專利名稱：帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變頻交流電機(jī)及其附帶配置，屬于風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中，一般使用直流串激電機(jī)來驅(qū)動(dòng)槳葉。直流串激電機(jī)配置 了電磁剎車、旋轉(zhuǎn)變壓器和絕對式編碼器，通過旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)時(shí)輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，通 過絕對式編碼器來實(shí)時(shí)輸出槳葉的位置(角度)信號，獨(dú)立于串激電機(jī)外整個(gè)變槳控制系 統(tǒng)的主控系統(tǒng)根據(jù)接收到的電機(jī)實(shí)時(shí)速度和槳葉位置信號，對該串激電機(jī)閉環(huán)實(shí)施控制。但實(shí)際應(yīng)用中，由于旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的速度信號與電機(jī)轉(zhuǎn)速是一種非線性函數(shù)關(guān) 系，因此控制計(jì)算較為復(fù)雜、精度較差、失真度較大。為了提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)作穩(wěn) 定性，追求槳葉朝向來風(fēng)的理想角度，主控系統(tǒng)必須加強(qiáng)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。而從現(xiàn)有的技 術(shù)層面來說，彌補(bǔ)測速精度的唯一手段便是增加電機(jī)輸入電壓的脈沖頻度，但脈沖電壓頻 度的增加勢必會(huì)造成電機(jī)壽命的縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳用帶數(shù)字輸出 信號的變頻交流電機(jī)，解決串激電機(jī)配置結(jié)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)變壓器非線性失真大，以及由模擬信 號輸出造成的主控系統(tǒng)難于控制、電機(jī)壽命縮短的問題。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，裝載于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪轂內(nèi)通過變速箱驅(qū) 動(dòng)槳葉，所述變頻交流電機(jī)配置有用于控制槳葉止動(dòng)的電磁剎車；用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號、 測定槳葉位置或角度信號的組合式編碼器；所述電磁剎車直接連接在所述變頻交流電機(jī)的 電機(jī)軸上，所述組合式編碼器轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與電機(jī)軸連接，所述電磁剎車和組合式編碼 器固定在所述變頻交流電機(jī)的機(jī)殼上。所述組合式編碼器內(nèi)含采集轉(zhuǎn)速的增量式編碼器和測定槳葉位置或角度信號的 絕對式編碼器。所述變頻交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時(shí)開 關(guān)作用的IGBT模塊，以及一個(gè)故障信號檢測單元。所述IGBT模塊通過驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與主 控板連接。所述主控板上連接有用于測量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電流負(fù)載大小的電流傳感器。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在(1)通過一臺(tái)組合式編碼器同時(shí)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速和 槳葉位置(角度)信號，且轉(zhuǎn)速信號是以數(shù)字形式輸出的，簡化了主控系統(tǒng)的算法，提高了 槳葉的控制精度，并且有效延長了電機(jī)的壽命；(2)采用變頻交流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)槳葉，制造工 藝簡單，成本較低，且完全能適用4000瓦的槳葉驅(qū)動(dòng)所需。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明變頻交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。圖2是本發(fā)明變頻交流電機(jī)各電氣部件的電路信號示意圖。圖3是本發(fā)明變頻交流電機(jī)的控制框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳用變頻交流電機(jī)及其附帶配置。如圖1、圖2 所示的本發(fā)明變頻交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖和各電氣部件的電路信號示意圖該變頻交流電 機(jī)包括進(jìn)行槳葉調(diào)整主導(dǎo)作用的電機(jī)定子11、電機(jī)轉(zhuǎn)子12、與電機(jī)轉(zhuǎn)子12 —體化固接的轉(zhuǎn) 軸13以及用于與主控系統(tǒng)對接實(shí)現(xiàn)電子控制的接線盒16，該些主要器件收容于硬質(zhì)的電 機(jī)外殼14內(nèi)，并且電機(jī)外殼一端連通接設(shè)一風(fēng)機(jī)15，以滿足變頻交流電機(jī)運(yùn)作時(shí)降溫的需 要。此外，其附帶的配置結(jié)構(gòu)還包括有用于控制槳葉止動(dòng)的電磁剎車4、用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)速 信號、測定槳葉位置或角度信號的組合式編碼器2。該電磁剎車4直接連接在電機(jī)轉(zhuǎn)軸13 上，編碼器2轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器5與電機(jī)轉(zhuǎn)軸13連接，電磁剎車4的本體及編碼器2固定連 接在所述變頻交流電機(jī)的電機(jī)外殼14上。從電路信號上分析變頻交流電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速、槳葉距離或角度在內(nèi)的各項(xiàng)運(yùn) 行數(shù)據(jù)信號由組合式編碼器采集獲得，并通過接線盒單向傳輸至變頻控制器單元進(jìn)行數(shù)據(jù) 運(yùn)算；根據(jù)存儲(chǔ)在變頻控制器內(nèi)的編程運(yùn)算處理后對變頻交流電機(jī)輸出控制信號，同時(shí)也可 在需要的情況下直接驅(qū)動(dòng)電磁剎車，從電機(jī)內(nèi)部對變頻交流電機(jī)進(jìn)行機(jī)械性的止動(dòng)控制。其中該組合式編碼器2包含采集轉(zhuǎn)速的增量式編碼器和測定槳葉位置或角度信 號的絕對式編碼器，通過一臺(tái)編碼器同時(shí)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速和槳葉位置(角度)信號，且轉(zhuǎn)速信 號是以數(shù)字形式輸出的，能夠有效簡化主控系統(tǒng)的算法，提高了槳葉控制的精度，并且有效 延長了電機(jī)的壽命。圖3揭示了本發(fā)明變頻交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意框圖。所述變頻交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時(shí)開 關(guān)作用的IGBT模塊，以及一個(gè)故障信號檢測單元。所述IGBT模塊為絕緣柵雙極型功率管，即為起到瞬時(shí)開關(guān)作用的大功率開關(guān)器 件，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式 電力半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。由于GTR 飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓 降大，載流密度小。而IGBT模塊綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。所述IGBT模塊通過驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與主控板連接。所述主控板上還連接有兩個(gè)用 于測量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電流負(fù)載大小的電流傳感器。所述主控板通過控制電壓和頻率的大小， 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明尚有多種具體的實(shí)施方式。凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技 術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，裝載于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪轂內(nèi)通過變速箱驅(qū)動(dòng)槳葉，其特征在于所述變頻交流電機(jī)配置有用于控制槳葉止動(dòng)的電磁剎車；用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號、測定槳葉位置或角度信號的組合式編碼器；所述電磁剎車直接連接在所述變頻交流電機(jī)的電機(jī)軸上，所述組合式編碼器轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與電機(jī)軸連接，所述電磁剎車和組合式編碼器固定在所述變頻交流電機(jī)的機(jī)殼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，其特征在于所述組合式 編碼器內(nèi)含采集轉(zhuǎn)速的增量式編碼器和測定槳葉位置或角度信號的絕對式編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，其特征在于所述變頻交 流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時(shí)開關(guān)作用的IGBT模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，其特征在于所述IGBT模 塊通過驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與主控板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，其特征在于所述主控板 上連接有用于測量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電流負(fù)載大小的電流傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，其特征在于所述變頻交 流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括一個(gè)故障信號檢測單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶數(shù)字輸出信號的變頻交流電機(jī)，配置有用于控制槳葉止動(dòng)的電磁剎車；用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號、測定槳葉位置或角度信號的組合式編碼器；所述電磁剎車和組合式編碼器固定在所述變頻交流電機(jī)的機(jī)殼上。所述變頻交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時(shí)開關(guān)作用的IGBT模塊。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過一臺(tái)組合式編碼器同時(shí)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速和槳葉位置信號，且轉(zhuǎn)速信號是以數(shù)字形式輸出的，簡化了主控系統(tǒng)的算法，提高了槳葉的控制精度，并且有效延長了電機(jī)的壽命；采用變頻交流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)槳葉，制造工藝簡單，成本較低。
文檔編號H02K11/00GK101908789SQ20091003362
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者傅建民, 王政, 王焦劍 申請人:蘇州能健電氣有限公司