專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元及其裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，特別涉及采用交流異步電機(jī) 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元及其裝置。
背景技術(shù)：
[0002]變槳系統(tǒng)是保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中 通過(guò)調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)的槳葉角度來(lái)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。為了保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體安全，必須 在出現(xiàn)任何故障的情況下都要保證槳葉能夠可靠順槳和剎車(chē)制動(dòng)。順槳就是調(diào)節(jié)槳葉向 90度角的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，順槳失敗可能使風(fēng)機(jī)帶來(lái)齒輪箱損毀甚至塔架 倒塌等災(zāi)難性后果。[0003]現(xiàn)有的變槳系統(tǒng)一般采用伺服電機(jī)進(jìn)行槳葉驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)對(duì)槳葉進(jìn)行伺服控 制。所謂的伺服控制，是指對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)的有效控制，變槳系統(tǒng)中的伺服電機(jī)對(duì)槳葉轉(zhuǎn) 動(dòng)的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，變槳系統(tǒng)中的伺服電機(jī)可分為交流伺服電機(jī)和直流 伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)可進(jìn)一步分為有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)。交流伺服電機(jī)屬于無(wú)刷電 機(jī)，其可進(jìn)一步分為同步和異步電機(jī)。[0004]目前，風(fēng)力發(fā)電中的變槳系統(tǒng)更多地采用直流伺服電機(jī)帶動(dòng)槳葉順槳，直流伺 服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以使變槳控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠順槳，當(dāng)出現(xiàn)主電源斷電故障時(shí)，由于 直流伺服電機(jī)采用備用直流電源供電，因此可將電機(jī)的電樞繞組接到備用電源進(jìn)行順 槳，無(wú)需其他變換設(shè)備，但是直流電機(jī)具有換向裝置的維護(hù)和可靠性不穩(wěn)定的問(wèn)題。而 現(xiàn)有的交流電機(jī)方案在交流電源掉電時(shí)，必須通過(guò)電力電子逆變裝置才能獲取電能以完 成順槳，比直流方案多了一個(gè)逆變環(huán)節(jié)，從而降低了順槳的可靠度。[0005]如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“變槳距控制裝置”(申請(qǐng)?zhí)?004200(^630.4)，公開(kāi)了使用 備用電源，使槳葉在電網(wǎng)掉電等意外情況下可靠順槳，保證機(jī)組安全的方法，但其并未 考慮伺服控制器在發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法完成順槳的情況。[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，即同時(shí)兼顧電網(wǎng)掉電和伺服控制器發(fā)生故障兩種情況 下的變槳控制系統(tǒng)的正常操作，如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“一種用于風(fēng)電發(fā)電變槳的冗余控 制系統(tǒng)及方法”(申請(qǐng)?zhí)?00910090287.0)，公開(kāi)了一種變槳控制系統(tǒng)，包括三套變 槳控制系統(tǒng)，其中每套變槳控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括伺服控制器、變槳電機(jī)、備用直流電 源、主接觸器組和制動(dòng)裝置。然而，由于系統(tǒng)中增加了許多冗余控制電路(比如，主接 觸器組和制動(dòng)裝置)等，因而極大地增加了系統(tǒng)的制作成本和系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)難度。[0007]進(jìn)一步而言，直流伺服電機(jī)的制造工藝一般比較復(fù)雜，且成本也較高。隨著并 網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘坎粩嗟卦黾?，需要不斷地提高變槳系統(tǒng)的可靠性、安全性，并且要求 降低制造、控制成本。因此，在變槳系統(tǒng)中，交流伺服電機(jī)逐漸取代直流伺服電機(jī)已經(jīng) 成為一種不可改變的趨勢(shì)。與直流伺服電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)，具有制造工藝簡(jiǎn)單， 成本低，免維護(hù)的特點(diǎn)。但是，交流異步電機(jī)在伺服驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)不能直接連接到備用 直流電源順槳，這是交流異步電機(jī)應(yīng)用到變槳系統(tǒng)的一個(gè)安全隱患。因此，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“一種用于風(fēng)電發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)及方法”所公開(kāi)的一種變槳控制系統(tǒng)中 的伺服電機(jī)也無(wú)法采用交流異步電機(jī)。[0008]因此，本領(lǐng)域亟待需要一種采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置， 其能夠在電網(wǎng)掉電或伺服控制器發(fā)生故障情況下，交流異步電機(jī)能夠正常工作，以繼續(xù) 完成順槳工作的變槳控制系統(tǒng)，并且該變槳控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和制造成本都較低。[0009]綜上所述，在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)中，只要能提高交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在斷電故障下的 順槳可靠性，交流電機(jī)系統(tǒng)就能取代直流電機(jī)系統(tǒng)，最大程度地發(fā)揮交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu) 勢(shì)。實(shí)用新型內(nèi)容[0010]本實(shí)用新型的目的在于提供能夠在電網(wǎng)掉電或伺服控制器發(fā)生故障情況下，通 過(guò)交流異步電機(jī)完成順槳操作的變槳控制單元及其裝置，并且該變槳控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù) 雜度和制造成本都較低。[0011]本實(shí)用新型提供一種采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元，包括 三相交流電源、伺服控制器、備用直流電源和交流異步電機(jī)，所述三相交流電源的輸出 端連接至所述伺服電源的輸入端；其特征在于所述伺服控制器包括伺服電源、伺服 驅(qū)動(dòng)器和控制開(kāi)關(guān)子單元，其中所述伺服電源的正、負(fù)輸出端連接至所述伺服驅(qū)動(dòng)器的 正、負(fù)輸入端，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接至所述交流異步電機(jī)；所述備用直流電源 的正極連接至開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極，并且所述備用直流電源的負(fù)極連接至所述伺服驅(qū)動(dòng)器 的輸入端，以及所述開(kāi)關(guān)二極管的陰極連接至所述伺服電源的正輸出端；所述伺服驅(qū)動(dòng) 器的信號(hào)輸出端連接至所述控制開(kāi)關(guān)子單元；以及所述交流異步電機(jī)通過(guò)所述控制開(kāi)關(guān) 子單元連接至所述三相交流電源。[0012]進(jìn)一步地，所述伺服驅(qū)動(dòng)器包括可編程控制器。[0013]進(jìn)一步地，所述控制開(kāi)關(guān)子單元包括第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)。[0014]進(jìn)一步地，所述第一控制開(kāi)關(guān)和所述第二控制開(kāi)關(guān)是繼電器開(kāi)關(guān)。[0015]進(jìn)一步地，所述繼電器開(kāi)關(guān)包括線(xiàn)圈和觸點(diǎn)。[0016]本實(shí)用新型還提供一種采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，其特 征在于包括至少兩套上述的變槳控制單元。[0017]進(jìn)一步地，該變槳控制系統(tǒng)包括三套所述變槳控制單元，所述三套變槳控制 單元進(jìn)一步包括第一變槳控制單元、第二變槳控制單元和第三變槳控制單元，其中 第一變槳控制單元包括第一伺服控制器、第一交流異步電機(jī)、第一備用直流電源、第一 控制開(kāi)關(guān)子單元和第一開(kāi)關(guān)二極管，第二變槳控制單元包括第二伺服控制器、第二交流 異步電機(jī)、第二備用直流電源、第二控制開(kāi)關(guān)子單元和第二開(kāi)關(guān)二極管，以及第三變槳 控制單元包括第三伺服控制器、第三交流異步電機(jī)、第三備用直流電源、第三控制開(kāi)關(guān) 子單元和第三開(kāi)關(guān)二極管；其特征在于所述第一伺服控制器、所述第二伺服控制器和 所述第三伺服控制器分別連接至同一個(gè)三相交流電源；以及所述第一交流異步電機(jī)、所 述第二交流異步電機(jī)和所述第三交流異步電機(jī)分別通過(guò)所述第一控制開(kāi)關(guān)子單元、所述 第二控制開(kāi)關(guān)子單元和所述第三控制開(kāi)關(guān)子單元連接至同一個(gè)所述三相交流電源。[0018]進(jìn)一步地，所述三相交流電源的輸出端分別連接至第一伺服電源、第二伺服電5源和第三伺服電源的輸入端，所述第一伺服電源包括第一伺服電源和第一伺服驅(qū)動(dòng)器， 其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器具有第一接口端和第二接口端，所述第二伺服電源包括第二伺 服電源和第二伺服驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器具有第二接口端和第二接口端，所 述第三伺服電源包括第三伺服電源和第三伺服驅(qū)動(dòng)器，其中所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器具有第 一接口端和第二接口端；還包括主控機(jī)，其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器的第一接口端連 接至所述主控機(jī)，所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器的第二接口端連接至所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器的第一 接口端，所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器的第二接口端連接至所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器的第一接口端， 以及所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器的第二接口端和所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器的第二接口端都同時(shí)連接 一終端電阻。[0019]進(jìn)一步地，所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器的第二接口端、所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器的第一接 口端和第二接口端、所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器具有第一接口端和第二接口端都是CAN接口 端。[0020]本實(shí)用新型提供的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，當(dāng)電網(wǎng)掉 電的情況下，由備用直流電源通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器為交流異步電機(jī)供電保證順槳的完成；當(dāng) 伺服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障的情況下，將與此伺服單元連接的交流電機(jī)直接連接到電網(wǎng)以進(jìn)行 順槳，同時(shí)其他伺服單元以最大速度控制槳葉進(jìn)行順槳，從而本實(shí)用新型的變槳控制系 統(tǒng)能夠解決交流異步電機(jī)在伺服驅(qū)動(dòng)器故障、電網(wǎng)掉電時(shí)不能直接連接到備用直流電源 進(jìn)行順槳的問(wèn)題，此方案確保風(fēng)機(jī)的安全順槳，防止飛車(chē)等事故的發(fā)生。[0021]此外，由于交流異步電機(jī)具有制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，免維護(hù)的特點(diǎn)，在變槳 系統(tǒng)中使用交流電機(jī)不僅能夠節(jié)約成本，還據(jù)有維護(hù)簡(jiǎn)單易操作等特性，因此本實(shí)用新 型提供的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置具有可靠性高、設(shè)計(jì)復(fù)雜度和 制造成本都較低等優(yōu)勢(shì)，從而可以提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。


[0022]圖1是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流異步電機(jī) 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元；[0023]圖2是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的變槳控制單元中的 控制開(kāi)關(guān)子單元；[0024]圖3是一系統(tǒng)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流異步電機(jī) 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，其中該系統(tǒng)包括三個(gè)所述變槳控制單元；[0025]圖4是一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流異步 電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，其中該系統(tǒng)中的三個(gè)所述變槳控制單元分別連接至 三相交流電源，并連接至主控機(jī)；[0026]圖5是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的變槳控制裝置中的 多個(gè)控制開(kāi)關(guān)連接關(guān)系。[0027]附圖標(biāo)記[0028]圖 1 [0029]11三相交流電源12伺服電源13伺服驅(qū)動(dòng)器14備用直流電源[0030]15交流異步電機(jī)16伺服控制器Kl控制開(kāi)關(guān)子單元[0031]Dl開(kāi)關(guān)二極管[0032]圖 2 [0033]X6:D01伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端15交流異步電機(jī)[0034]KA第一控制開(kāi)關(guān)KB第二控制開(kāi)關(guān)[0035]圖 3 [0036]21第一變槳控制單元22第二變槳控制單元23第三變槳控制單元[0037]1第一伺服控制器4第一交流異步電機(jī)7第一備用直流電源[0038]2第二伺服控制器5第二交流異步電機(jī)8第二備用直流電源[0039]3第三伺服控制器6第三交流異步電機(jī)9第三備用直流電源[0040]Kll第一控制開(kāi)關(guān)子單元K12第二控制開(kāi)關(guān)子單元K13第三控制開(kāi)關(guān)子單元[0041]Dl第一開(kāi)關(guān)二極管D2第二開(kāi)關(guān)二極管D3第三開(kāi)關(guān)二極管[0042]圖 4 [0043]211第一伺服電源212第一伺服驅(qū)動(dòng)器[0044]221第二伺服電源222第二伺服驅(qū)動(dòng)器[0045]231第三伺服電源232第三伺服驅(qū)動(dòng)器[0046]圖 5 [0047]51總線(xiàn)故障開(kāi)關(guān)[0048]52伺服3故障開(kāi)關(guān)53伺服2故障開(kāi)關(guān)M伺服1故障開(kāi)關(guān)具體實(shí)施方式
[0049]為清楚、完整地說(shuō)明本實(shí)用新型提出的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳 控制單元及其系統(tǒng)，以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合 附圖作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。[0050]為了簡(jiǎn)化說(shuō)明書(shū)內(nèi)容，以突出本實(shí)用新型申請(qǐng)中的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的不同之 處及其對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)之處，在對(duì)本實(shí)用新型申請(qǐng)中的實(shí)施例進(jìn)行描述時(shí)，省 略了與最接近的現(xiàn)有技術(shù)共有的技術(shù)特征、部件、元件、結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系、功能及原理 等方面的描述，而僅對(duì)其區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)之處加以詳細(xì)說(shuō)明。尤其是，省略了本申請(qǐng)背 景技術(shù)部分及引用文獻(xiàn)中公開(kāi)的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。但應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的技術(shù)方 案并不以此為限，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍內(nèi)，任何顯而易見(jiàn)的改變、修改、等 同替換等，皆視為落入本申請(qǐng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。[0051]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，其是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流 異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元。所述變槳控制單元包括三相交流電源11、伺 服控制器16、備用直流電源14和交流異步電機(jī)15，所述三相交流電源11的輸出端U、 V、W連接至所述伺服電源12的輸入端X21:L1、X21:L2、X21:L3。[0052]電網(wǎng)作為常用的三相交流電源，為電機(jī)提供具有恒定頻率和恒定電壓的交流 電，因此電機(jī)會(huì)以一個(gè)恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)；而伺服驅(qū)動(dòng)器是根據(jù)來(lái)自主控系統(tǒng)傳送來(lái)的變 槳信息(包括位置、速度、加速度等參數(shù))為交流電機(jī)提供具有不固定頻率和電壓的交電 源，以滿(mǎn)足需要輸出的位置、速度、加速度等需要。在風(fēng)力發(fā)電的正常變槳過(guò)程中，需 要根據(jù)實(shí)際的風(fēng)速不斷地進(jìn)行電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、角度定位等控制和調(diào)整，因而通過(guò)電網(wǎng)提供的三相交流電是不能滿(mǎn)足其正常運(yùn)行過(guò)程中的變槳要求，從而必須增加交 流伺服驅(qū)動(dòng)器以控制槳葉的變槳。[0053]但是，需要注意的是，電網(wǎng)作為三相交流電源可以滿(mǎn)足槳葉的順槳要求，即當(dāng) 伺服驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，三相交流電源可以用于將槳葉順槳到90度的位置。[0054]因此，優(yōu)選地，伺服控制器包括伺服電源12、伺服驅(qū)動(dòng)器13和控制開(kāi)關(guān)子 單元K1，其中所述伺服電源12的正、負(fù)輸出端X22:+UG、X22:-UG連接至所述伺服驅(qū) 動(dòng)器13的正、負(fù)輸入端X23:+UG、X23:-UG,所述伺服驅(qū)動(dòng)器13的輸出端XM:L1、 X24:L2, XM:L3連接至所述交流異步電機(jī)15。優(yōu)選地，備用直流電源14的正極連接 至開(kāi)關(guān)二極管Dl的陽(yáng)極，并且所述備用直流電源14的負(fù)極連接至所述伺服驅(qū)動(dòng)器13的 負(fù)輸入端X23:-UG，以及所述開(kāi)關(guān)二極管Dl的陰極連接至所述伺服電源12的正輸出端 X22:+UG ；所述伺服驅(qū)動(dòng)器13的信號(hào)輸出端X6:D01連接至所述控制開(kāi)關(guān)子單元Kl ； 以及所述交流異步電機(jī)15通過(guò)所述控制開(kāi)關(guān)子單元Kl連接至所述三相交流電源11。因 此，通過(guò)上述器件及其連接關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制 單元對(duì)順槳的常規(guī)操作。[0055]進(jìn)一步而言，優(yōu)選地，對(duì)直流電源14的輸出電壓值VD進(jìn)行設(shè)定，例如將VD 設(shè)定312V，使得其低于三相交流電源正常供電時(shí)的輸出電壓值VA，中國(guó)大陸并網(wǎng)電壓 的VA通常為360V。當(dāng)三相交流電源11正常供電時(shí)，伺服電源12輸出端X22:+UG、 X22:-UG的輸出電壓(例如為360V)高于備用直流電源14的輸出電壓(例如為312V)， 開(kāi)關(guān)二極管Dl處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)由三相交流電源11為交流異步電機(jī)15供電；當(dāng)三相 交流電源11掉電時(shí)，伺服電源12輸出端的輸出電壓(例如為0V)低于備用直流電源14 的輸出電壓(例如為312V)，所述開(kāi)關(guān)二極管Dl處于正向?qū)顟B(tài)，此時(shí)由備用直流電 源14為交流異步電機(jī)15供電。備用直流電源與其對(duì)應(yīng)的伺服控制器之間設(shè)置有開(kāi)關(guān)二極 管，以此來(lái)保護(hù)備用直流電源，確保其單向供電，并且當(dāng)三相交流電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)二 極管可以保證備用直流電源自動(dòng)接入伺服控制器。因此，通過(guò)上述器件及其連接關(guān)系， 能夠?qū)崿F(xiàn)在電網(wǎng)掉電時(shí)，確保交流異步電機(jī)繼續(xù)完成順槳操作。[0056]優(yōu)選地，伺服驅(qū)動(dòng)器13包括可編程控制器(PLC)以傳送來(lái)自主控系統(tǒng)的變槳信 息(包括位置、速度、加速度等參數(shù))。進(jìn)一步而言，當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器13正常運(yùn)行，其信 號(hào)輸出端X6:D01沒(méi)有向控制開(kāi)關(guān)子單元Kl發(fā)送故障信號(hào)時(shí)，所述控制開(kāi)關(guān)子單元Kl處 于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)交流異步電機(jī)15由伺服驅(qū)動(dòng)器13驅(qū)動(dòng)以進(jìn)行順槳操作；當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器 13出現(xiàn)故障，其信號(hào)輸出端X6:D01向控制開(kāi)關(guān)Kl發(fā)送故障信號(hào)時(shí)，所述控制開(kāi)關(guān)Kl 子單元處于閉合狀態(tài)，此時(shí)交流異步電機(jī)15由三相交流電源11驅(qū)動(dòng)以進(jìn)行順槳操作。伺 服控制器與其對(duì)應(yīng)的交流異步電機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系由控制開(kāi)關(guān)Kl子單元控制，并且當(dāng)伺 服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，控制開(kāi)關(guān)Kl子單元可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換供電電源，以確保交流異步 電機(jī)不斷電。因此，當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器13出現(xiàn)故障時(shí)，則其信號(hào)輸出端X6:D01輸出額定電 壓為控制開(kāi)關(guān)子單元Kl供電；接下來(lái)，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)子單元Kl導(dǎo)通后，則由由三相交流 電源11驅(qū)動(dòng)第一交流異步電機(jī)4以進(jìn)行順槳操作。因此，通過(guò)上述器件及其連接關(guān)系， 能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，也能確保交流異步電機(jī)繼續(xù)完成順槳操作。[0057]進(jìn)一步而言，所述三相交電源包括從機(jī)艙傳送過(guò)來(lái)的電線(xiàn)。伺服電源12除了三 個(gè)輸入端X21:L1、X21:L2、X21:L3以外，還包括另外兩個(gè)端口，一個(gè)是中線(xiàn)接入端口，而另一個(gè)是地線(xiàn)接入端口。同時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器13的輸入端和輸出端各分別還有一個(gè)接地端□。[0058]接下來(lái)，對(duì)控制開(kāi)關(guān)子單元的結(jié)構(gòu)和操作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0059]圖2是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的變槳控制單元中的 控制開(kāi)關(guān)子單元。[0060]優(yōu)選地，控制開(kāi)關(guān)子單元Kl包括第一控制開(kāi)關(guān)KA和第二控制開(kāi)關(guān)KB。優(yōu) 選地，所述第一控制開(kāi)關(guān)KA和所述第二控制開(kāi)關(guān)KB是繼電器開(kāi)關(guān)。優(yōu)選地，所述繼 電器開(kāi)關(guān)可以包括線(xiàn)圈和觸點(diǎn)。優(yōu)選地，所述額定電壓為MV。[0061]如圖2所示，當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器13正常運(yùn)行時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器13的信號(hào)輸出端 X6:D01輸出為高電平(例如，MVDC+、24VDC-),并且第一繼電器開(kāi)關(guān)KA的觸點(diǎn)為 常閉觸點(diǎn)，而第二繼電器開(kāi)關(guān)KB的觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)，此時(shí)第一繼電器開(kāi)關(guān)KA的線(xiàn)圈通 電，其觸點(diǎn)斷開(kāi)；由于第一繼電器開(kāi)關(guān)KA的觸點(diǎn)斷開(kāi)，因此第二繼電器開(kāi)關(guān)KB的線(xiàn)圈 沒(méi)有通電而其觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)由伺服驅(qū)動(dòng)器13為交流異步電機(jī)15提供驅(qū)動(dòng)電 源。[0062]當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器13出現(xiàn)故障時(shí)，信號(hào)輸出端X6:D01輸出低電平，此時(shí)第一繼電 器開(kāi)關(guān)KA的線(xiàn)圈沒(méi)有通電，其觸點(diǎn)沒(méi)有動(dòng)作因而仍處于閉合狀態(tài)；由于第一繼電器開(kāi) 關(guān)KA的觸點(diǎn)閉合，因此第二繼電器開(kāi)關(guān)KB的線(xiàn)圈通電而其觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，此時(shí)由 三相交流電源為交流異步電機(jī)15提供驅(qū)動(dòng)電源。[0063]第二繼電器開(kāi)關(guān)KB的作用是保證額定電壓(例如，MV)掉電時(shí)能夠完成順 槳，即伺服驅(qū)動(dòng)器13故障，此時(shí)額定電壓供電也出現(xiàn)故障，則第一繼電器開(kāi)關(guān)KA的線(xiàn) 圈掉電，第一繼電器開(kāi)關(guān)KA的觸點(diǎn)是長(zhǎng)閉觸點(diǎn)，此時(shí)閉合，則電機(jī)連接電網(wǎng)可以由電網(wǎng) 完成順槳。優(yōu)選地，伺服驅(qū)動(dòng)器13的信號(hào)輸出端X6:D01由外部電源單獨(dú)供電。[0064]在圖2中，230L表示的交流正玄電信號(hào)，優(yōu)選地，所述交流正玄電信號(hào)為 230V、50Hz; 400VL1、400VL2、400VL3表示三相交流電源，優(yōu)選地，所述三相交流電 源的線(xiàn)電壓為400V、50Hz的。[0065]在伺服驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，信號(hào)輸出端X6:D01輸出電壓是低電平；而在伺服驅(qū)動(dòng) 器故障正常運(yùn)行時(shí)，信號(hào)輸出端X6:D01輸出高電平，這是由伺服驅(qū)動(dòng)器自身功能所決定 的。[0066]以上是對(duì)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳 控制單元的結(jié)構(gòu)和操作過(guò)程的詳細(xì)描述，接下來(lái)將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明通過(guò)上述變槳控制單 元構(gòu)成的變槳控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作過(guò)程。[0067]圖3是一系統(tǒng)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采用交流異步電機(jī) 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，其中該系統(tǒng)包括三個(gè)所述變槳控制單元。所述三套變槳 控制單元進(jìn)一步包括第一變槳控制單元21、第二變槳控制單元22和第三變槳控制單元 23，其中第一變槳控制單元21包括第一伺服控制器1、第一交流異步電機(jī)4、第一備用直 流電源7、第一控制開(kāi)關(guān)子單元Kll和第一開(kāi)關(guān)二極管D1，第二變槳控制單元22包括第 二伺服控制器2、第二交流異步電機(jī)5、第二備用直流電源8、第二控制開(kāi)關(guān)子單元K12 和第二開(kāi)關(guān)二極管D2，以及第三變槳控制單元23包括第三伺服控制器3、第三交流異步 電機(jī)6、第三備用直流電源9、第三控制開(kāi)關(guān)子單元K13和第三開(kāi)關(guān)二極管D3;所述第一伺服控制器1、所述第二伺服控制器2和所述第三伺服控制器3分別連接至同一個(gè)三相 交流電源；以及所述第一交流異步電機(jī)4、所述第二交流異步電機(jī)5和所述第三交流異步 電機(jī)6分別通過(guò)所述第一控制開(kāi)關(guān)子單元Kl 1、所述第二控制開(kāi)關(guān)子單元K12和所述第三 控制開(kāi)關(guān)子單元K13連接至同一個(gè)所述三相交流電源。[0068]進(jìn)一步地，圖4是一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的采 用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，該系統(tǒng)中的三個(gè)所述變槳控制單元分別 連接至三相交流電源，并連接至主控機(jī)。[0069]具體而言，三相交流電源11的輸出端U、V、W分別連接至第一伺服電源21、 第二伺服電源22和第三伺服電源23的輸入端X21:L1、X21:L2、X21:L3。所述第一伺服 電源21包括第一伺服電源211和第一伺服驅(qū)動(dòng)器212，其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器212具有 第一接口端和第二接口端。所述第二伺服電源22包括第二伺服電源221和第二伺服驅(qū)動(dòng) 器222，其中所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器222具有第一接口端和第二接口端。所述第三伺服電源 23包括第三伺服電源231和第三伺服驅(qū)動(dòng)器232，其中所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器232具有第一 接口端和第二接口端。[0070]優(yōu)選地，所述變槳控制系統(tǒng)還包括主控機(jī)，其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器212 的第一接口端連接至所述主控機(jī)，負(fù)責(zé)接收主控信息，并且將第一伺服電源21、第二伺 服電源22和第三伺服電源23的信息傳遞給主控機(jī)；所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器212的第二接口 端連接至所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器222的第一接口端；所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器222的第二接口端 連接至所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器232的第一接口端；以及所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器212的第二接口 端和所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器232的第二接口端都同時(shí)連接一終端電阻。優(yōu)選地，各個(gè)接口 端可以是CAN (控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network))接口，但不限于此。[0071]進(jìn)一步地，伺服驅(qū)動(dòng)器21-23的每一個(gè)接口端包含兩列接腳，其中每列接腳 包括 CH 接腳(CAN-HIGH Pin)、CL 接腳(CAN-LOW Pin)、CG 接腳(Referencepotential Pin),即CH接腳、CL接腳、CG接腳各倆個(gè)，并且分兩側(cè)排列。第一伺服驅(qū)動(dòng)器212 的一排中的CH接腳和CL接腳連接至終端電阻的兩端，其另一排中的CH接腳、CL接 腳、CG接腳連接至第二伺服驅(qū)動(dòng)器222的一排中的CH接腳、CL接腳、CG接腳；第二 伺服驅(qū)動(dòng)器222的另一排中的CH接腳、CL接腳、CG接腳連接至第三伺服驅(qū)動(dòng)器232的 一排中的CH接腳、CL接腳、CG接腳，其另一排中的CH接腳、CL接腳連接至所述終 端電阻的兩端并且CG接腳懸空不接。所述終端電阻用于保證通訊穩(wěn)定不被干擾，消除 在通信電纜中的信號(hào)反射。優(yōu)選地，所述終端電阻為120歐。[0072]如圖4所示，當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中第一伺服驅(qū)動(dòng)器212出錯(cuò)，其信號(hào)輸出端X6:D01 向第一控制開(kāi)關(guān)子單元Kll輸出一額定電壓，以使所述控制開(kāi)關(guān)子單元Kll閉合，則此 時(shí)由三相交流電源11驅(qū)動(dòng)第一交流異步電機(jī)4以進(jìn)行順槳操作。同時(shí)，錯(cuò)誤信息從所述 第一伺服驅(qū)動(dòng)器212的第一接口端傳送至主控機(jī)；然后，該錯(cuò)誤信息經(jīng)主控機(jī)處理后， 所述主控機(jī)再通過(guò)該第一接口端將控制信息傳送至第一伺服驅(qū)動(dòng)器212;然后，所述第 一伺服驅(qū)動(dòng)器212再通過(guò)所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器212的第二接口端將該控制信息傳送至所述 第二伺服驅(qū)動(dòng)器222和所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器232 ；最后，所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器222和所述 第三伺服驅(qū)動(dòng)器232接收該控制信息后，以最大速度順槳。因此，通過(guò)主控機(jī)對(duì)錯(cuò)誤信 號(hào)的反饋，能夠加快交流異步電機(jī)的順槳操作并確保每個(gè)單元完成順槳。[0073]接下來(lái)，對(duì)變槳控制裝置中的多個(gè)控制開(kāi)關(guān)連接關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0074]圖5是一結(jié)構(gòu)框圖，示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的變槳控制裝置中的 多個(gè)控制開(kāi)關(guān)連接關(guān)系。[0075]如圖5所示，第一控制開(kāi)關(guān)子單元K1、第二控制開(kāi)關(guān)子單元K2、第三控制開(kāi)關(guān) 子單元K3的故障開(kāi)關(guān)與總線(xiàn)通訊故障開(kāi)關(guān)一起串聯(lián)在安全鏈上。若機(jī)艙安全鏈沒(méi)有故 障，則KK2閉合，額定電壓(例如，MV)通過(guò)總線(xiàn)故障開(kāi)關(guān)、伺服驅(qū)動(dòng)器212，222， 232的故障開(kāi)關(guān)為KKl供電。若上述四個(gè)故障開(kāi)關(guān)，即總線(xiàn)故障開(kāi)關(guān)51、伺服3故障開(kāi) 關(guān)52、伺服2故障開(kāi)關(guān)53和伺服1故障開(kāi)關(guān)M，都沒(méi)有故障，則KKl閉合，輪轂將其 內(nèi)部沒(méi)有故障(變槳系統(tǒng)裝在輪轂中)的信號(hào)反饋給機(jī)艙主控系統(tǒng)；若四個(gè)故障開(kāi)關(guān)中任 一個(gè)開(kāi)關(guān)有故障，則KKl斷開(kāi)，通知主控變槳系統(tǒng)出現(xiàn)故障要順槳；若在變槳啟動(dòng)時(shí)， 則停止啟動(dòng)，并馬上進(jìn)行順槳。主控系統(tǒng)收到安全鏈故障信息或伺服驅(qū)動(dòng)故障后，通過(guò) 將3個(gè)槳葉順槳位置(定位角度為90° )、順槳速度、順槳加速度等信息通過(guò)第一伺服驅(qū) 動(dòng)器212的第一接口端傳送給變槳系統(tǒng)，然后第一伺服驅(qū)動(dòng)器212通過(guò)CAN總線(xiàn)將順槳 信息傳送給第二伺服驅(qū)動(dòng)器222和所述第三伺服驅(qū)動(dòng)器232。[0076]通常情況下，一個(gè)風(fēng)電機(jī)含有三個(gè)槳葉。當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器故 障，另外兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器可以正常使用，保證另外兩個(gè)槳葉可以順槳，則能夠保證風(fēng)機(jī) 的安全，不發(fā)生飛車(chē)事故。若電網(wǎng)掉電的同時(shí)，兩個(gè)或全部伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)故障的概率 很低幾乎為0，因此本實(shí)用新型提供的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置， 可以解決上文所提到的現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)掉電的情況下，由備用 直流電源通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器為交流異步電機(jī)供電保證順槳的完成；當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障 的情況下，將與此伺服單元連接的交流電機(jī)直接連接到電網(wǎng)以進(jìn)行順槳，同時(shí)其他伺服 單元以最大速度控制槳葉進(jìn)行順槳，從而本實(shí)用新型的變槳控制系統(tǒng)能夠解決交流異步 電機(jī)在伺服驅(qū)動(dòng)器故障、電網(wǎng)掉電時(shí)不能直接連接到備用直流電源進(jìn)行順槳的問(wèn)題，此 方案確保風(fēng)機(jī)的安全順槳，防止飛車(chē)等事故的發(fā)生。[0077]此外，由于交流異步電機(jī)具有制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，免維護(hù)的特點(diǎn)，在變槳 系統(tǒng)中使用交流電機(jī)不僅能夠節(jié)約成本，還據(jù)有維護(hù)簡(jiǎn)單易操作等特性，因此本實(shí)用新 型提供的采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置具有可靠性高、設(shè)計(jì)復(fù)雜度和 制造成本都較低等優(yōu)勢(shì)，從而可以提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。[0078]雖然，本實(shí)用新型已通過(guò)以上實(shí)施例及其附圖得到清楚說(shuō)明，然而在不背離本 實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以根據(jù)本實(shí)用新型作 出各種相應(yīng)的改變，但這些相應(yīng)的改變都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元，包括三相交流電源 (11)、伺服控制器(16)、備用直流電源(14)和交流異步電機(jī)(1 ，所述三相交流電源 (11)的輸出端(U、V、W)連接至所述伺服電源(12)的輸入端(X21 Li、X21 L2、 X21 L3)；其特征在于所述伺服控制器包括伺服電源(12)、伺服驅(qū)動(dòng)器(13)和控制開(kāi)關(guān)子單元(Kl)， 其中所述伺服電源(12)的正、負(fù)輸出端(X22 +UG、X22 -UG)連接至所述伺服驅(qū) 動(dòng)器(13)的正、負(fù)輸入端(X23: +UG、X23 -UG)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器(13)的輸出端 (X24 Li、X24 L2、X24 L3)連接至所述交流異步電機(jī)(15)；所述備用直流電源(14)的正極連接至開(kāi)關(guān)二極管(Dl)的陽(yáng)極，并且所述備用直流 電源(14)的負(fù)極連接至所述伺服驅(qū)動(dòng)器(1 的負(fù)輸入端(X23 -UG)，所述開(kāi)關(guān)二極管 (Dl)的陰極連接至所述伺服電源(1 的正輸出端(X22 +UG)；所述伺服驅(qū)動(dòng)器(13)的信號(hào)輸出端(X6 DOl)連接至所述控制開(kāi)關(guān)子單元(Kl)；以及所述交流異步電機(jī)(15)通過(guò)所述控制開(kāi)關(guān)子單元(Kl)連接至所述三相交流電源 (11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳控制單元，其特征在于 編程控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳控制單元，其特征在于 括第一控制開(kāi)關(guān)(KA)和第二控制開(kāi)關(guān)(KB)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變槳控制單元，其特征在于 述第二控制開(kāi)關(guān)(KB)是繼電器開(kāi)關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變槳控制單元，其特征在于所述繼電器開(kāi)關(guān)包括線(xiàn)圈和 觸點(diǎn)。
6.—種采用交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制裝置，其特征在于包括至少 兩套根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變槳控制裝置，其特征在于包括三套所述變槳控制單 元，所述三套變槳控制單元分別是第一變槳控制單元01)、第二變槳控制單元0 和第 三變槳控制單元03)，其中第一變槳控制單元包括第一伺服控制器(1)、第一交流異步電機(jī)(4)、第 一備用直流電源(7)、第一控制開(kāi)關(guān)子單元(Kll)和第一開(kāi)關(guān)二極管(Dl)，第二變槳控制單元0 包括第二伺服控制器、第二交流異步電機(jī)(5)、第二備用 直流電源(8)、第二控制開(kāi)關(guān)子單元(KU)和第二開(kāi)關(guān)二極管①幻，以及第三變槳控制單元包括第三伺服控制器(3)、第三交流異步電機(jī)(6)、第三備用 直流電源(9)、第三控制開(kāi)關(guān)子單元(KU)和第三開(kāi)關(guān)二極管(D3)；所述第一伺服控制器(1)、所述第二伺服控制器( 和所述第三伺服控制器( 分別 連接至同一個(gè)三相交流電源；以及所述第一交流異步電機(jī)G)、所述第二交流異步電機(jī)( 和所述第三交流異步電機(jī) (6)分別通過(guò)所述第一控制開(kāi)關(guān)子單元(Kll)、所述第二控制開(kāi)關(guān)子單元(KU)和所述第 所述伺服驅(qū)動(dòng)器(1 包括可 所述控制開(kāi)關(guān)子單元(Kl)包 所述第一控制開(kāi)關(guān)(KA)和所三控制開(kāi)關(guān)子單元(KU)連接至同一個(gè)所述三相交流電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變槳控制裝置，其特征在于所述三相交流電源的輸出端(U、V、W)分別連接至第一伺服電源01)、第二伺服 電源02)和第三伺服電源03)的輸入端(X21 Li、X21 L2、X21 L3)，所述第一伺服電源包括第一伺服電源(211)和第一伺服驅(qū)動(dòng)器(212)，其中所述 第一伺服驅(qū)動(dòng)器(21 具有第一接口端和第二接口端，所述第二伺服電源02)包括第二伺服電源(221)和第二伺服驅(qū)動(dòng)器(222)，其中所述 第二伺服驅(qū)動(dòng)器(22 具有第一接口端和第二接口端，所述第三伺服電源包括第三伺服電源(231)和第三伺服驅(qū)動(dòng)器032)，其中所 述第三伺服驅(qū)動(dòng)器(23 具有第一接口端和第二接口端；所述變槳控制裝置還包括主控機(jī)，其中所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器012)的第一接口 端連接至所述主控機(jī)，所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器012)的第二接口端連接至所述第二伺服驅(qū) 動(dòng)器(22 的第一接口端，所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器(22 的第二接口端連接至所述第三伺服 驅(qū)動(dòng)器(23 的第一接口端，以及所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器(21 的第二接口端和所述第三伺 服驅(qū)動(dòng)器032)的第二接口端同時(shí)連接一終端電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變槳控制裝置，其特征在于所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器012)的 第二接口端、所述第二伺服驅(qū)動(dòng)器022)的第一接口端和第二接口端、所述第三伺服驅(qū) 動(dòng)器032)的第一接口端和第二接口端都是CAN接口端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供交流異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳控制單元及其裝置，包括三相交流電源、伺服控制器、備用直流電源和交流異步電機(jī)，三相交流電源的輸出端連接至伺服電源的輸入端；伺服控制器包括伺服電源、伺服驅(qū)動(dòng)器和控制開(kāi)關(guān)子單元，伺服電源的輸出端連接至伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接至交流異步電機(jī)；備用直流電源的正極連接至開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極，并且備用直流電源的負(fù)極連接至伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入端，以及開(kāi)關(guān)二極管的陰極連接至伺服電源的輸出端；伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端連接至控制開(kāi)關(guān)子單元；以及交流異步電機(jī)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)子單元連接至三相交流電源。在電網(wǎng)掉電或伺服控制器發(fā)生故障情況下，通過(guò)交流異步電機(jī)完成順槳操作。
文檔編號(hào)H02J9/04GK201810478SQ20102028557
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者代晶, 劉行中, 李曉偉, 王科, 竇康明, 苗天 申請(qǐng)人:重慶科凱前衛(wèi)風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司