本發(fā)明屬于電氣控制柜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜及其工作方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國家對以風(fēng)電機(jī)組為代表的新能源的重視，越來越多的研究者開展了風(fēng)電機(jī)組相關(guān)研究，開發(fā)了許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)臺及測試裝置。目前的許多風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺，結(jié)構(gòu)上占用空間較大，電氣控制方面分布較為松散，結(jié)構(gòu)不緊湊，電力驅(qū)動(dòng)控制、發(fā)電輸出控制等電路多分散安裝。在電氣參數(shù)測量方面，如電壓、電流、功率測量，多采用外部儀器測量，集成度不高。且在實(shí)驗(yàn)臺的電氣控制過程中，難以實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)實(shí)時(shí)顯示，不能對電氣設(shè)備進(jìn)行同時(shí)的緊急控制，操作不太便利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜及其工作方法，解決風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜電氣參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、同時(shí)緊急控制的問題，同時(shí)安裝結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，操作便利，能夠有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電氣控制和相關(guān)操作。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜，包括通斷電控制電路、發(fā)電存儲電路和放電電路，其中：

所述通斷電控制電路包括依次連接的空氣開關(guān)、交流接觸器和變頻器，總電源線連接所述空氣開關(guān)，通過空氣開關(guān)控制整個(gè)控制柜和實(shí)驗(yàn)臺的電源通斷；所述交流接觸器連接三個(gè)控制按鈕和主電路；所述變頻器連接實(shí)驗(yàn)臺的電動(dòng)機(jī)；

所述發(fā)電存儲電路包括三相數(shù)顯表及風(fēng)電機(jī)組控制器，所述三相數(shù)顯表的一端連接外部實(shí)驗(yàn)臺設(shè)置的發(fā)電機(jī)，另一端通過電線連接所述風(fēng)電機(jī)組控制器，電機(jī)組控制器再連接外部實(shí)驗(yàn)臺設(shè)置的蓄電池充電接口；

所述放電電路包括逆變器及蓄電池，所述蓄電池設(shè)置在控制柜外部的實(shí)驗(yàn)臺，通過蓄電池放電接口連接所述逆變器。

進(jìn)一步的，所述空氣開關(guān)、交流接觸器、變頻器與風(fēng)電機(jī)組控制器及逆變器設(shè)于控制柜內(nèi)部，所述控制按鈕和三相數(shù)顯表設(shè)于控制柜面板上，所述控制柜面板通過設(shè)置其上的開關(guān)打開；

其中，所述空氣開關(guān)和交流接觸器通過卡扣固定在導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌水平固定在控制柜的底座上部位置；

所述風(fēng)電機(jī)組控制器固定在控制柜右側(cè)面板上部位置；所述逆變器固定在控制柜的底座右下部位置；所述三相數(shù)顯表通過卡扣固定在所述控制柜面板右側(cè)中部位置，位于所述風(fēng)電機(jī)組控制器和逆變器之間；位于所述三相數(shù)顯表上方，靠近所述交流接觸器；

所述變頻器固定在控制柜的底座左側(cè)中部位置，在其所對應(yīng)的所述控制柜面板上開設(shè)相應(yīng)大小的四方孔，凸出控制柜內(nèi)的變頻器；

進(jìn)一步的，所述控制按鈕包括并排均勻設(shè)置的按鈕A、按鈕B、按鈕C；其中，按鈕A選用圓形綠色帽自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的起動(dòng)控制；按鈕B選用圓形紅色帽自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的停止控制；按鈕C選用圓形紅色帽不可自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的急?？刂?，需要手動(dòng)旋轉(zhuǎn)此按鈕方可復(fù)位。

進(jìn)一步的，所述逆變器的輸入電壓為24V直流電，輸出為220V交流電，可供工作和家庭用電。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)電機(jī)組控制器的輸入為三相交流電，輸入電壓范圍為0-380V，輸出為24V直流電。

進(jìn)一步的，所述交流接觸器工作電壓380V，工作電源頻率50Hz，工作電流12A，自帶3對主觸點(diǎn)，一對常開輔助觸點(diǎn)，一對常閉輔助觸點(diǎn)，一個(gè)線圈。

進(jìn)一步的，所述變頻器選用三相交流變頻調(diào)速器，工作電壓380V，輸出電源頻率范圍0～50Hz；總電源導(dǎo)線為三相四線電纜，每相均為直徑2.5mm的銅線。

根據(jù)上述的一種小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜的工作方法，包括以下步驟：

1)空氣開關(guān)和交流接觸器控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺電路的通斷：總電源線通過總電源引入接口引入到控制柜，連接空氣開關(guān)，通過空氣開關(guān)控制整個(gè)控制柜和實(shí)驗(yàn)臺的電源通斷；從空氣開關(guān)輸出的電流，通過電線連接到交流接觸器上，結(jié)合控制按鈕實(shí)現(xiàn)對整個(gè)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電氣通斷電控制；

2)變頻器實(shí)現(xiàn)對電源頻率的靈活調(diào)節(jié)以控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)不平穩(wěn)風(fēng)速的模擬：變頻器通過電動(dòng)機(jī)接口連接實(shí)驗(yàn)臺的電動(dòng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)電源頻率實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，以模擬不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入效果；

3)風(fēng)電機(jī)組控制器實(shí)現(xiàn)對輸出三相電壓的整流調(diào)節(jié)以保存電能：風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，通過連接發(fā)電機(jī)接口輸入到三相數(shù)顯表，三相數(shù)顯表通過電線連接風(fēng)電機(jī)組控制器，經(jīng)風(fēng)電機(jī)組控制器整流控制后輸出到蓄電池充電接口與蓄電池連接，給蓄電池充電以保存電能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的發(fā)電存儲功能；

4)逆變器實(shí)現(xiàn)直流電和工作用交流電的變換以實(shí)現(xiàn)電能的輸出利用：風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的放電釋放功能，通過蓄電池和逆變器實(shí)現(xiàn)，蓄電池通過蓄電池放電接口連接到逆變器上，通過逆變器把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過供電接口輸出電能，供用戶使用。

進(jìn)一步的，所述步驟1)中通斷電控制的方法為：

所述交流接觸器包括線圈KM線、主觸點(diǎn)KM主、輔助常開觸點(diǎn)KM輔、輔助常閉觸點(diǎn)幾個(gè)部分，當(dāng)通電啟動(dòng)控制柜時(shí)，閉合空氣開關(guān)，按下控制的按鈕A即SB3，KM線通電，常開觸點(diǎn)KM輔閉合形成自鎖，主觸點(diǎn)KM主通電，給實(shí)驗(yàn)臺電氣系統(tǒng)供電；

斷電時(shí)，按下按鈕B即SB1或者按鈕C即SB2，KM線斷電，常開觸點(diǎn)KM輔斷開失去自鎖，主觸點(diǎn)KM主斷電，實(shí)驗(yàn)臺電氣系統(tǒng)失電。

進(jìn)一步的，三相數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)臺中風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電量參數(shù)的測量及實(shí)時(shí)顯示。

有益效果：本發(fā)明提供的小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜及其工作方法，其有益效果在于，解決風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜電氣參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、電氣設(shè)備同時(shí)緊急控制的問題，同時(shí)安裝結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，操作便利，能夠有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電氣控制和相關(guān)操作。另一方面，所述控制柜采用的設(shè)備，均屬于工業(yè)中常用的電氣設(shè)備，運(yùn)行安全，成本低廉，易于大規(guī)模推廣，具有較大的市場前景和推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜面板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)是控制柜面板后側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)是控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺風(fēng)電機(jī)組發(fā)電充電放電示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺通斷電控制電路；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺試驗(yàn)測試風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電流和電源頻率的關(guān)系曲線。圖5(a)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)A相輸出電流值和電源頻率的關(guān)系曲線；圖5(b)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)B相輸出電流值和電源頻率的關(guān)系曲線；圖5(c)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)C相輸出電流值和電源頻率的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明為一種小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜及其工作方法，它包括空氣開關(guān)、交流接觸器、變頻器、三相數(shù)顯表、風(fēng)電機(jī)組控制器、逆變器及連接導(dǎo)線等附屬部件?？諝忾_關(guān)和交流接觸器控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺電路的通斷；變頻器實(shí)現(xiàn)對電源頻率的靈活調(diào)節(jié)以控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)不平穩(wěn)風(fēng)速的模擬；三相數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)臺中風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電量參數(shù)的測量及實(shí)時(shí)顯示；風(fēng)電機(jī)組控制器實(shí)現(xiàn)對輸出三相電壓的整流調(diào)節(jié)以保存電能；逆變器實(shí)現(xiàn)直流電和工作用交流電的變換以實(shí)現(xiàn)電能的輸出利用。該控制柜可以有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的發(fā)電系統(tǒng)控制及電能輸出控制，緊急情況下可以實(shí)現(xiàn)對全部部件的同時(shí)斷電保護(hù)，并且結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，值得大規(guī)模推廣。

實(shí)施例

本實(shí)施例適用于一般小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電氣控制，控制柜尺寸參數(shù)為寬40cm，高50cm，厚15cm。工作電壓為三相四線制380V工業(yè)用電，輸出配套蓄電池為直流24V。其他類型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺可根據(jù)具體條件調(diào)整部分參數(shù)以實(shí)現(xiàn)電氣控制功能。

參照附圖1和附圖2，本實(shí)施例的小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜，它包括空氣開關(guān)8、交流接觸器7、變頻器12、三相數(shù)顯表5、風(fēng)電機(jī)組控制器10、逆變器11及按鈕A1、按鈕B2、按鈕C3、導(dǎo)軌9、連接導(dǎo)線等附屬部件。按鈕A1、按鈕B2、按鈕C3通過旋鈕固定在控制柜面板上，三相數(shù)顯表5通過卡扣固定在控制柜面板上，四方孔6用以顯露出控制柜內(nèi)的變頻器12?？刂乒衩姘逋ㄟ^開關(guān)4打開，導(dǎo)軌9、變頻器12、逆變器11通過螺栓固定在控制器底板上?？諝忾_關(guān)8、交流接觸器7通過卡扣固定在導(dǎo)軌9上，可以沿著導(dǎo)軌平行滑動(dòng)以調(diào)整左右位置，防止和控制面板后面的按鈕ABC碰撞、及方便控制柜內(nèi)部布線。風(fēng)電機(jī)組控制器10通過螺栓固定在控制柜側(cè)面板上。

本實(shí)施例中，定義控制柜左上角為坐標(biāo)零點(diǎn)建立坐標(biāo)系，單位cm，則面板上各部件的位置及尺寸可以得出：按鈕1圓孔中心點(diǎn)位置(10,10)，圓孔直徑2.2cm；按鈕2圓孔中心點(diǎn)位置(20,10)，圓孔直徑2.2cm；按鈕3圓孔中心點(diǎn)位置(30,10)，圓孔直徑2.2cm；開關(guān)4圓孔中心點(diǎn)位置(36,25)，直徑2.4cm；三相數(shù)顯表5左上角位置(22,20)，尺寸寬9cm，高9cm；四方孔6的左上角位置(5,20)，尺寸寬13cm，高15cm。控制柜內(nèi)部各部件位置及尺寸：導(dǎo)軌9中心線左側(cè)位置(2,8.5)，長30cm，寬度3.5cm；風(fēng)電機(jī)組控制器10左上角位置(34,8)，寬14cm，高15cm，厚6cm；逆變器11左上角位于(20,22)，寬15cm，高16cm，厚6cm；變頻器12位置和四方孔6重合，寬13cm，高15cm，厚15cm，安裝后略突出于控制柜面板。

總電源線通過總電源引入接口13引入到控制柜，通過控制柜左側(cè)邊緣布線，連接到空氣開關(guān)8的上方，通過空氣開關(guān)8控制整個(gè)控制柜和實(shí)驗(yàn)臺的電源通斷。

本實(shí)施例中，總電源導(dǎo)線為三相四線電纜，每相均為直徑2.5mm的銅線?？諝忾_關(guān)8選用四相開關(guān)，額定電流20A，自帶保護(hù)斷電功能。安裝時(shí)通過卡扣卡在導(dǎo)軌9上，可以沿著導(dǎo)軌9平滑移動(dòng)。導(dǎo)軌9通過兩個(gè)直徑4mm的螺栓固定在控制柜的底座上。

從空氣開關(guān)8輸出的電流，通過電線連接到交流接觸器7上，結(jié)合按鈕A1、按鈕B2、按鈕C3實(shí)現(xiàn)對整個(gè)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電氣通斷電控制。

本實(shí)施例中，按鈕A1選用圓形綠色帽自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的起動(dòng)控制；按鈕B2選用圓形紅色帽自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的停止控制；按鈕C3選用圓形紅色帽不可自復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的急停控制，需要手動(dòng)旋轉(zhuǎn)此按鈕方可復(fù)位。按鈕A1、按鈕B2、按鈕C3通過自帶螺帽固定于控制柜面板相應(yīng)的安裝孔兩側(cè)，旋緊，導(dǎo)線在控制柜內(nèi)側(cè)連接。交流接觸器7選用型號CJX2-1210，工作電壓380V，工作電源頻率50Hz，工作電流12A，自帶3對主觸點(diǎn)，一對常開輔助觸點(diǎn)，一對常閉輔助觸點(diǎn)，一個(gè)線圈。交流接觸器7通過卡扣固定在導(dǎo)軌9上，可以沿著導(dǎo)軌9平滑。

參照附圖3、4，本實(shí)施例的小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜通斷電控制，通電起動(dòng)控制柜時(shí)，閉合空氣開關(guān)8(QS)，按下按鈕1(SB3)，交流接觸器7的線圈(KM線)通電，常開觸點(diǎn)KM輔閉合形成自鎖，主觸點(diǎn)KM主通電，給實(shí)驗(yàn)臺電氣系統(tǒng)供電。斷電時(shí)，按下按鈕2(SB1)或者按鈕3(SB2)，交流接觸器7的線圈(KM線)斷電，常開觸點(diǎn)KM輔斷開失去自鎖，主觸點(diǎn)KM主斷電，實(shí)驗(yàn)臺電氣系統(tǒng)失電。

本實(shí)施例中，變頻器12選用三相交流變頻調(diào)速器，工作電壓380V，輸出電源頻率范圍0～50Hz。變頻器12通過四個(gè)直徑4mm的螺栓固定在控制柜的底座上。

變頻器12通過連接電動(dòng)機(jī)接口14連接實(shí)驗(yàn)臺的電動(dòng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)電源頻率實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，以模擬不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入效果。

風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，通過連接發(fā)電機(jī)接口18輸入到三相數(shù)顯表5。

本實(shí)施例中，三相數(shù)顯表5工作電壓220V，可以實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)臺運(yùn)行時(shí)的電氣參數(shù)，包括電壓、電流、功率等。三相數(shù)顯表5通過卡扣固定在控制柜面板上，連接導(dǎo)線在控制柜面板內(nèi)側(cè)連接，顯示屏安裝在控制柜面板外側(cè)。

三相數(shù)顯表5通過電線連接到風(fēng)電機(jī)組控制器10上，經(jīng)風(fēng)電機(jī)組控制器10整流控制后輸出到連接蓄電池充電接口15，給蓄電池充電以保存電能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的發(fā)電存儲功能。

本實(shí)施例中，風(fēng)電機(jī)組控制器10的輸入為三相交流電，輸入電壓范圍為0-380V，輸出為24V直流電。風(fēng)電機(jī)組控制器10通過四個(gè)直徑4mm的螺栓固定在控制柜的側(cè)面。

風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的放電釋放功能，通過蓄電池和逆變器11實(shí)現(xiàn)，蓄電池通過連接蓄電池放電接口17連接到逆變器11上，通過逆變器11把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟Ｍㄟ^供電接口16輸出電能，供用戶使用。

蓄電池有正負(fù)極2根線與外界接口相連，蓄電池充電接口15負(fù)責(zé)充電連接，蓄電池放電接口17負(fù)責(zé)放電連接，在本控制柜之外的實(shí)際連接方式不同。兩個(gè)接口各有開關(guān)控制與蓄電池的斷開閉合。

本發(fā)明由三個(gè)電氣過程組成，一個(gè)是總通斷電控制，一個(gè)是發(fā)電機(jī)發(fā)電充電存儲，一個(gè)是蓄電池放電使用。后兩個(gè)過程的連接點(diǎn)在蓄電池，又相互獨(dú)立，互成系統(tǒng)。

本實(shí)施例中，逆變器11的輸入電壓為24V直流電，輸出為220V交流電，可供工作和家庭用電。逆變器11通過四個(gè)直徑4mm的螺栓固定在控制柜的底座上。

參照附圖5，本實(shí)施例試驗(yàn)測試過程中，調(diào)節(jié)變頻器12的輸出電源頻率，就可以調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，通過三相數(shù)顯表5可以實(shí)時(shí)顯示輸出的電壓電流信息。當(dāng)電源頻率低于6Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速過低，A、B、C三相輸出電流數(shù)值較低，三相數(shù)顯表5不顯示相關(guān)數(shù)據(jù)；當(dāng)電源頻率大于6Hz時(shí)，三相輸出電流數(shù)值增大，三相數(shù)顯表5開始顯示數(shù)據(jù)，A、B、C三相輸出電流分別是0.071A、0.069A、0.065A；當(dāng)電源頻率到達(dá)最高值50Hz時(shí)，A、B、C三相輸出電流分別是3.230A、2.961A、3.037A，達(dá)到最大值。亦即，電源頻率低，則發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流低，電源頻率高，則發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流高，其規(guī)律符合發(fā)電機(jī)功率曲線趨勢，驗(yàn)證了風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜設(shè)計(jì)和運(yùn)行的可靠性。風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺的電能存儲和釋放測試均較為平穩(wěn)，能夠滿足設(shè)計(jì)需要。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺控制柜結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，具有多部件同時(shí)急停的保護(hù)功能，成本低廉，值得大規(guī)模推廣。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。