專(zhuān)利名稱(chēng)：變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及風(fēng)力發(fā)電用交流電機(jī)的控制技術(shù)， 特別涉及一種用于變槳控制系統(tǒng)異步電機(jī)的閉環(huán)矢量控制驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電作為目前技術(shù)成熟的可再生清潔能源，受到各國(guó)的廣泛重視。變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部件，其主要功能是變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制槳葉節(jié)距角隨風(fēng)速的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)在低風(fēng)速時(shí)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有最大的起動(dòng)力矩；風(fēng)速過(guò)高時(shí)，改變氣流對(duì)葉片的攻角，進(jìn)而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)輸出功率保持穩(wěn)定?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電整機(jī)功率都以1.5MW、2MW居多，變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)多用直流電機(jī)方案。但是從整機(jī)的發(fā)展上來(lái)講整機(jī)從1.5MW向3WM、5MW功率等級(jí)不斷邁進(jìn)，變槳功率也需不斷擴(kuò)容。對(duì)于大功率等級(jí)的變槳機(jī)組，變槳驅(qū)動(dòng)若用直流電機(jī)，體積龐大，由于輪轂空間受限，安裝非常不便；后期對(duì)電機(jī)的維護(hù)或更換工作量巨大。交流電機(jī)由于功率密度大，相同功率等級(jí)可以做到比直流電機(jī)體積小，且沒(méi)有換向電刷等的易損件更換的問(wèn)題，后期維護(hù)便捷。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講隨著競(jìng)爭(zhēng)激烈，單位千瓦成本持續(xù)降低，對(duì)成本控制要求越來(lái)越高，交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、堅(jiān)固耐用，工作可靠、維護(hù)方便，在變槳電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上能夠改成交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠降低成本，帶來(lái)不少效益。隨著芯片處理速度和能力的提高，矢量控制在交流電機(jī)控制中優(yōu)勢(shì)越實(shí)用新型顯，應(yīng)用該技術(shù)交流電機(jī)其控制性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)等指標(biāo)可以和直流電機(jī)媲美。電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是變槳控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。變槳控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置主要功能包括模擬和數(shù)字信號(hào)的采集、數(shù)字開(kāi)關(guān)量信號(hào)和控制信號(hào)的輸出、故障信息處理和保護(hù)以及與上位機(jī)的信息交互等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)跟選用的電機(jī)類(lèi)型密切相關(guān)，它決定了系統(tǒng)的功能、硬件電路結(jié)構(gòu)，軟件控制策略等。從現(xiàn)在公開(kāi)的文獻(xiàn)來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)涉及關(guān)于變槳帶矢量控制的交流驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用案例少，因此有必要設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)良的變槳控制用交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提供一種可靠性高，性能優(yōu)良的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，包括功率回路部分及控制該功率回路部分的控制回路部分，所述驅(qū)動(dòng)器的控制回路部分基于微處理器，所述功率回路部分包括用于將輸入交流電壓變換成直流母線電壓的整流單元；[0011]能耗制動(dòng)單元，由電子開(kāi)關(guān)和功率電阻構(gòu)成，所述電子開(kāi)關(guān)通過(guò)關(guān)斷和接通所述功率電阻，用以通過(guò)能耗的方式以降低母線電壓而保護(hù)驅(qū)動(dòng)器；功率開(kāi)關(guān)電路，由三相橋臂六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制和邏輯電平信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)而用于關(guān)斷和接通交流電機(jī)電樞；控制交流電機(jī)方向的裝置，通過(guò)控制三相橋式功率開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通順序可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；用于控制能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元一端耦合到控制回路部分接受微處理器邏輯信號(hào)，另一端耦合到所述能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路以控制其通斷。優(yōu)選的，變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)輸入電壓是否缺相的相序檢測(cè)電子裝置，該裝置在檢測(cè)到輸入電壓缺相時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)跳變電平并保持該電平直到缺相現(xiàn)象消失；用于檢測(cè)整流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直流母線電壓的母線電壓檢測(cè)單元，所述母線電壓檢測(cè)單元通過(guò)分壓電阻將母線電壓變換成微處理器能識(shí)別的電壓信號(hào)；用于檢測(cè)交流電機(jī)輸出三相電流的電流檢測(cè)單元，通過(guò)電流傳感器件和電阻將輸出三相電流轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的信號(hào)；用于檢測(cè)交流電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度的速度檢測(cè)裝置，可將由旋轉(zhuǎn)編碼器或脈沖編碼器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器能識(shí)別的電信號(hào)或者邏輯信號(hào)。優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)器的控制回路部分包括電機(jī)速度信號(hào)采集單元，用以采集速度檢測(cè)裝置的速度信號(hào)，構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)反饋速度信號(hào)，并在超速或者零速情況下報(bào)警；模擬信號(hào)采集單元，用以采集所述驅(qū)動(dòng)器的電流檢測(cè)單元、母線電壓檢測(cè)單元以及電源電壓監(jiān)控單元和電機(jī)速度信號(hào)采集單元的模擬信號(hào)；數(shù)字信號(hào)采集輸入單元，用以采集運(yùn)行命令邏輯、故障復(fù)位邏輯以及相序檢測(cè)電子裝置產(chǎn)生的電平信號(hào)；數(shù)字信號(hào)輸出單元，用以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行狀況，產(chǎn)生數(shù)字量信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生單元，用以根據(jù)速度給定單元的速度給定信號(hào)和速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的速度信號(hào)、電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流信號(hào)產(chǎn)生控制功率開(kāi)關(guān)電路的調(diào)制信號(hào)；與上位機(jī)通信的處理單元，用以與上位機(jī)的信息交互。優(yōu)選的，所述功率開(kāi)關(guān)器件選用絕緣柵雙極晶體管IGBT，或金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET。優(yōu)選的，所述三相橋臂上面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的正端，下面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的負(fù)端，橋臂的三個(gè)中點(diǎn)分別接到交流電機(jī)電樞繞組。同一個(gè)橋臂上下兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的信號(hào)邏輯相反。優(yōu)選的，所述輸出電流采樣單元由運(yùn)算放大器及外圍器件構(gòu)成。該單元采集輸出電流檢測(cè)單元的電流信號(hào)作為所述驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)反饋電流信號(hào)。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)裝置采樣數(shù)字和模擬信號(hào)，判斷狀態(tài)是否正常，非正常時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置報(bào)警并切斷輸出，多種故障邏輯提高裝置可靠性；速度及電流信號(hào)采集構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置閉環(huán)算法的反饋信號(hào)；由于采用了矢量算法，通過(guò)軟件算法控制提高變槳驅(qū)動(dòng)裝置的控制精度及響應(yīng)時(shí)間，限制最大輸出電流，在保證驅(qū)動(dòng)裝置快速響應(yīng)速度指令的同時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置和交流電機(jī)不被燒毀，性能和效果媲美直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型適合變槳控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、對(duì)可靠性要求高，特別是大功率變槳整機(jī)體積和成本要求高的場(chǎng)合應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。圖2是本實(shí)用新型的功率回路原理圖。圖3是利用編碼器測(cè)速的閉環(huán)矢量原理框圖。
具體實(shí)施方式
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)慣性大，整機(jī)功率等級(jí)提升后，制造難度大，體積增大，成本升高；使用帶矢量控制的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置后控制的動(dòng)態(tài)性能能和直流電機(jī)相媲美，并且交流電機(jī)制造和維護(hù)成本都低，能大幅度的節(jié)省成本，在2MW以上功率等級(jí)變槳系統(tǒng)中尤其明顯。根據(jù)目前變槳控制系統(tǒng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)發(fā)狀況，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高驅(qū)動(dòng)裝置可靠性，完善變槳控制用交流電機(jī)控制性能，本實(shí)用新型提供了一種保護(hù)功能完善的帶矢量控制的變槳控制交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。如圖1所示，包括功率回路部分及控制該功率回路部分的控制回路部分，所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制回路部分基于微處理器。所述功率回路部分包括(1)整流單元，用于將輸入交流電壓變換成直流母線電壓。(2)中間直流環(huán)節(jié)，采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直。(3)能耗制動(dòng)單元，由電子開(kāi)關(guān)和功率電阻構(gòu)成，所述電子開(kāi)關(guān)通過(guò)關(guān)斷和接通能所述功率電阻，用以通過(guò)能耗以降低母線電壓而保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置；當(dāng)母線電壓處于正常電壓閥值以下，電子開(kāi)關(guān)關(guān)斷，能耗制動(dòng)單元不起作用，當(dāng)母線電壓異常情況下升高超過(guò)規(guī)定電壓閥值，電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，功率電阻接入母線，通過(guò)能耗的方式降低母線電壓達(dá)到保護(hù)功率電子器件的目的。(4)功率開(kāi)關(guān)電路，由三相橋臂六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制和邏輯電平信號(hào)控制三相橋臂上下兩組功率開(kāi)關(guān)的通斷進(jìn)而用于關(guān)斷和接通交流電機(jī)電樞；控制各開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓，在某一瞬間，控制一個(gè)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷，同時(shí)使另一個(gè)器件導(dǎo)通，就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)器件之間的換流；所述功率開(kāi)關(guān)器件選用絕緣柵雙極晶體管IGBT，或金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET或其他開(kāi)關(guān)器件。所述三相橋臂上面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的正端，下面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的負(fù)端，橋臂的三個(gè)中點(diǎn)分別接到交流電機(jī)電樞繞組。同一個(gè)橋臂上下兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的信號(hào)邏輯相反；三個(gè)橋臂對(duì)稱(chēng)，選擇橋臂控制電壓方向或是電壓大小可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。(5)控制交流電機(jī)方向的裝置，通過(guò)控制三相橋式功率電路的導(dǎo)通順序可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。(6)用于控制能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元一端耦合到控制回路部分接受微處理器邏輯信號(hào)，另一端耦合到所述能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路以控制其通斷。進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括( 7 )用于檢測(cè)輸入電壓是否缺相的相序檢測(cè)電子裝置，該裝置在檢測(cè)到輸入電壓缺相時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)跳變電平并保持該電平直到缺相現(xiàn)象消失。(8)用于檢測(cè)整流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直流母線電壓的母線電壓檢測(cè)單元，所述母線電壓檢測(cè)單元通過(guò)分壓電阻將母線電壓按一定比例變換成微處理器能識(shí)別的電壓信號(hào)。(9)用于檢測(cè)交流電機(jī)輸出電流的電流檢測(cè)單元，通過(guò)電流傳感器件和電阻將輸出電流轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的信號(hào)。(10)用于檢測(cè)交流電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度的速度檢測(cè)單元，可將由旋轉(zhuǎn)編碼器、脈沖編碼器或者其他速度檢測(cè)設(shè)備采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器能識(shí)別的電信號(hào)或者邏輯信號(hào)。進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制回路部分包括( 1)電機(jī)速度信號(hào)采集單元，用以采集速度檢測(cè)裝置的速度信號(hào)，構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)反饋速度信號(hào)，并在超速或者零速情況下報(bào)警。 (2)模擬信號(hào)采集單元，該單元采集電流檢測(cè)單元、母線電壓檢測(cè)單元以及電源電壓監(jiān)控和電機(jī)速度信號(hào)采集單元等模擬信號(hào)；其中，所述電流檢測(cè)單元由運(yùn)算放大器及外圍器件構(gòu)成。該模擬信號(hào)采集單元采集所述輸出電流檢測(cè)單元的電流信號(hào)作為軟件算法的閉環(huán)反饋信號(hào)，一方面保證電機(jī)低速起動(dòng)時(shí)能獲得大的起動(dòng)力矩，使其迅速響應(yīng)給定速度；另一方面限制輸出電流過(guò)大，保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置和交流電機(jī)。電流采樣信號(hào)構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)反饋電流信號(hào)。所述電機(jī)速度采集單元根據(jù)電機(jī)速度信號(hào)檢測(cè)方式設(shè)計(jì)若采用編碼器測(cè)速，則該單元通過(guò)微處理器捕獲單元捕捉速度信號(hào)。采集的速度信號(hào)作為軟件算法閉環(huán)反饋信號(hào)，一方面保證電機(jī)跟蹤給定速度；另一方面防止電機(jī)速度過(guò)大而飛車(chē)。速度給定信號(hào)構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)裝置閉環(huán)給定。電源電壓監(jiān)控信號(hào)構(gòu)成電源電壓故障的觸發(fā)源。所述母線電壓檢測(cè)單元由運(yùn)算放大器及外圍器件構(gòu)成，采集母線電壓檢測(cè)單元送來(lái)的電壓信號(hào)。當(dāng)母線電壓超過(guò)能耗制動(dòng)單元?jiǎng)幼鏖y值，控制電路發(fā)出制動(dòng)單元開(kāi)通指令； 當(dāng)母線電壓超過(guò)過(guò)壓閥值，控制電路報(bào)警停機(jī)。母線電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)微處理器的邏輯處理，作為能耗制動(dòng)單元的觸發(fā)源，與此同時(shí)，若能耗制動(dòng)單元控制的制動(dòng)電阻未能降低母線電壓， 控制電路將報(bào)警。(3)數(shù)字信號(hào)采集輸入單元，該單元采集運(yùn)行命令邏輯、故障復(fù)位邏輯以及相序檢測(cè)電子裝置產(chǎn)生的電平信號(hào)等。其中微處理器在接收到運(yùn)行命令邏輯后產(chǎn)生運(yùn)行或停機(jī)命令；在接收到故障復(fù)位邏輯后產(chǎn)生故障復(fù)位命令；在接收到缺相信號(hào)存在后則做報(bào)警處理。所述數(shù)字信號(hào)輸入單元由光藕及外圍器件構(gòu)成。采集的信號(hào)主要有缺相邏輯、運(yùn)行命令邏輯、故障復(fù)位邏輯等。當(dāng)缺相信號(hào)存在，控制電路報(bào)警停機(jī)；當(dāng)運(yùn)行命令存在，在系統(tǒng)無(wú)故障的情況下，控制電路執(zhí)行運(yùn)行指令；當(dāng)故障復(fù)位存在，控制電路對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行軟件復(fù)位。(4)數(shù)字信號(hào)輸出單元，該單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，產(chǎn)生風(fēng)扇運(yùn)行、系統(tǒng)正常等數(shù)字量信號(hào)。所述數(shù)字信號(hào)輸出單元由光藕及外圍器件構(gòu)成。數(shù)字輸出信號(hào)主要有風(fēng)扇運(yùn)行、系統(tǒng)正常狀態(tài)信號(hào)等。驅(qū)動(dòng)裝置散熱器溫度超過(guò)規(guī)定閥值，控制電路發(fā)出風(fēng)扇運(yùn)行信號(hào)；驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)故障，控制電路發(fā)出系統(tǒng)正常狀態(tài)信號(hào)給用戶以指示。(5)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生單元，該單元根據(jù)閉環(huán)給定和速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的速度信號(hào)、電流采樣電路采樣的電流信號(hào)等產(chǎn)生控制功率開(kāi)關(guān)電路的調(diào)制信號(hào)。(6)與上位機(jī)通信的處理單元，該單元采用的通信接口優(yōu)先選用串行通信接口 (RS485或RS232等)，用于用戶修改、存儲(chǔ)、讀取驅(qū)動(dòng)裝置的參數(shù)，與上位機(jī)的信息交互。該控制回路部分工作過(guò)程控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)字輸入邏輯和模擬輸入信號(hào)，判斷驅(qū)動(dòng)裝置有無(wú)故障若沒(méi)有故障則在有運(yùn)行命令的情況下，根據(jù)給定速度和反饋速度大小以及反饋電流，經(jīng)過(guò)內(nèi)部算法處理，得到控制功率電路的占空比信號(hào)和電機(jī)運(yùn)行方向邏輯作為驅(qū)動(dòng)單元的輸入；若有故障，控制電路將報(bào)警并停機(jī)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體如圖1所示，交流三相輸入經(jīng)過(guò)交流/直流變換得到直流母線電壓，能耗制動(dòng)單元在母線電壓超過(guò)動(dòng)作閥值的情況下生效以降低母線電壓，功率電路經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制得到與速度指令匹配的電壓和頻率，電機(jī)換向只需通過(guò)改變電樞繞組電壓導(dǎo)通順序即可完成?？刂齐娐凡杉妇€電壓、輸出電流等模擬信號(hào)，電機(jī)速度信號(hào)根據(jù)測(cè)速方法的不同可以是旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)輸入也可以是編碼器的脈沖輸入，其中輸出電流和電機(jī)轉(zhuǎn)子速度信號(hào)構(gòu)成軟件閉環(huán)控制算法的輸入量；同時(shí)基于微處理器的控制電路也采集相序檢測(cè)邏輯、運(yùn)行命令、復(fù)位命令等數(shù)字信號(hào)，輸出的數(shù)字信號(hào)有風(fēng)扇運(yùn)行控制、驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行準(zhǔn)備等；驅(qū)動(dòng)器與上位機(jī)的信息交互通過(guò)通信單元實(shí)現(xiàn)。圖2給出本實(shí)用新型主功率回路原理圖。其中T是交流/直流整流單元，C為母線電容，G7是控制能耗電阻R通斷的開(kāi)關(guān)器件，Gl G6是三相橋臂6個(gè)開(kāi)關(guān)器件(以絕緣柵雙極晶體管IGBT為例)，M是電機(jī)。三相交流輸入經(jīng)過(guò)二極管整流單元T和母線電容C得到直流母線電壓。開(kāi)關(guān)器件 G7和功率電阻R構(gòu)成能耗制動(dòng)單元，G7受微處理器邏輯信號(hào)控制，決定R是否接入直流母線回路。開(kāi)關(guān)器件Gl G6構(gòu)成功率回路三相橋臂，其中Gl、G2是同一橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件，Gl的發(fā)射極和G2集電極相連，二者驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，G3和G4 ；G5和G6也如此，交流電機(jī)的電樞分別接到橋臂的中點(diǎn)，控制GfG6的輪流導(dǎo)通，即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓和頻率可變的交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例原理框圖。圖3是利用編碼器測(cè)速的原理框圖。 控制芯片的脈沖捕獲單元捕捉編碼器的脈沖信號(hào)，在一定時(shí)間內(nèi)計(jì)算脈沖數(shù)目，根據(jù)編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型尚有多種具體的實(shí)施方式，比如圖3中去掉速度檢測(cè)單元而利用軟件辨識(shí)電機(jī)速度而形成的開(kāi)環(huán)矢量控制系統(tǒng)的實(shí)施方式等，凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，包括功率回路部分及控制該功率回路部分的控制回路部分，所述驅(qū)動(dòng)器的控制回路部分基于微處理器，其特征在于 所述功率回路部分包括，用于將輸入交流電壓變換成直流母線電壓的整流單元；能耗制動(dòng)單元，由電子開(kāi)關(guān)和功率電阻構(gòu)成，所述電子開(kāi)關(guān)通過(guò)關(guān)斷和接通所述功率電阻，用以通過(guò)能耗的方式以降低母線電壓而保護(hù)驅(qū)動(dòng)器；功率開(kāi)關(guān)電路，由三相橋臂六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制和邏輯電平信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)而用于關(guān)斷和接通交流電機(jī)電樞；控制交流電機(jī)方向的裝置，通過(guò)控制三相橋式功率開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通順序可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；用于控制能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元一端耦合到控制回路部分接受微處理器邏輯信號(hào)，另一端耦合到所述能耗制動(dòng)單元和功率開(kāi)關(guān)電路以控制其通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于還包括用于檢測(cè)輸入電壓是否缺相的相序檢測(cè)電子裝置，該裝置在檢測(cè)到輸入電壓缺相時(shí)， 產(chǎn)生一個(gè)跳變電平并保持該電平直到缺相現(xiàn)象消失；用于檢測(cè)整流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直流母線電壓的母線電壓檢測(cè)單元，所述母線電壓檢測(cè)單元通過(guò)分壓電阻將母線電壓變換成微處理器能識(shí)別的電壓信號(hào)；用于檢測(cè)交流電機(jī)輸出三相電流的電流檢測(cè)單元，通過(guò)電流傳感器件和電阻將輸出三相電流轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的信號(hào)；用于檢測(cè)交流電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度的速度檢測(cè)裝置，可將由旋轉(zhuǎn)編碼器或脈沖編碼器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器能識(shí)別的電信號(hào)或者邏輯信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)器的控制回路部分包括，電機(jī)速度信號(hào)采集單元，用以采集速度檢測(cè)裝置的速度信號(hào)，構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)反饋速度信號(hào)，并在超速或者零速情況下報(bào)警；模擬信號(hào)采集單元，用以采集所述驅(qū)動(dòng)器的電流檢測(cè)單元、母線電壓檢測(cè)單元以及電源電壓監(jiān)控單元和電機(jī)速度信號(hào)采集單元的模擬信號(hào)；數(shù)字信號(hào)采集輸入單元，用以采集運(yùn)行命令邏輯、故障復(fù)位邏輯以及相序檢測(cè)電子裝置產(chǎn)生的電平信號(hào)；數(shù)字信號(hào)輸出單元，用以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行狀況，產(chǎn)生數(shù)字量信號(hào)； 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生單元，用以根據(jù)速度給定單元的速度給定信號(hào)和速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的速度信號(hào)、電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流信號(hào)產(chǎn)生控制功率開(kāi)關(guān)電路的調(diào)制信號(hào)； 與上位機(jī)通信的處理單元，用以與上位機(jī)的信息交互。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述功率開(kāi)關(guān)器件選用絕緣柵雙極晶體管IGBT，或金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述三相橋臂上面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的正端，下面一組功率開(kāi)關(guān)器件連接到母線電壓的負(fù)端，橋臂的三個(gè)中點(diǎn)分別接到交流電機(jī)電樞繞組，同一個(gè)橋臂上下兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的信號(hào)邏輯相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變槳控制系統(tǒng)用帶矢量控制的交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述輸出電流采樣單元由運(yùn)算放大器及外圍器件構(gòu)成，該單元采集輸出電流檢測(cè)單元的電流信號(hào)作為所述驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)反饋電流信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種變槳控制用帶矢量控制的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括功率回路部分和控制回路部分，其中功率回路部分包含整流單元、能耗制動(dòng)單元、功率開(kāi)關(guān)電路、以及交流輸入相序檢測(cè)單元、母線電壓和輸出電流檢測(cè)單元等；控制回路部分包含模擬信號(hào)采樣單元、數(shù)字信號(hào)輸入采集電路、速度信號(hào)采集單元、數(shù)字信號(hào)輸出單元以及與上位機(jī)信息交互單元等?？刂粕喜捎檬噶靠刂萍夹g(shù)，本實(shí)用新型控制性能能達(dá)到與直流驅(qū)動(dòng)器同等效果，動(dòng)態(tài)性能良好。適合大功率變槳系統(tǒng)用的交流電機(jī)的控制場(chǎng)合，相比同功率等級(jí)的直流驅(qū)動(dòng)器，本實(shí)用新型降低了成本，同時(shí)提高了控制性能和可靠性。
文檔編號(hào)H02P21/00GK202121543SQ201120197019
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者傅建民, 孫明敏 申請(qǐng)人:蘇州能健電氣有限公司