具有封星功能的小型风力发电机控制器的制作方法

1.本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种具有封星功能的小型风力发电机控制器。


背景技术：

2.现有风力发电机通常采用气动刹车系统和机械刹车系统来完成刹车。气动刹车系统主要靠叶片收桨降低受风面积来完成减速，但收桨时叶片还在空转，如果想要风机完全停止，则需要另外一套制动系统，即机械刹车才能够使风机完全停止。机械刹车系统主要靠液压系统对机械刹车系统提供刹车动力，若在一定转动速度下，机械刹车配合气动刹车也难以将风机的风轮彻底锁死时，则需要在降低风轮转动速度后锁上风轮锁，使风机桨叶彻底停止转动，等待合适时机时再重启发电系统。
3.但是，在小型风力发电机中应用液压装置为机械制动提供动力，无疑会增加系统设计的复杂性，给控制系统的原理设计阶段和机械实现阶段增加难度和成本。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有封星功能的小型风力发电机控制器，电路结构简单，设计难度低，成本低。
5.于是，本发明提供了一种具有封星功能的小型风力发电机控制器，包括：用于接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号的隔离型光耦、由隔离型光耦控制通断的开关管、以及由开关管控制通断的继电器，继电器控制线圈与开关管连接，继电器三个开关端用于分别连接小型风力发电机的三相电压输出端。
6.上述小型风力发电机控制器，还包括：为隔离型光耦和继电器控制线圈供电的电源。
7.其中，所述隔离型光耦的管脚1通过电阻r250接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号，管脚2接地，管脚3与开关管三极管q13的门极连接，管脚4通过电阻r247连接电源，三极管q13的门极通过相互并联的电阻r253和电容c209接地，三极管q13的发射极接地，三极管q13的集电极与继电器控制线圈k1d的一端连接，继电器控制线圈k1d的另一端连接电源，二极管d52与继电器控制线圈k1d并联，二极管d52的负极端连接电源。
8.其中，所述隔离型光耦的管脚1通过电阻r350接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号，管脚2接地，管脚3与开关管mos管u40的栅极连接，管脚4通过电阻r347连接电源，mos管u40的栅极通过相互并联的电阻r353和电容c309接地，mos管u40的源极接地，mos管u40的漏极与继电器控制线圈k1d的一端连接，继电器控制线圈k1d的另一端连接电源，二极管d52与继电器控制线圈k1d并联，二极管d52的负极端连接电源。
9.本发明所述具有封星功能的小型风力发电机控制器，通过设置用于接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号的隔离型光耦、以及开关管和继电器的方式，使得小型风力发电机通过继电器的闭合实现封星，电路结构简单，设计难度低，成本低。
附图说明
10.图1为本发明实施例所述的具有封星功能的小型风力发电机控制器的电路结构框图；图2为将图1所示控制器应用到小型风力发电机控制系统中的应用示意图；图3为图2所示小型风力发电机控制系统控制流程示意图；图4为图1所示控制器实施例一的电路图；图5为图1所示控制器实施例二的电路图。
具体实施方式
11.下面，结合附图对本发明进行详细描述。
12.如图1所示，本实施例提供了一种具有封星功能的小型风力发电机控制器，包括：隔离型光耦、开关管和继电器，其中，隔离型光耦用于接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号，开关管接收隔离型光耦的开关管导通信号，由隔离型光耦控制开关管的通断，开关管控制继电器的通断，继电器控制线圈与开关管连接，继电器三个开关端用于分别连接小型风力发电机的三相电压输出端。上述还包括隔离型光耦和继电器控制线圈供电的电源。
13.继电器km1的三个开关端与小型风力发电机的三相电压输出端连接，当小型风力发电机的控制系统中的cpu发出指令启动封星时，该信号经由隔离型光耦传导至开关管使其导通，于是连接在开关管上的继电器控制线圈和供电电源通过开关管与地线之间产生了连接，形成了导通回路，继电器控制线圈通电，继电器的三个开关端闭合，封星功能开启；当小型风力发电机的控制系统重新启动需要封星功能关闭时，小型风力发电机的控制系统中的cpu取消控制封星电信号的输出，则开关管关断，继电器控制线圈失电，封星功能关闭。
14.本实施例所述封星，来源于电梯系统中的封星技术，电梯在运行过程中因为某种原因导致失电停止运转时，或因为制动器无法制停运行着的电梯时，由于曳引轮两侧的载荷不平衡必定会导致电梯发生“溜车”甚至“飞车”，此时可通过永磁同步曳引机中专用的某一个接触器来实现封星。那么同样的，在本实施例中，当风力发电机的风轮转速过高时，也可能会发生“失速飞车”的风险，因此采用封星控制方式可以有效实现发电机的刹车制动。
15.图2中，当继电器km1闭合时，无刷直流发电机的三相端子uvw短接，使电枢形成3个闭合的线圈，风力机带动无刷直流发电机旋转，旋转的电枢线圈切割永磁体形成的磁场在闭合的电枢线圈内产生感应电流，感应电流产生的感应电压与磁场切割形成一个相反的磁场，从而产生对发电机的制动力矩，即通过封星导线形成闭合回路将电能消耗掉。
16.如图3所示，风力发电机控制系统判断当前是否需要降速停机，当风力发电机控制系统降低风机风轮转速至零或接近零并使风机停机等待时，若需要，则风机降速至零，并判断风力发电机系统中的电磁抱闸是否已经吸合，若已经吸合，则启动封星，由风力发电机的控制系统中的cpu发出信号使继电器km1闭合，此时使风机停机等待时，风力发电机的控制系统将对封星期间的电机电流进行检测，以此来判断当前环境能否重启系统，若能够，则重启系统。当遭遇恶劣大风天气需要风机停机等待时，启动封星并配合以电磁抱闸，使风机风轮彻底抱死，并不断检测无刷直流发电电机电流来估计当前风速，当达到了开机条件时，系统开机继续进行发电。
17.实施例一
如图4所示，隔离型光耦uf4的管脚1通过电阻r250接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号，管脚2接地，管脚3与开关管三极管q13的门极连接，管脚4通过电阻r247连接电源，三极管q13的门极通过相互并联的电阻r253和电容c209接地，三极管q13的发射极接地，三极管q13的集电极与继电器控制线圈k1d的一端连接，继电器控制线圈k1d的另一端连接电源，二极管d52与继电器控制线圈k1d并联，二极管d52的负极端连接电源。
18.当小型风力发电机需要开启封星功能时，小型风力发电机控制系统cpu通过gpio（general purpose input/output，通用输入输出）端口发出电信号，该信号命名为yr1，yr1信号经过隔离型光耦uf4隔离后输出电流至三极管q13的门极，使得三极管q13导通，继电器线圈k1d通电，继电器闭合，封星功能开启。当小型风力发电机需要重新启动关闭封星功能时，yr1信号关断，则三极管q13关断，继电器线圈k1d失电，继电器线圈断开，封星功能关闭，小型风力发电机正常启动进行发电功能。电阻r247、r250均起到电路限流缓冲作用；电阻r253和电容c209构成了rc并联电路，起到了滤波抗干扰的作用；反并联二极管d52则起到了对电路的保护作用。
19.实施例二如图5所示，隔离型光耦uf4的管脚1通过电阻r350接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号，管脚2接地，管脚3与开关管mos管u40的栅极连接，管脚4通过电阻r347连接电源，mos管u40的栅极通过相互并联的电阻r353和电容c309接地，mos管u40的源极接地，mos管u40的漏极与继电器控制线圈k1d的一端连接，继电器控制线圈k1d的另一端连接电源，二极管d52与继电器控制线圈k1d并联，二极管d52的负极端连接电源。
20.当小型风力发电机需要开启封星功能时，小型风力发电机控制系统cpu通过gpio端口发出电信号，该信号命名为xt1，xt1信号经过隔离型光耦uf4隔离后输出电流至mos管u40的栅极，使得mos管u40导通，继电器线圈k1d通电，继电器闭合，封星功能开启。当小型风力发电机需要重新启动关闭封星功能时，xt1信号关断，则mos管u40关断，继电器线圈k1d失电，继电器线圈断开，封星功能关闭，小型风力发电机正常启动进行发电功能。电阻r347、r350均起到电路限流缓冲作用；电阻r353和电容c309构成了rc并联电路，起到了滤波抗干扰的作用；反并联二极管d52则起到了对电路的保护作用。
21.实施例中隔离型光耦uf4可以选择181gb/gr型号。
22.封星技术在小型风力发电机控制系统中的应用，极大的简化了控制系统的整体设计，有效地降低了成本。在需要停机等待的过程中，若抱闸制动发生故障失效，封星技术制动仍然可以最大程度的保障系统不失速，对整个风机控制器起到了保护作用。
23.综上所述，本实施例所述具有封星功能的小型风力发电机控制器，通过设置用于接收小型风力发电机控制系统cpu控制信号的隔离型光耦、以及开关管和继电器的方式，使得小型风力发电机通过继电器的闭合实现封星，电路结构简单，设计难度低，成本低。
24.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。