢測設(shè)備采集的信號轉(zhuǎn)換為微處理器能識別的電信號或者邏輯信號。

更進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制回路部分基于微處理器，并包括：

電機(jī)速度信號采集單元，用以采集速度檢測裝置的速度信號，構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)反饋速度信號，并在超速或者零速情況下報(bào)警；

模擬信號采集單元，用以采集電流檢測單元、母線電壓檢測單元以及電源電壓監(jiān)控單元和速度給定單元的模擬信號；

數(shù)字信號采集輸入單元，用以采集運(yùn)行命令邏輯、故障復(fù)位邏輯以及相序檢測電子裝置產(chǎn)生的電平信號；

數(shù)字信號輸出單元，用以根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行狀況，產(chǎn)生數(shù)字量信號；

脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生單元，用以根據(jù)閉環(huán)給定和速度檢測裝置檢測的速度信號、電流采樣電路采樣的電流信號產(chǎn)生控制功率開關(guān)電路的調(diào)制信號；

與上位機(jī)通信的處理單元，用以與上位機(jī)的信息交互。