风力发电变桨控制系统直流电机驱动器技术方案

本发明专利技术属于风力发电技术领域，提供了一种变桨控制系统直流电机驱动器，包括功率回路部分和控制回路部分，其中功率回路部分包含整流单元、能耗制动单元、功率开关电路、以及交流输入相序检测单元、母线电压和输出电流检测单元等；控制回路部分包含模拟信号采样单元、数字信号输入采集电路、速度信号采集单元、数字信号输出单元以及与上位机信息交互单元等。本发明专利技术的有益效果主要体现在：可靠性高；性能优良；保护功能完善；适合风力发电变桨控制系统低速大力矩、频繁起动、响应速度快、对可靠性要求较高的场合应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，特别涉及用于风力发电变桨控制系统无需提供直 流电机励磁电源的驱动器，尤其为一种变桨控制系统他励直流电机的驱动器。
技术介绍
风力发电作为目前技术成熟的可再生清洁能源，受到各国的广泛重视。变桨控制 系统是风力发电系统中重要的组成部件，其主要功能是控制桨叶节距角随风速的大小进行 自动调节在低风速时，让风力发电机具有最大的起动力矩；风速过高时，改变气流对叶片 的攻角，进而改变风力发电机获得空气动力转矩，使发电机输出功率保持稳定。电机驱动器是变桨控制系统的关键部件之一。变桨控制系统的电机驱动器主要功 能包括模拟和数字信号的采集、数字开关量信号和控制信号的输出、故障信息处理和保护 以及与上位机的信息交互等。电机驱动器的设计跟选用的电机类型密切相关，它决定了系 统的功能、硬件电路结构，软件控制策略等，鉴于直流电机启动力矩大适合变桨系统场合应 用的特点，因此有必要设计一种性能优良的风电领域中变桨控制系统直流电机驱动器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述的技术问题，提供一种可靠性高，性能优良的风力发 电变桨控制系统直流电机驱动器。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种风力发电变桨控制系统直流电机驱动器，包括功率回路部分及控制该功率回路部分的控制回路部分，其中，所述功率回路部分包括整流单元，用于将输入交流电压变换成直流母线电压；能耗制动单元，由电子开关和功率电阻构成，所述电子开关通过关断和接通能所 述功率电阻，用以通过能耗以降低母线电压而保护驱动器；功率开关电路，由两相桥臂四个功率开关器件构成，通过控制两相桥臂上下两组 功率开关的通断进而用于关断和接通直流电机；所述控制回路部分基于微处理器，并包括电机速度信号采集单元，用以采集速度检测装置的速度信号，构成所述驱动器的 闭环反馈速度信号，并在超速或者零速情况下报警；模拟信号采集单元，用以采集所述驱动器的电流检测单元、母线电压检测单元以 及电源电压监控单元和速度给定单元的模拟信号；数字信号采集输入单元，用以采集运行命令逻辑、故障复位逻辑以及相序检测电 子装置产生的电平信号；数字信号输出单元，用以根据驱动器运行状况，产生数字量信号；脉冲宽度调制信号产生单元，用以根据闭环给定和速度检测装置检测的速度信号、电流采样电路采样的电流信号产生控制功率开关电路的调制信号；与上位机通信的处理单元，用以与上位机的信息交互。进一步地，所述功率开关器件选用绝缘栅双极晶体管IGBT，或金属氧化物场效应 管 MOSFET。再进一步地，所述功率开关电路其中一个桥臂由逻辑电平信号控制，用于改变接 到直流电机电压的方向，从而改变直流电机旋转方向，另一个桥臂由脉冲宽度调制信号控 制，通过改变功率开关通断的占空比来改变接到直流电机电枢电压的大小，从而改变直流 电机转速。进一步地，所述功率开关器件或可选用可控硅整流器。再进一步地，所述功率开关电路其中一个桥臂由逻辑电平信号控制，用于改变接 到直流电机电压的方向，从而改变直流电机旋转方向，另一个桥臂由导通触发角信号控制， 通过改变可控硅整流器通断的导通触发角来改变接到直流电机电枢电压的大小，从而改变 直流电机转速。进一步地，所述两相桥臂上面一组功率开关器件连接到母线电压的正端，下面一 组功率开关器件连接到母线电压的负端，桥臂的两个中点耦合到直流电机电枢绕组。进一步地，所述功率回路部分还包括用于控制能耗制动单元和功率开关电路的驱 动单元，该驱动单元一端耦合到控制回路部分接受微处理器逻辑信号，另一端耦合到所述 能耗制动单元和功率开关电路以控制其通断。进一步地，所述驱动器还包括用于检测输入电压是否缺相的相序检测电子装置， 该装置在检测到输入电压缺相时，产生一个跳变电平并保持该电平直到缺相现象消失。进一步地，所述驱动器还包括用于检测整流环节产生的直流母线电压的电压检测 单元，可将母线电压转换成微处理器能识别的信号。进一步地，所述驱动器还包括用于检测驱动器输出电流的电流检测单元，通过电 流传感器件和阻容器件将输出电流转换成微处理器能识别的信号。进一步地，所述驱动器还包括用于检测直流电机实时速度的速度检测单元，可将 由测速发电机、脉冲编码器或者其他速度检测设备采集的信号转换为微处理器能识别的电 信号或者逻辑信号。本专利技术的有益效果主要体现在可靠性高；性能优良；保护功能完善；适合风力发 电变桨控制系统低速大力矩、频繁起动、响应速度快、对可靠性要求较高的场合应用。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明图1是本专利技术的原理框图。图2是本专利技术的功率回路原理图。图3是利用测速发电机测速的原理框图。图4是利用编码器测速的原理框图。具体实施例方式本专利技术揭示了一种风力发电变桨控制系统直流电机的驱动器，包括功率回路部分及控制该功率回路部分的控制回路部分，所述功率回路部分包括(1)整流单元，用于将输入交流电压变换成直流母线电压。(2)能耗制动单元，由电子开关和功率电阻构成，所述电子开关通过关断和接通能所述功率电阻，用以通过能耗以降低母线电压而保护驱动器；当母线电压处于正常电压阀 值以下，电子开关关断，能耗制动单元不起作用，当母线电压异常情况下升高超过规定电压 阀值，电子开关打开，功率电阻接入母线，通过能耗的方式降低母线电压达到保护功率电子器件的目的。(3)功率开关电路，由两相桥臂四个功率开关器件构成，通过脉冲宽度调制和逻辑 电平信号控制两相桥臂上下两组功率开关的通断进而用于关断和接通直流电机；其中一个 桥臂由逻辑电平信号控制，用于改变接到直流电机电压的方向，从而改变直流电机旋转方 向，另一个桥臂由脉冲宽度调制(PWM)信号控制，通过改变功率开关通断的占空比来改变 接到直流电机电枢电压的大小，从而改变直流电机转速；所述功率开关器件选用绝缘栅双 极晶体管IGBT，或金属氧化物场效应管MOSFET或其他开关器件。所述两相桥臂上面一组功 率开关器件连接到母线电压的正端，下面一组功率开关器件连接到母线电压的负端，桥臂 的两个中点耦合到直流电机电枢绕组。同一个桥臂上下两个功率开关的信号逻辑相反；两 个桥臂对称，选择桥臂控制电压方向或是电压大小可以根据实际情况调整。当然，功率开关 器件或可选用可控硅整流器，所述功率开关电路其中一个桥臂由逻辑电平信号控制，用于 改变接到直流电机电压的方向，从而改变直流电机旋转方向，另一个桥臂由导通触发角信 号控制，通过改变可控硅整流器通断的导通触发角来改变接到直流电机电枢电压的大小， 从而改变直流电机转速。(4)用于控制能耗制动单元和功率开关电路的驱动单元，该驱动单元一端耦合到 控制回路部分接受微处理器逻辑信号，另一端耦合到所述能耗制动单元和功率开关电路以 控制其通断。进一步地，所述驱动器还包括(5)用于检测输入电压是否缺相的相序检测电子装置，该装置在检测到输入电压 缺相时，产生一个跳变电平并保持该电平直到缺相现象消失。(6)用于检测整流环节产生的直流母线电压的电压检测单元，所述母线电压检测 单元通过分压电阻将母线电压按一定比例变换成微处理器能识别的电压信号。(7)用于检测驱动器输出电流的电流检测单元，通过电流传感器件和阻容器件将 输出电流转换成微处理器能识别的信号。(8)用于检测直流电机实时速度的速度检测单元，可将由测速发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电变桨控制系统直流电机驱动器，包括功率回路部分及控制该功率回路部分的控制回路部分，其特征在于：所述功率回路部分包括，整流单元，用于将输入交流电压变换成直流母线电压；能耗制动单元，由电子开关和功率电阻构成，所述电子开关通过关断和接通能所述功率电阻，用以通过能耗以降低母线电压而保护驱动器；功率开关电路，由两相桥臂四个功率开关器件构成，通过控制两相桥臂上下两组功率开关的通断进而用于关断和接通直流电机；所述驱动器的控制回路部分基于微处理器，并包括，电机速度信号采集单元，用以采集速度检测装置的速度信号，构成所述驱动器的闭环反馈速度信号，并在超速或者零速情况下报警；模拟信号采集单元，用以采集所述驱动器的电流检测单元、母线电压检测单元以及电源电压监控单元和速度给定单元的模拟信号；数字信号采集输入单元，用以采集运行命令逻辑、故障复位逻辑以及相序检测电子装置产生的电平信号；数字信号输出单元，用以根据驱动器运行状况，产生数字量信号；脉冲宽度调制信号产生单元，用以根据闭环给定和速度检测装置检测的速度信号、电流采样电路采样的电流信号产生控制功率开关电路的调制信号；与上位机通信的处理单元，用以与上位机的信息交互。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖庆恩，傅建民，林盈杰，邓杰，尤林森，
申请(专利权)人：苏州能健电气有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]