一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统论文和设计-江华

全文摘要

本实用新型公开了一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，属于风力发电技术领域，包括机体，机体内部的底端设置有底座，底座顶部的中间位置设置有控制单元，底座顶部一侧的上端设置有零点检测模块，底座顶部靠近零点检测模块处设置有转速检测模块，底座顶部靠近转速检测模块处设置有电压检测模块，底座顶部靠近电压检测模块处设置有电子卸荷模块，底座顶部另一侧的上端设置有风机输入端口。本实用新型通过将风力发电机组输出不稳定的三相交流电经由整流模块和BUCK降压电路输出稳定的直流电，最后在蓄电池前加入超压断开模块，在降压电路异常时起到保护蓄电池的作用。

主设计要求

1.一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，包括机体(13)，其特征在于：所述机体(13)内部的底端设置有底座(12)，所述底座(12)顶部的中间位置设置有控制单元(9)，所述底座(12)顶部一侧的上端设置有零点检测模块(5)，所述底座(12)顶部靠近零点检测模块(5)处设置有转速检测模块(6)，所述底座(12)顶部靠近转速检测模块(6)处设置有电压检测模块(7)，所述底座(12)顶部靠近电压检测模块(7)处设置有电子卸荷模块(8)，所述底座(12)顶部另一侧的上端设置有风机输入端口(10)，所述底座(12)顶部靠近风机输入端口(10)处设置有整流模块(1)，所述底座(12)顶部靠近整流模块(1)处设置有降压电路模块(2)，所述底座(12)顶部靠近降压电路模块(2)处设置有超压断开模块(3)，所述底座(12)顶部靠近超压断开模块(3)处设置有蓄电池输入接口(4)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，其特征在于：所述机体(13)的正面设置有控制面板(14)，所述底座(12)顶部的上端与下端皆设置有两组固定孔(11)。

3.根据权利要求1所述的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，其特征在于：所述风机输入端口(10)连接整流模块(1)、零点检测模块(5)、电压检测模块(7)和转速检测模块(6)，所述控制单元(9)连接零点检测模块(5)、转速检测模块(6)、电压检测模块(7)、电子卸荷模块(8)和超压断开模块(3)，所述整流模块(1)连接降压电路模块(2)，且降压电路模块(2)连接超压断开模块(3)，所述超压断开模块(3)连接蓄电池输入接口(4)。

4.根据权利要求1所述的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，其特征在于：所述风机输入端口(10)输出电压其中的两相作为输入端，且风机输入端口(10)输入相与运算放大器反向输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，其特征在于：所述风机输入端口(10)两个输入端之间加入两组电阻。

6.根据权利要求1所述的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，其特征在于：所述风机输入端口(10)输入经过六个二极管进行桥式全波整流，且经过直流电压采样。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，特别是涉及一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

传统的泄荷方式是串联一个相应功率段的泄荷电阻，在遇到强风或者蓄电池充满时进行泄荷放电，将多余的电量通过泄荷电阻以热能的方式消耗掉，这种泄能方式虽然比较简单，但对风机输入端口的碳刷损害比较大，在泄荷的过程中，过高的风速带动风力发电机转动，泄荷电阻相当于一个负载阻止风力发电机运转，类似风机输入端口刹车。由于不是机械刹车，纯靠泄荷电阻来释放能量，所以风机输入端口内的碳刷将会磨损，容易造成损坏；而且不仅风机输入端口内温度会迅速增高，泄荷电阻的温度也会急剧上升，最高温度实测达到 300℃，周边如果堆放了易燃物品非常容易造成火灾事故，过高的温度可能也会对人身造成伤害。由于过高的温度及较大的体积，需要安装在墙壁上进行散热，而且泄荷电阻是串联在电路中的，风机输入端口高速转动时，泄荷电流很大，如果被雨水打湿非常容易造成漏电，对人身安全有很大隐患。

针对泄荷电阻的通断，普遍采用的判断条件是风力发电机的风速以及蓄电池的电量，当风速过高或者蓄电池已经充满，泄荷打开，将多余的电能释放。而通过可控硅控制，如没有零点电压检测则会将有可能产生浪涌电压，对控制电路造成冲击，损坏控制板。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是为了提供一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，通过将风力发电机组输出不稳定的三相交流电经由整流模块和BUCK降压电路输出稳定的直流电，最后在蓄电池前加入超压断开模块，在降压电路异常时起到保护蓄电池的作用。

本实用新型的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，包括机体，所述机体内部的底端设置有底座，所述底座顶部的中间位置设置有控制单元，所述底座顶部一侧的上端设置有零点检测模块，所述底座顶部靠近零点检测模块处设置有转速检测模块，所述底座顶部靠近转速检测模块处设置有电压检测模块，所述底座顶部靠近电压检测模块处设置有电子卸荷模块，所述底座顶部另一侧的上端设置有风机输入端口，所述底座顶部靠近风机输入端口处设置有整流模块，所述底座顶部靠近整流模块处设置有降压电路模块，所述底座顶部靠近降压电路模块处设置有超压断开模块，所述底座顶部靠近超压断开模块处设置有蓄电池输入接口。

优选的，所述机体的正面设置有控制面板，所述底座顶部的上端与下端皆设置有两组固定孔。

优选的，所述风机输入端口连接整流模块、零点检测模块、电压检测模块和转速检测模块，所述控制单元连接零点检测模块、转速检测模块、电压检测模块、电子卸荷模块和超压断开模块，所述整流模块连接降压电路模块，且降压电路模块连接超压断开模块，所述超压断开模块连接蓄电池输入接口。

优选的，所述风机输入端口输出电压其中的两相作为输入端，且风机输入端口输入相与运算放大器反向输入端连接。

优选的，所述风机输入端口两个输入端之间加入两组电阻。

优选的，所述风机输入端口输入经过六个二极管进行桥式全波整流，且经过直流电压采样。

本实用新型的有益技术效果：

1、本实用新型提供的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，通过将风力发电机组输出不稳定的三相交流电经由整流模块和BUCK降压电路输出稳定的直流电，最后在蓄电池前加入超压断开模块，在降压电路异常时起到保护蓄电池的作用。

2、本实用新型提供的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，在整流之前将零点电压检测和转速检测模块加入到系统中，实时检测风机输入端口传入的电压值，当蓄电池充满时，风机输入端口如继续发电，控制单元控制相应端口打开可控硅进行泄荷，当转速超过预定值时，控制单元控制可控硅全开，进行完全泄荷，保证蓄电池的安全。

3、本实用新型提供的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，保障可控硅的寿命，每次泄荷都在零点电压位时开始，防止过大的浪涌对元器件造成损害。

附图说明

图1为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的机体立体图；

图2为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的剖视图；

图3为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的系统方框图；

图4为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的零点和检测电路图；

图5为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的桥式整流和可控硅泄荷电路图；

图6为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的降压电路图；

图7为按照本实用新型的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的一优选实施例的开关电源供电电路图。

图中：1-整流模块，2-降压电路模块，3-超压断开模块，4-蓄电池，5-零点检测模块，6-转速检测模块，7-电压检测模块，8-电子卸荷模块，9-控制单元，10-风机输入端口，11-固定孔，12-底座，13- 机体，14-控制面板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1-图7所示，一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统，包括机体13，机体13内部的底端设置有底座12，底座12顶部的中间位置设置有控制单元9，底座12顶部一侧的上端设置有零点检测模块5，底座12顶部靠近零点检测模块5处设置有转速检测模块6，底座12顶部靠近转速检测模块6处设置有电压检测模块7，底座12顶部靠近电压检测模块7处设置有电子卸荷模块8，底座12顶部另一侧的上端设置有风机输入端口10，底座12顶部靠近风机输入端口10处设置有整流模块1，底座12顶部靠近整流模块1处设置有降压电路模块2，底座12顶部靠近降压电路模块2处设置有超压断开模块3，底座12顶部靠近超压断开模块3处设置有蓄电池输入接口4。

在实施例中，如图1所示机体13的正面设置有控制面板14，从而可以起到控制和设定参数的作用，所述底座12顶部的上端与下端皆设置有两组固定孔11，从而可以起到对机体13安装固定的作用。

在实施例中，如图3所示风机输入端口10连接整流模块1、零点检测模块5、电压检测模块7和转速检测模块6，所述控制单元9连接零点检测模块5、转速检测模块6、电压检测模块7、电子卸荷模块8和超压断开模块3，所述整流模块1连接降压电路模块2，且降压电路模块2连接超压断开模块3，所述超压断开模块3连接蓄电池输入接口4，当到达预设风速时，风机转动，风力发电机启动开始输出交流电，经由风机输入端口10将交流电传输到达整流模块1，通过整流模块1的全桥整流输出直流电，经过内部线路到达BUCK降压电路模块2，将电压降到适合蓄电池4安全充电的数值，再经过超压断开模块3，确保BUCK降压电路模块2损坏仍然可以保证蓄电池4 的安全，防止蓄电池4起火，在整个工作期间零点检测模块5、转速检测模块6、电压检测模块7，实时将采集到的数据传递给控制单元 9，当蓄电池4未充满且风机转速没有达到预定泄荷转速时，风机输入端口10正常充电，当风速过高，转速检测模块6检测达到泄荷转速时，控制器给电子泄荷模块8信号，开始泄荷，如降压电路模块2 损坏，不能将风机输入端口10电压降到合适的数值，控制单元9将通过风机输入端口10输入的电压检测模块7检测到异常，控制超压断开模块3切断风机输入端口10输入的电压。

在实施例中，如图4所示风机输入端口10输出电压其中的两相作为输入端，且风机输入端口10输入R相经过降压限流电阻进入运算放大器反向输入端，通过实际情况计算放大或缩小倍率，配比R59 合适的阻值，R62和C30共同组成了RC滤波电路，防止由于干扰产生误动作，在R58和R59之间加入二极管防止损坏运算运算放大器， D17与D16功能类似。

在实施例中，如图4所示风机输入端口10中R、S两个输入端之间加入R68、R60，防止风机输入端口控制器与风机输入端口断路时产生感应电压，增加电路抗干扰能力，经过RC滤波，输出降压后的信号传递给运算放大器，通过二极管的作用，使输出电压范围控制在合适电压范围内，产生稳定的方波，输出给微处理器，然后通过配比电阻将波形进行整形，输出到单片机的就会是可控的方波。

在实施例中，如图5所示风机输入端口10输入经过D19、D20、D21、D23、D24、D25六个二极管进行桥式全波整流，输出脉冲波形的直流电，经过直流风机输入端口电压采样，判断风机输入端口直流电压的大小，从侧方面保证检测电路的准确性，BR的功能是单片机控制可控硅的通断，加入用于保护输入端电路防止电流倒灌的二极管，经过整流过的电流通过限流电阻后进入光耦输入端，通过R\/S\/T 或者制动刹车开关控制SCR1、SCR2的通断，根据当前风机输入端口转速的大小来自动控制可控硅的通断，继而控制泄荷的大小。

如图1-图7所示，本实施例提供的一种利用可控硅控制泄荷的风力发电机控制系统的工作过程如下：

步骤1：当到达预设风速时，风机转动，风力发电机启动开始输出交流电，输出的交流电经过线缆传输到达整流模块1；

步骤2：通过整流模块1的全桥整流输出直流电，经过内部线路到达BUCK降压电路模块2，将电压降到适合蓄电池4安全充电的数值；

步骤3：再经过超压断开模块3，确保BUCK降压电路模块2损坏仍然可以保证蓄电池4的安全，防止蓄电池4起火；

步骤4：在整个工作期间零点检测模块5、转速检测模块6、电压检测模块7，实时将采集到的数据传递给控制单元9；

步骤5：当蓄电池4未充满且风机转速没有达到预定泄荷转速时，风机输入端口10正常充电；

步骤6：当风速过高，转速检测模块6检测达到泄荷转速时，风机输入端口10给电子泄荷模块8信号，开始泄荷。

综上所述，在本实施例中，当到达预设风速时，风机转动，风力发电机启动开始输出交流电，输出的交流电经过线缆传输到达整流模块1，通过整流模块1的全桥整流输出直流电，经过内部线路到达BUCK 降压电路模块2，将电压降到适合蓄电池4安全充电的数值，再经过超压断开模块3，确保BUCK降压电路模块2损坏仍然可以保证蓄电池4的安全，防止蓄电池4起火，在整个工作期间零点检测模块5、转速检测模块6、电压检测模块7，实时将采集到的数据传递给控制单元9，当蓄电池4未充满且风机转速没有达到预定泄荷转速时，风机正常充电，当风速过高，转速检测模块6检测达到泄荷转速时，风机输入端口10给电子泄荷模块8信号，开始泄荷，如降压电路模块 2损坏，不能将风机输入端口10电压降到合适的数值，控制单元9 将通过风机输入端口10输入的电压检测模块7检测到异常，控制超压断开模块3切断风机输入端口10输入的电压。

以上所述，仅为本实用新型进一步的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。

设计图

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