專利名稱：離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器。
技術(shù)背景離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器只采用模擬電路搭建的系統(tǒng)裝置，常用控制方式是 采用繼電器或接觸器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出直接短路的工作方式，缺點是發(fā)電機(jī)的電流偏 大，嚴(yán)重時會燒壞風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，常用的啟動方式為普通 軟啟動方式，但其峰值電流還是很大，容易把功率器件損壞，普通的控制方式是把整個卸荷 電阻全部接上，此時蓄電池還沒充滿，但能量全部消耗在卸荷電阻上，造成能量的浪費，或 者分階段接上卸荷電阻，但一般只能做到五六級左右，效果不理想。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)的離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制裝 置，其優(yōu)點在于可以實現(xiàn)過壓、欠壓、過載、過流等保護(hù)，從而確保了系統(tǒng)的可靠性，同時能 夠?qū)崿F(xiàn)最佳限度的風(fēng)能利用。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，其組成包括整流電路，所述的整流電路連接蓄電 池，所述的蓄電池分別連接無極卸荷電路、逆變電路、控制回路，所述的控制回路通過驅(qū)動 電路連接逆變電路，所述的逆變電路連接升壓變壓器，所述的升壓變壓器連接電感電容濾 波器，所述的電感電容濾波器通過霍爾電壓傳感器連接控制回路并輸出交流電。所述的離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，所述的控制回路包括單片機(jī)，所述的單片 機(jī)連接液晶顯示器，所述的單片機(jī)采用PIC18F2331，具有六路輸出端口和5路10位的模數(shù) 轉(zhuǎn)換口。本實用新型的有益效果1、本實用新型控制器由單片機(jī)、IR2110等構(gòu)成，逆變部分采用絕緣柵型場效應(yīng)管 MOSFET作為主開關(guān)元件，具有完善的保護(hù)功能。長時間的運行結(jié)果表明裝置設(shè)計合理可靠， 與現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電控制逆變器相比具有成本低、使用方便的特點。2、本實用新型控制逆變器采用(脈沖寬度調(diào)制)PWM無級卸荷，在正常卸荷情況 下，可以保證蓄電池電壓在浮充電壓附近，只是把多余的電能釋放到卸荷電阻上，而且保證 了最佳蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用，并確保了蓄電池壽命。

附圖1是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是附圖1中控制回路的電路圖。附圖3是附圖1中驅(qū)動電路、主電路、升壓電路、采樣電路、電感電容濾波電路的電 路圖。[0013]附圖4是附圖1中無級卸荷電路的電路圖。附圖5是附圖1中過流保護(hù)電路的電路圖。附圖6是附圖1中霍爾電壓采樣電路的電路圖。附圖7是本實用新型的系統(tǒng)軟件流程圖。附圖8是本實用新型的定時器中斷服務(wù)子程序流程圖。附圖9是本實用新型的過流保護(hù)中斷服務(wù)子程序流程圖。根據(jù)電子線路制圖的規(guī)定，相同標(biāo)號的引腳之間具有連接關(guān)系。
具體實施方式
實施例1 離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，其組成包括整流電路，所述的整流電路連接蓄電 池，所述的蓄電池分別連接無極卸荷、逆變電路、控制回路，所述的控制回路通過驅(qū)動電路 連接逆變電路，所述的逆變電路連接升壓變壓器，所述的升壓變壓器連接電感電容濾波器， 所述的電感電容濾波器通過霍爾電壓傳感器連接控制回路并輸出交流電。如圖1所示，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)輸出的變壓變頻的交流電經(jīng)過整流之后變成直流電給蓄電池充電，逆變部分由四 個絕緣柵型場效應(yīng)管MOSFET組成的全橋電路構(gòu)成。通過采樣電阻采樣負(fù)載電流，由8位單 片機(jī)PIC18F2331構(gòu)成控制回路；單片機(jī)產(chǎn)生的(正弦波脈寬調(diào)制)SPWM控制信號經(jīng)IR2110 控制絕緣柵型場效應(yīng)管MOSFET的通斷。通過霍爾電壓傳感器采樣輸出交流電壓，并將其送 給單片機(jī)實現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，從而使輸出電壓更加穩(wěn)定。單片機(jī)通過模數(shù)采樣實現(xiàn)欠壓、過 載等保護(hù)功能。所述的離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，所述的控制回路包括單片機(jī)，所述的單片 機(jī)連接液晶顯示器，所述的單片機(jī)采用PIC18F2331，具有六路輸出端口和5路10位的(模 數(shù))A/D轉(zhuǎn)換口。如圖2所示，由單片機(jī)PIC18F2331組成，采用單片機(jī)PIC18F2331是因為 它有6路(脈沖寬度調(diào)制)PWM輸出端口，可以采用軟件產(chǎn)生(正弦波脈寬調(diào)制)SPWM控制 信號，并且它還具有5路10位的(模數(shù))A/D轉(zhuǎn)換口，可以省去外部的(模數(shù))A/D采樣電 路，從而簡化了裝置硬件的電路設(shè)計。由于單片機(jī)PIC18F2331單片機(jī)片內(nèi)無較大的空間實現(xiàn)在線運算，所以采用自然 采樣生成SPWM的方法不利于軟件實現(xiàn)。本實用新型采用面積等效法實現(xiàn)(正弦波脈寬調(diào) 制)SPWM控制，將正弦波的正半周進(jìn)行N等分，則每一等分的寬度為π/N弧度，利用面積等 效法計算出半個周期內(nèi)N個不同的脈寬值，將產(chǎn)生的脈寬數(shù)列以列表形式存于PIC單片機(jī) 的程序存儲器ROM中，以供程序調(diào)用。單片機(jī)PIC18F2331具有三個占空比發(fā)生器，六個(脈沖寬度調(diào)制)PWM輸出引腳。 本實用新型功率控制(脈沖寬度調(diào)制)PWM模塊工作在互補(bǔ)模式中，(脈沖寬度調(diào)制)PWM 輸出的占空比比較單元分配如下PDC0寄存器控制PWM1/PWM0 口輸出，PDCl寄存器控制 PWM3/PWM2 口輸出。本系統(tǒng)采用軟件(正弦波脈寬調(diào)制)SPWM生成法，并通過軟件定時器 中斷方式實現(xiàn)定時正弦階梯波輸出。在定時器中斷服務(wù)子程序中設(shè)置一個計數(shù)單元，每進(jìn) 入一次中斷服務(wù)程序計數(shù)單元加1，當(dāng)計數(shù)單元為奇數(shù)時(脈沖寬度調(diào)制)PWM用于控制上 橋臂功率開關(guān)管，當(dāng)計數(shù)單元為偶數(shù)時控制下橋臂功率開關(guān)。(脈沖寬度調(diào)制)PWM時基設(shè) 置為連續(xù)上/下計數(shù)模式來模擬三角載波，根據(jù)載波頻率確定(脈沖寬度調(diào)制)PWM的周期寄存器 PTPER = F0SC/(2*4*FPWM*PTMRPS)，其中 FOSC = 16MHz, FPWM = 4kHz 為逆變器的 開關(guān)頻率。數(shù)字(比例積分)PI調(diào)節(jié)器的輸出和已給出的正弦表中的標(biāo)要值做乘法后寫入 (脈沖寬度調(diào)制)PWM占空比寄存器，從而生成調(diào)制比可變的(正弦波脈寬調(diào)制)SPWM控制信號。在生成(正弦波脈寬調(diào)制)SPWM波的軟件定時中斷中，(脈沖寬度調(diào)制)PWM的開 關(guān)頻率為4kHz，即主電路開關(guān)頻率為4kHz，也就是說在一個正弦波周期中，開關(guān)管要動作 80次。由于功率器件有一定的關(guān)斷時間，當(dāng)Tl關(guān)斷時，T2不能馬上開通，否則會出現(xiàn)直通 現(xiàn)象，導(dǎo)致器件的損壞。單片機(jī)PIC18F2331具有可編程的死區(qū)單元，它能夠在同一橋臂的 開通與關(guān)斷時插入一定的死區(qū)時間，從而有效地防止了發(fā)生直通現(xiàn)象，本裝置的死區(qū)時間 設(shè)置為2 μ S。模擬(比例積分)PI控制龐大的模擬控制電路使得控制系統(tǒng)的可靠性下降，調(diào)試 復(fù)雜，不易整定。本裝置采用數(shù)字(比例積分)PI調(diào)節(jié)器，并對(比例積分)PI輸出的控制 量加以限幅以避免積分飽和，通過對(比例積分)PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)KP和積分系數(shù)KI 等參數(shù)的整定使系統(tǒng)穩(wěn)定，輸出標(biāo)準(zhǔn)的50Hz、220V的正弦波電壓。功率驅(qū)動單元采用IR公司IR2110實現(xiàn)，用來驅(qū)動主電路的功率開關(guān)器件絕緣柵 型場效應(yīng)管MOSFET。IR2110芯片內(nèi)部采用自舉驅(qū)動技術(shù)，大大減少了控制變壓器的體積和 電源數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本。如圖3所示，當(dāng)上管關(guān)斷、下管導(dǎo)通時，IR2110的6腳電位為 +12V，E點為+12V的電源地，若忽略二極管D3的導(dǎo)通壓降，則自舉電容Ell的電壓為+12V ； 當(dāng)上管導(dǎo)通、下管關(guān)斷時E點的電壓為二極管壓降Vdc，IR2110的6腳電位由于自舉電容 Ell電壓不能瞬變，則IR2110的6腳電位為(Vdc+12) V，則自舉二極管D3承受反壓關(guān)斷，從 而保護(hù)+12V電源。自舉電容Ell采用10 μ F電容，在載波頻率為12kHz條件下自舉電容的 電壓波動不超過IOOmV,從而保證了半橋驅(qū)動時上橋功率管能夠安全、可靠地運行。(脈沖寬度調(diào)制)PWM無級卸荷電路本系統(tǒng)加入了(脈沖寬度調(diào)制)PWM無級卸 荷電路，如圖4所示，(脈沖寬度調(diào)制)PWM無級卸荷控制是指當(dāng)蓄電池電壓大于設(shè)定值時， 單片機(jī)產(chǎn)生(脈沖寬度調(diào)制)PWM信號，通過光耦驅(qū)動功率管，使功率管導(dǎo)通，將多余的電能 加到卸荷電阻上，防止蓄電池的電壓過高，從而有效地保護(hù)了蓄電池和控制裝置。過流保護(hù)電路如圖5所示，負(fù)載電流與給定值相比較，當(dāng)大于給定值時，單片機(jī) RB0/INT引腳出現(xiàn)高電平進(jìn)入中斷，封鎖(脈沖寬度調(diào)制)PWM的輸出。電壓反饋電路通過霍爾傳感器采集交流輸出側(cè)電壓，將其送入單片機(jī)(模數(shù))A/ D采樣口，使模擬信號變成單片機(jī)所能識別的數(shù)字信號，通過單片機(jī)軟件的處理使其作用在 (正弦波脈寬調(diào)制)SPWM輸出信號上，從而構(gòu)成閉環(huán)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使輸出更加穩(wěn)定。軟件的過流保護(hù)當(dāng)負(fù)載短路時，流過采樣電阻的電流急劇增大，通過比較器產(chǎn) 生一個上升沿的脈沖送給單片機(jī)的外部中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，從而封鎖SPWM信號的輸 出，停止逆變輸出。軟件過載保護(hù)即軟件的電流控制，系統(tǒng)在硬件保護(hù)的同時還具有軟件保護(hù)的功 能。通過軟件檢測，當(dāng)出現(xiàn)過載時禁止逆變器的輸出。過溫保護(hù)任何電子元件以及功率器件都有一個工作范圍，溫度過高會影響系統(tǒng) 的正常運行，本系統(tǒng)通過溫度開關(guān)控制，當(dāng)溫度達(dá)到溫度開關(guān)的動作點時，溫度開關(guān)閉合， 風(fēng)扇開始工作，當(dāng)溫度降下來時，溫度開關(guān)斷開，風(fēng)扇停止工作。[0034]欠壓保護(hù)本實用新型具有欠壓保護(hù)的功能，欠壓保護(hù)的目的是為了避免蓄電池 出現(xiàn)過放電，否則容易損壞蓄電池。當(dāng)電壓過低時，電流變大，容易損壞功率器件。因此當(dāng) 電池欠壓時系統(tǒng)停止工作。系統(tǒng)軟件流程如圖7所示。
權(quán)利要求一種離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，其組成包括整流電路，其特征是所述的整流電路連接蓄電池，所述的蓄電池分別連接無極卸荷電路、逆變電路、控制回路，所述的控制回路通過驅(qū)動電路連接逆變電路，所述的逆變電路連接升壓變壓器，所述的升壓變壓器連接電感電容濾波器，所述的電感電容濾波器通過霍爾電壓傳感器連接控制回路并輸出交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征是所述的控制回路 包括單片機(jī)，所述的單片機(jī)連接液晶顯示器，所述的單片機(jī)采用PIC18F2331，具有六路輸出 端口和5路10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換口。
專利摘要離網(wǎng)式正弦波風(fēng)力發(fā)電控制器。目前的風(fēng)力發(fā)電控制器只采用模擬電路搭建的系統(tǒng)裝置，常用控制方式是采用繼電器或接觸器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出直接短路的工作方式，缺點是發(fā)電機(jī)的電流偏大，嚴(yán)重時會燒壞風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本實用新型的組成包括整流電路，所述的整流電路連接蓄電池，所述的蓄電池分別連接無極卸荷電路、逆變電路、控制回路，所述的控制回路通過驅(qū)動電路連接逆變電路，所述的逆變電路連接升壓變壓器，所述的升壓變壓器連接電感電容濾波器，所述的電感電容濾波器通過霍爾電壓傳感器連接控制回路并輸出交流電。本實用新型用于風(fēng)力發(fā)電的控制器。
文檔編號H02M7/537GK201663429SQ20102004482
公開日2010年12月1日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者劉京波, 劉端增, 宋修明, 李偉力, 王哲修, 王瑞, 簡由宗, 高晗瓔, 龍飛躍 申請人:哈爾濱理工大學(xué)