风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路制造技术

一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，包括相电流检测电路和过流保护电路，相电流检测电路包括电流采样模块、前端信号调理模块及电流检测模块；过流保护电路包括过相电流模数转换模块和封锁驱动脉冲模块；电流采样模块的采样端与永磁电机驱动器主电路的下桥臂连接，其输出端与前端信号调理模块连接，前端信号调理模块的输出端分别与相电流模数转换模块和过电流检测模块连接；电流检测模块的输出端分别与封锁驱动脉冲模块和控制器连接；相电流模数转换模块和封锁驱动脉冲模块的输出端均与控制器连接。该电路能够提高永磁电机的相电流检测的精度，并在提高过流保护电路快速响应、抗干扰能力的前提下，简化、优化过电流保护电路的结构。

【技术实现步骤摘要】
风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路
本技术涉及风力发电
，具体涉及一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路。
技术介绍
当前，全球风电产业发展势头良好，风电已经成为世界上发展最快的能源。风力发电机组单机容量大型化是世界风力机发展的共同趋势。定桨距风轮难以适应风电机组的单机大型化趋势。相比之下，变桨距风轮能更大效率捕捉风能，提高风电机组在极端环境下的安全性能。主流风电机组均采用变桨距控制方式。在电动变桨系统中，作为变桨动力的永磁电动机，一般通过交流伺服驱动器驱动。交流伺服驱动器系统一般采用典型的三闭环控制结构，包括位置环、速度环和电流环。其中，电流环作为最内层的环节，需要最快的动态调节特性以便实现电磁转矩的快速响应，同时需要对驱动器进行过电流检测及保护，以保证永磁电机安全可靠运行。为完成对电流的闭环控制，通常要求电机驱动器能够对电机绕组侧的电流进行检测。目前，永磁电机的相电流检测较多的是采用直接测量法，即通过电流传感器直接测量驱动器逆变后的三相线电流。具体到测量电路的采样，通常可分为电阻采样、电流互感器采样和通过霍尔电流传感器采样。上述方法分别存在以下缺点：电阻采样在高压，大电流驱动场合无法适用；电流互感器采样，由于其低频特性差，低频电流检测时误差大；霍尔传感器采样虽然能够满足精度和隔离要求，但成本高。目前，对永磁电机的过流保护，通常有以下两种方法：1)对相电流信号进行模数转换后，与过流阀值进行比较判断，构成过流软保护；2)通过电路逻辑实现过流检测。相电流信号既可来源于直流侧母线电流，也可来源于驱动器输出的相电流，逻辑电路可以采用FPGA搭建，也可以通过比较器等逻辑结构的组成。显然软保护不论在实时性还是稳定性都不如硬件过流保护，但是硬件过流保护电路的结构差异性，也会很大程度影响着过流保护的实际效果。因此，考虑相电流检测及过流保护的精度、快速响应及经济性，提出一种稳定、实用、低成本的相电流检测及过流保护电路，可为风力变机永磁电机的相电流检测及过流保护提供硬件支持。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，该电路能够提高永磁电机的相电流检测的精度，并在提高过流保护电路快速响应、抗干扰能力的前提下，能简化、优化过电流保护电路的结构，并能降低经济成本。为了实现上述目的，本技术提供一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，包括相电流检测电路和过流保护电路，所述相电流检测电路包括电流采样模块、前端信号调理模块及电流检测模块；所述过流保护电路包括过相电流模数转换模块和封锁驱动脉冲模块；所述电流采样模块与永磁电机驱动器主电路的下桥臂连接，用于在零矢量时刻对主电路下桥臂的三相电流进行采样并转换为相电流信号再传输到前端信号调理模块；所述前端信号调理模块用于对相电流信号进行隔离放大、差分放大和二阶低通滤波，并输出两组三路相电流信号分别到相电流模数转换模块和过电流检测模块；所述电流检测模块用于对一组三路相电流信号进行加法运算，得到一路电流信号并对该信号反相，即得到直流侧电流信号，再对该直流侧电流信号进行半波整流，整流后的信号通过滞回比较器得到过流逻辑信号，最后将该信号分别输送给封锁驱动脉冲模块和控制器；所述相电流模数转换模块用于对另一组三路相电流信号进行电平提升、反相、电压钳位以及A/D转换成相电流信号，并将转化后的相电流信号发送给控制器；封锁驱动脉冲模块用于接收过流逻辑信号后封锁驱动输出，并将该信号传输给控制器。进一步地，所述电流采样模块包括相电流采样电路，所述相电流采样电路包括采样电阻R37，所述采样电阻R37为大功率的四端精密电阻，连接在逆变器下桥臂与直流侧负极之间。进一步地，所述前端信号调理模块包括隔离放大电路、差分放大电路和二阶低通滤波器可调放大电路，所述隔离放大电路实现所述主电路与控制电路的隔离，同时放大采样电阻R37输出的相电流信号；所述差分放大电路实现隔离放大电路输出的差分信号与所述二阶低通滤波器可调放大电路输入信号的转化；所述二阶低通滤波器可调放大电路包括用于调整放大系数的可调电阻。进一步地，相电流模数转换模块包括电平提升电路、电压钳位电路以及ADC，所述电平提升电路将二阶低通滤波器可调放大电路输出的相电流信号电平提升至0电平以上；所述电压钳位电路为由肖特基二极管组成的无源电压钳位电路，将所述电平提升电路输出的相电流信号钳制在所述ADC安全范围内。进一步地，所述过电流检测模块包括反相加法运算电路、半波整流电路以及滞回比较电路，所述反相加法运算电路将三路二阶低通滤波器可调放大电路输出的相电流信号相加并反相；所述半波整流电路将反相加法运算电路输出的电流信号的正方向部分耦合至滞回比较电路负输入端；所述滞回比较电路包含参考电平电路和滞回比较器，所述参考电平输入滞回比较器正输入端，所述滞回比较器对半波整流电路输出的相电流信号与所述参考电平比较，完成电动机是否过流的判断。进一步地，所述滞回比较器为单滞回比较器。在该技术方案中，相电流检测电路以采样电阻为敏感元件，通过采样电阻检测在零矢量时刻，即主电路中三个上桥臂IGBT关断，三个下桥臂IGBT开启状态时的三路电流信号，并对该信号进行隔离、差分放大、滤波、电平提升以及A/D转换等处理，实现了对永磁电机三相电流的检测；通过采样电阻与隔离放大器的组合，在提高了检测精度和满足了较大带宽的同时降低了成本；同时，由于三个采样电阻安装在逆变器的下桥臂与直流侧电源负极之间，隔离放大器的高压侧可使用同一路独立电源供电，减少了隔离放大器高压侧独立供电电源的数量。过流保护电路通过加法运算器对三路电流信号相加，计算出直流侧电流信号，最后通过滞回比较器判断是否过流，过流时封锁驱动并将过流信号传递至控制器。由于过流发生于电动机运行在第一、第三象限的时刻，仅对所述直流侧电流信号正方向的一路过流检测即可完成以前三相电流正反方向六路过流检测的工作，在保证全矢量时刻对主电路的过流检测与保护的前提下，简化并优化了电路。附图说明图1是本技术的电路原理框图；图2是本技术的电路原理图。图中：1、主电路，2、电流采样模块，3、前端信号调理模块，4、相电流模数转换模块，5、过电流检测模块，6封锁脉冲驱动模块，7、相电流采样电路，8、隔离放大电路，9、差分放大电路，10、二阶低通滤波可调放大电路，11、加法运算电路，12、滞回比较电路，13、电平提升电路。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。如图1和图2所示，一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，包括相电流检测电路和过流保护电路，所述相电流检测电路包括电流采样模块2、前端信号调理模块3及电流检测模块5；所述过流保护电路包括过相电流模数转换模块4和封锁驱动脉冲模块6；所述电流采样模块2与永磁电机驱动器主电路1的下桥臂连接，用于在零矢量时刻对主电路1下桥臂的三相电流进行采样并转换为相电流信号再传输到前端信号调理模块3；所述前端信号调理模块3用于对相电流信号进行隔离放大、差分放大和二阶低通滤波，并输出两组三路相电流信号分别到相电流模数转换模块4和过电流检测模块5；所述电流检测模块5用于对一组三路相电流信号进行加法运算，得到一路电流信号并对该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，包括相电流检测电路和过流保护电路，其特征在于，所述相电流检测电路包括电流采样模块(2)、前端信号调理模块(3)及电流检测模块(5)；所述过流保护电路包括过相电流模数转换模块(4)和封锁驱动脉冲模块(6)；所述电流采样模块(2)与永磁电机驱动器主电路(1)的下桥臂连接，用于在零矢量时刻对主电路(1)下桥臂的三相电流进行采样并转换为相电流信号再传输到前端信号调理模块(3)；所述前端信号调理模块(3)用于对相电流信号进行隔离放大、差分放大和二阶低通滤波，并输出两组三路相电流信号分别到相电流模数转换模块(4)和过电流检测模块(5)；所述电流检测模块(5)用于对一组三路相电流信号进行加法运算，得到一路电流信号并对该信号反相，即得到直流侧电流信号，再对该直流侧电流信号进行半波整流，整流后的信号通过滞回比较器得到过流逻辑信号，最后将该信号分别输送给封锁驱动脉冲模块(6)和控制器；所述相电流模数转换模块(4)用于对另一组三路相电流信号进行电平提升、反相、电压钳位以及A/D转换成相电流信号，并将转化后的相电流信号发送给控制器；封锁驱动脉冲模块(6)用于接收过流逻辑信号后封锁驱动输出，并将该信号传输给控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，包括相电流检测电路和过流保护电路，其特征在于，所述相电流检测电路包括电流采样模块(2)、前端信号调理模块(3)及电流检测模块(5)；所述过流保护电路包括过相电流模数转换模块(4)和封锁驱动脉冲模块(6)；所述电流采样模块(2)与永磁电机驱动器主电路(1)的下桥臂连接，用于在零矢量时刻对主电路(1)下桥臂的三相电流进行采样并转换为相电流信号再传输到前端信号调理模块(3)；所述前端信号调理模块(3)用于对相电流信号进行隔离放大、差分放大和二阶低通滤波，并输出两组三路相电流信号分别到相电流模数转换模块(4)和过电流检测模块(5)；所述电流检测模块(5)用于对一组三路相电流信号进行加法运算，得到一路电流信号并对该信号反相，即得到直流侧电流信号，再对该直流侧电流信号进行半波整流，整流后的信号通过滞回比较器得到过流逻辑信号，最后将该信号分别输送给封锁驱动脉冲模块(6)和控制器；所述相电流模数转换模块(4)用于对另一组三路相电流信号进行电平提升、反相、电压钳位以及A/D转换成相电流信号，并将转化后的相电流信号发送给控制器；封锁驱动脉冲模块(6)用于接收过流逻辑信号后封锁驱动输出，并将该信号传输给控制器。2.根据权利要求1所述的风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，其特征在于，所述电流采样模块(2)包括相电流采样电路(7)，所述相电流采样电路(7)包括采样电阻R37，所述采样电阻R37为大功率的四端精密电阻，连接在逆变器下桥臂与直流侧负极之间。3.根据权利要求1或2所述的风机变桨距永磁电机相电流检测及过流保护电路，其特征在于，所述前端信号调理模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威，李敏，路恩，杨雪锋，王禹桥，范孟豹，许少毅，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32