專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，致力于為離網(wǎng)型同軸 直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的高效率電壓 控制方案，屬于電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)資源的日益枯竭，世界各能源大國(guó)都把目光投向了可再生資源。 其中風(fēng)能已成為目前最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，也 是我國(guó)未來數(shù)年內(nèi)最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕鍧嵞茉?，在我?guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略中 占有重要的地位。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可分為水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和垂直抽風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī) 兩大類，而垂直軸風(fēng)輪又可以分為升力型風(fēng)輪和阻力型風(fēng)輪。申請(qǐng)?zhí)枮?br>
2008100495174的發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書中的垂直軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的三戟消 渦風(fēng)輪(申請(qǐng)?zhí)枮?008200699603的實(shí)用新型專利申請(qǐng)公布說明書中的垂直 軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的三戟消渦風(fēng)輪)屬于阻力型風(fēng)輪，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的薩布紐斯式 風(fēng)輪起動(dòng)力矩大的不足，提高了風(fēng)能利用的功率系數(shù)。該三戟消渦風(fēng)輪和申 請(qǐng)?zhí)枮?00810049516X的發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書中的失速可控式永磁風(fēng)力 發(fā)電機(jī)(申請(qǐng)?zhí)枮?008200699590的實(shí)用新型專利申請(qǐng)公布說明書中的失速 可控式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī))共同構(gòu)成了一種同軸直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 主體，三戟消渦風(fēng)輪具有較高的功率系數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠且安裝維護(hù) 方便等特點(diǎn)，與三戟消渦風(fēng)輪同軸的直接驅(qū)動(dòng)失速可控式永磁風(fēng)力發(fā)電裝置 能在1.6m/s 30m/s較大風(fēng)速范圍內(nèi)進(jìn)行工作并具有失速自控功能，可為電力市場(chǎng)提供綠色環(huán)保且成本低廉的新型能源裝置。
同軸直驅(qū)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能在較大范圍內(nèi)運(yùn)行工作，隨著風(fēng)速的 變化使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化很大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率等存在著大 幅度波動(dòng)。就需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓、頻率等特性實(shí)施必要的調(diào)節(jié) 控制。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效率、可靠性高并能夠自動(dòng) 調(diào)節(jié)的直驅(qū)式同軸小功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，該電壓控制器由整流電路、升壓斬波 電路、正激變換電路及P簡(jiǎn)脈寬調(diào)制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入 升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端連入正激變換電路輸入端， 正激變換電路輸出端接蓄電池，P麗脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號(hào)輸 入端與正激變換電路的輸出端連接，P麗脈寬控制器的輸出端通過脈沖耦合器 與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接。
所述的升壓斬波電路由儲(chǔ)能電感、整流二極管和換流開關(guān)管IGBT構(gòu)成， 儲(chǔ)能電感的一端接整流電路輸出的正極，換流開關(guān)管的漏極接整流二極管的 正極，換流開關(guān)管的柵極接P麗脈寬控制電路的輸出端，源極接整流電路輸 出的負(fù)極， 一個(gè)濾波電容并聯(lián)在升壓斬波電路輸出端。
所述的正激變換電路主要由帶輔助繞組的變壓器構(gòu)成，變壓器的主邊繞 組一端通過一個(gè)二極管接升壓斬波電路輸出端的正極，由變壓器的輔助繞組 和一個(gè)二極管串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞組的 一端接整流二極管的正極，濾波電容并聯(lián)在變壓器次邊繞組的另一端和整流二極管的負(fù)極，正激變換電路的輸出接蓄電池，電流采樣電阻串接在蓄電池 的負(fù)極與地之間。
所述的P麗脈寬控制電路主要由SG3525PWM脈寬控制器構(gòu)成，SG3525P麗 脈寬控制器的反饋端接正激變換電路的電流采樣的輸出端，SG3525PWM脈寬控 制器的輸出端接脈沖耦合器輸入線圈的一端，脈沖耦合器的輸出線圈的一端 接升壓斬波電路中換流開關(guān)管的柵極。
本實(shí)用新型的核心技術(shù)是采用可控?cái)夭娐穪矸€(wěn)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的波 動(dòng)電壓，電路主要由升壓斬波電路、P麗(Pulse-Width Modulation)脈寬控 制器、正激變換電路組成，是一個(gè)由P麗脈寬控制器控制占空比的升降壓斬 波(Boost-Buck)電路。
在給蓄電池充電的回路中采用一種和升壓斬波電路緊密結(jié)合的正激變換 電路，同斬波電路共同使用同一個(gè)換流器件，采用此類電路的主要目的是將 蓄電池充電電路同蓄電池供電電路隔離并使蓄電池充電電流恒定；在電路中 采用儲(chǔ)能元件，同時(shí)在變壓器上設(shè)置輔助繞組，其目的是對(duì)變壓器進(jìn)行磁復(fù) 位，將變壓器中儲(chǔ)存的能量回送到儲(chǔ)能元件以提高效率。
PWM脈寬控制器提供的脈沖信號(hào)的寬度由P麗脈寬控制器內(nèi)部的震蕩電 路、放大器比較電壓共同控制，在此，應(yīng)用美國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司的SG3525 型P麗脈寬控制器內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電源作為參考電壓，同時(shí)將蓄電池充電電 流通過電流一電壓變換輸出的電流采樣信號(hào)作為反饋，這樣就構(gòu)成了控制對(duì) 象為蓄電池充電電流的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)；當(dāng)電流采樣信號(hào)變小時(shí)，即充 電電流變小，P麗脈寬控制器提供的脈沖信號(hào)的脈沖寬度變寬，從而使換流開 關(guān)管的占空比變大，正激變換電路輸出的蓄電池充電電流變大，從而保持充電電流的恒定，同理，當(dāng)電流采樣信號(hào)變大時(shí)，即充電電流變大，P麗脈寬控 制器提供的脈沖信號(hào)的脈沖寬度變窄，從而使換流開關(guān)管的占空比變小，正 激電路輸出的蓄電池充電電流變小，從而保持充電電流的恒定。
除作為核心的蓄電池充電電路外，作為為負(fù)載直接供電的升壓斬波電路 也采用相同的控制原理，以便在風(fēng)力允許的條件下向負(fù)載直接提供能量。
本實(shí)用新型恒流充電功能的實(shí)現(xiàn)依靠升降壓斬波電路占空比調(diào)整，即適 時(shí)控制P簡(jiǎn)脈寬控制器提供的脈沖信號(hào)在一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，來調(diào) 整斬波電路的占空比的大小，保持輸出恒定的電流值；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和效率，并使風(fēng)能不穩(wěn)定時(shí) 風(fēng)力發(fā)電輸出電壓和頻率波動(dòng)達(dá)到實(shí)用要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)和蓄電池的雙供 電。
圖l為本實(shí)用新型的電路圖。
圖中1、整流電路；2、升壓斬波電路；3、正激變換電路；4、 P麗脈寬 控制電路。
具體實(shí)施方式
圖1所示了本實(shí)用新型的電路圖，該電壓控制器包括由四個(gè)二極管Dl、 D2、 D3、 D4構(gòu)成的整流電路l、升壓斬波電路2、正激變換電路3及P麗脈寬 控制電路4，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電 路的輸出端連入正激變換電路的輸入端，正激變換電路的輸出端接蓄電池， P麗脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號(hào)輸入端接電流采樣電阻的輸出端， P麗脈寬控制電路的輸出端通過脈沖耦合器N2與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的柵極連接，換流開關(guān)管為IGBT絕緣柵雙極晶體管，P麗脈寬控制電路的脈
寬控制器為SG3525型P麗脈寬控制器。
所述的升壓斬波電路主要由儲(chǔ)能電感Ll，整流二極管D5和換流開關(guān)管 IGBT構(gòu)成，儲(chǔ)能電感的L1的一端接整流電路輸出端正極，另一端接整流二極 管的負(fù)極，換流開關(guān)管的漏極接二極管的負(fù)極，柵極接P麗脈寬控制電路的 輸出端，源極接整流電路輸出端的負(fù)極，濾波電容C1并聯(lián)在升壓斬波電路的 輸出端。
所述的正激變換電路主要由帶有輔助繞組的變壓器N1構(gòu)成，變壓器的主 邊繞組的輸入端通過二極管D7接升壓斬波電路的輸出端，由變壓器輔助繞組 L2與二極管D6串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在升壓斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞 組的輸出端通過整流二極管D8接蓄電池E，電流采樣電阻R2接在蓄電池負(fù)極 與地之間。
所述的P麗脈寬控制電路主要由P麗脈寬控制器SG3525構(gòu)成，控制器的 電源輸入端引腳13、引腳15接+15V供電電源的正極，引腳12接地，由R4 和C3串聯(lián)構(gòu)成的比例積分調(diào)節(jié)支路接在反饋端1腳與PWM比較器補(bǔ)償信號(hào) 輸入端9腳之間，軟啟動(dòng)電容接入端8腳通過電容C4接地，電阻R5與電容 C5構(gòu)成了 P麗脈寬控制器內(nèi)部振蕩器的放電回路R5并聯(lián)在振蕩器定時(shí)電容 接入端5腳與振蕩器放電端7腳之間，C5—端接5勝卩，另一端接地，振蕩器 定時(shí)電阻接入端6腳通過R6接地，基準(zhǔn)電源輸出端16腳通過滑動(dòng)電阻R7 接地，誤差放大器同向輸入端2腳接可調(diào)電阻的滑動(dòng)觸頭，脈沖輸出端11腳、 14腳分別通過二極管D9、 D10 —起接隔直電容C6，連入脈沖耦合器N2的輸 入端，脈沖耦合器的輸出接隔直電容C7通過電阻R8接IGBT的柵極，穩(wěn)壓管W1、 W2串聯(lián)構(gòu)成嵌位電路，并聯(lián)在脈沖耦合器的輸出端。
當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出能量，經(jīng)過整流電路變?yōu)榻?br>
似直流電；升壓斬波電路輸出穩(wěn)定直流電壓，經(jīng)過逆變后變?yōu)?20V 50Hz的 市電供負(fù)載使用；當(dāng)風(fēng)速低于1. 6m/s而風(fēng)力發(fā)電機(jī)不做功時(shí)，由蓄電池提供 電能，蓄電池輸出電壓經(jīng)過逆變后變?yōu)槭须?，供?fù)載使用。
權(quán)利要求1. 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于該電壓控制器由整流電路、升壓斬波電路、正激變換電路及PWM脈寬調(diào)制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端連入正激變換電路輸入端，正激變換電路輸出端接蓄電池，PWM脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號(hào)輸入端與正激變換電路的輸出端連接，PWM脈寬控制器的輸出端通過脈沖耦合器與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所述的升壓斬波電路由儲(chǔ)能電感、整流二極管和換流開關(guān)管IGBT構(gòu)成，儲(chǔ)能電感的一端接整流電路輸出的正極，儲(chǔ)能電感的另一端和換流開關(guān)管的漏極一 起接整流二極管的正極，換流開關(guān)管的柵極接p麗脈寬控制電路的輸出端， 源極接整流電路輸出的負(fù)極， 一個(gè)濾波電路并聯(lián)在升壓斬波電路輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所 述的正激變換電路主要由帶輔助繞組的變壓器構(gòu)成，變壓器的主邊繞組一端 通過一個(gè)二極管接升壓斬波電路輸出端的正極，由變壓器的輔助繞組和一個(gè) 二極管串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)在斬波電路的輸出端，變壓器次邊繞組的一端接 整流二極管的正極，濾波電容并聯(lián)在變壓器次邊繞組的另一端和整流二極管 的負(fù)極，正激變換電路的輸出接蓄電池，電流采樣電阻串接在蓄電池的負(fù)極 與地之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，其特征在于所述的P麗脈寬控制電路主要由SG3525P麗脈寬控制器構(gòu)成，SG3525P麗脈寬控 制器的反饋端接正激變換電路的電流采樣的輸出端，SG3525PWM脈寬控制器的輸出接脈沖耦合器輸入線圈的一端，脈沖耦合器的輸出線圈的一端接升壓斬 波電路中換流開關(guān)管的柵極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓控制器，該電壓控制器由整流電路、升壓斬波電路、正激變換電路及PWM脈寬控制電路構(gòu)成，整流電路的直流輸出端連入升壓斬波電路的輸入端，升壓斬波電路的輸出端接正激變換電路的輸入端，正激變換電路的輸出端接蓄電池，PWM脈寬控制電路的脈寬控制器的反饋信號(hào)輸入端與正激變換電路的輸出端連接，PWM脈寬控制電路的輸出端通過脈沖耦合器與升壓斬波電路的換流開關(guān)管的控制極連接；該電壓控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、可靠性高且能自動(dòng)調(diào)節(jié)離網(wǎng)式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201260090SQ20082014952
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者侯書奇, 勇 劉, 磊 宋, 張春陽, 楊宗霄, 軍 王, 澈 程 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)