一种采用自保持继电器的风力发电机制动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种采用自保持继电器的风力发电机制动电路，包括三相整流模块、驱动电源和自保持继电器，所述三相整流模块用于将风机输出的三相交流电压转换成直流电压，所述直流电压的正负极分别连接所述驱动电源的正负输入，该驱动电源的输出连接所述自保持继电器的线圈，所述自保持继电器用于接入风机输出的三相交流电压或三相整流模块输出的直流电压。将风机输出三相交流电能或者三相整流模块输出直流电能通过自保持继电器触点闭合时短路，从而实现了将风机输出能量转换为热能，达到风机制动的效果；当风机制动时，风机输出电压大幅度下降，驱动电源停止工作，自保持继电器在线圈断电的情况下继续实现风机制动保护。
【专利说明】
一种采用自保持继电器的风力发电机制动电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及小型风机控制器技术领域，具体涉及一种采用自保持继电器的风 力发电机制动电路。
【背景技术】
[0002] 风力发电机制动指的是通过施加较大能量消耗的方式拖动风力发电机机械结构 处于停止运行的状态，通俗讲法就是让风机转不起来。
[0003] 风机制动一般发生在风速超过风机制动设定保护值或者风机发出的电能远大于 后端负载需求能量的情况下。如果此时不进行制动，风机叶片会越转越快，直到超过机械结 构应力而飞车，或者损害后端负载。
[0004] 传统的风机制动方法主要是将风机发出的三相交流电能UVW整流成直流电能，通 过单片机控制制动开关的开关状态将交流电能UVW或者整流后的直流电能短路，这部分能 量将通过制动开关本身的寄生电阻通过热能的形式消耗掉，制动开关也可以串接制动电 阻，以减小制动电流，一部分热能会在制动电阻上消耗掉。传统风机制动方法中的制动开关 主要是M0SFET管、IGBT管、晶闸管、功率继电器等器件。
[0005] 传统风机制动方法无法在驱动断电的情况下实现长期自动保持风机制动状态，所 消耗的电能较多。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型提供一种风力发电机制动电路，采用自保持继电器，在线圈断电的情 况下能继续实现风机的制动保护。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0008] 一种采用自保持继电器的风力发电机制动电路，包括三相整流模块、驱动电源和 自保持继电器，所述三相整流模块用于将风机输出的三相交流电压转换成直流电压，该直 流电压的正极与第一电容的正极连接，第一电容的负极与直流电压的负极接地，所述直流 电压的正负极分别连接所述驱动电源的正负输入，该驱动电源的输出连接所述自保持继电 器的线圈，所述自保持继电器用于接入风机输出的三相交流电压或三相整流模块输出的直 流电压。
[0009] 进一步地，所述自保持继电器的三个独立触点的一端分别连接风机三相交流电压 输出，三个独立触点另一端短接。
[0010] 进一步地，所述自保持继电器的三个独立触点的一端分别串联制动电阻一，该制 动电阻一的另一端分别连接风机三相交流电压输出，三个独立触点另一端短接。
[0011] 进一步地，所述自保护继电器的触点分别连接直流电压的正极和负极。
[0012] 进一步地，所述自保护继电器的触点一端串联制动电阻二，该制动电阻二的另一 端连接直流电压的正极，自保护继电器的触点另一端连接直流电压的负极。
[0013] 进一步地，所述驱动电源由第二电容、第三电容、电流采样电阻、第一分压电阻、第 二分压电阻、开关电源变压器、二极管、MOS管和开关电源管理模块构成；
[0014] 所述直流电压的正极连接到第二电容的正极，第二电容的负极连接到GND，直流电 压的正极连接到开关电源变压器原边电感的一端，开关电源变压器原边电感的另一端连接 M0S管的漏极，M0S管的源极连接电流采样电阻的一端，电流采样电阻的一端同时与开关电 源管理模块的电流检测端口连接，电流采样电阻的另一端连接GND，M0S管的栅极连接开关 电源管理模块的驱动端口；开关电源变压器的原边电感、M0S管、电流采样电阻组成驱动电 源的输入主回路；
[0015] 所述直流电压通过第一分压电阻和第二分压电阻串联分压，分压点连接到开关电 源管理模块的启动电压检测端口，通过调节第一分压电阻和第二分压电阻的值，能够调节 启动保护电压值V0N;开关电源变压器的副边电感一端连接二极管的正极，二极管的负极分 别连接第三电容的正极和自保持继电器的线圈的正极，第三电容的正极连接开关电源管理 模块的电压反馈端口，开关电源变压器的副边电感另一端、第三电容的负极、自保持继电器 的线圈的负极同时连接GND。
[0016] 进一步地，所述驱动电源还包括R⑶吸收回路，该RCD吸收回路由回路电阻、回路电 容和回路二极管构成，所述直流电压的正极连接回路电阻和回路电容的一端，回路电阻和 回路电容的另一端连接回路二极管的负极，回路二极管的正极连接M0S管的漏极。
[0017] 由以上技术方案可知，本实用新型将风机输出三相交流电能或者三相整流模块输 出直流电能通过自保持继电器触点闭合时短路，从而实现了将风机输出能量转换为热能， 达到风机制动的效果；当风机制动时，风机输出电压大幅度下降，驱动电源停止工作，自保 持继电器在线圈断电的情况下继续实现风机制动保护，在自动保持风机制动状态时，自保 持继电器的线圈不消耗任何能量。
[0018] 本实用新型可以独立控制风力发电机制动，也可与其他任何风力发电机制动方法 配合使用，构成双重或多重风机制动保护，具有运行无损耗、可灵活调节保护电压以及可构 成多重风机制动保护等优点，可极大提高风机控制器的可靠性、稳定性与灵活性。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型风力发电机制动电路的电路原理图，并示出了自保持继电器线 圈的触点连接的4种【具体实施方式】；
[0020] 图2为本实用新型中驱动电源的电路原理图。
[0021 ]图中：1、三相整流模块，2、驱动电源，3、自保持继电器，31、线圈，4、制动电阻一，5、 制动电阻二，6、开关电源管理模块，7、R⑶吸收回路，8、风机。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型的一种优选实施方式作详细的说明。
[0023] 如图1所示，所述风力发电机制动电路由三相整流模块1、驱动电源2和自保持继电 器3构成，所述三相整流模块1用于将风机8输出的三相交流电压UVW转换成直流电压DC，该 直流电压的正极与第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极与直流电压DC的负极接地。 所述直流电压DC的正负极分别连接所述驱动电源2的正负输入，该驱动电源的输出连接所 述自保持继电器3的线圈31，所述自保持继电器3用于接入风机输出的三相交流电压UVW或 三相整流模块输出的直流电压DC。
[0024]自保持继电器线圈的触点连接采用如下四种方式：
[0025]方式1，自保持继电器3的三个独立触点的一端分别连接风机三相交流电压输出 UVW，三个独立触点另一端短接。
[0026] 方式2，自保持继电器3的三个独立触点的一端分别串联制动电阻一，该制动电阻 一的另一端分别连接风机三相交流电压输出UVW，三个独立触点另一端短接。
[0027] 方式3,自保护继电器3的触点分别连接直流电压DC的正极和负极。
[0028] 方式4,自保护继电器3的触点一端串联制动电阻二，该制动电阻二的另一端连接 直流电压DC的正极，自保护继电器的触点另一端连接直流电压DC的负极。
[0029] 自保持继电器3主要包括磁保持继电器、电磁式机械自保持继电器等在线圈断电 时还可自行保持触点状态的继电器，这种自保持继电器同样由线圈与触点组成，它的工作 过程如下：在通过电压激励继电器线圈后，继电器触点就会闭合，此时线圈不需要激励电 压，触点都可以在永久磁铁的磁力或者中间机械装置的作用下保持触点闭合状态；同理，当 给线圈施加反向激励电压后，继电器触点断开，此时线圈同样不需要激励电压，触点会在永 久磁铁的磁力或者中间机械装置的作用下保持触点断开状态。
[0030] 所述方式1和2中自保持继电器3采用单线圈三独立触点的磁保持继电器，所述的 方式3和4中自保持继电器3采用单线圈单触点磁保持继电器。磁保持继电器在线圈施加正 向电压时，触点闭合，此时线圈电压有与无，触点都一直保持闭合状态，只有在线圈被施加 反向电压时，触点才会断开，而且会一直保持断开状态，直到线圈被施加正向电压时，触点 恢复闭合状态
[0031] 当三相整流模块1输出的直流电能大于驱动电源2的启动电压时，驱动电源2输出 驱动电压，驱动自保持继电器3的线圈31，进而自保持继电器的触点闭合，将风机输出电能 转换为制动电阻和自保持继电器本身以及风机发电机线圈的热能而消耗掉。
[0032] 如图2所示，所述驱动电源2由第二电容C2、第三电容C3、电流采样电阻R1、第一分 压电阻R2、第二分压电阻R3、开关电源变压器T1、二极管D1、M0S管Q1和开关电源管理模块6 构成。
[0033]所述直流电压DC的正极连接到第二电容C2的正极，第二电容C2的负极连接到GND， 直流电压DC的正极连接到开关电源变压器T1原边电感的1脚，开关电源变压器T1原边电感 的2脚连接M0S管Q1的漏极，M0S管Q1的源极连接电流采样电阻R1的一端，电流采样电阻R1的 一端同时与开关电源管理模块6的电流检测端口连接，电流采样电阻R1的另一端连接GND， M0S管Q1的栅极连接开关电源管理模块6的驱动端口；开关电源变压器T1的原边电感、M0S管 Q1、电流采样电阻R1组成驱动电源2的输入主回路。
[0034] 所述直流电压DC通过第一分压电阻R2和第二分压电阻R3串联分压，分压点连接到 开关电源管理模块6的启动电压检测端口，通过调节第一分压电阻R2和第二分压电阻R3的 值，能够调节启动保护电压值V0N;开关电源变压器T1副边电感的3脚连接二极管D1的正极， 二极管D1的负极分别连接第三电容C3的正极和自保持继电器3的线圈31的正极，第三电容 C3的正极连接开关电源管理模块6的电压反馈端口，开关电源变压器T1副边电感的4脚、第 三电容C3的负极、自保持继电器的线圈31的负极同时连接GND。
[0035] 所述驱动电源2还包括R⑶吸收回路7，用于吸收M0S管Q1漏极的尖峰电压，该RCD吸 收回路由回路电阻R4、回路电容C4和回路二极管D2构成，所述直流电压DC的正极连接回路 电阻R4和回路电容C4的一端，回路电阻R4和回路电容C4的另一端连接回路二极管D2的负 极，回路二极管D2的正极连接MOS管Q1的漏极。
[0036]所述开关电源管理模块6连接直流电压DC以获取工作电压，其与M0S管Q1的栅极连 接以驱动Q1控制反激开关电源，与R2/R3串联分压点以实现调节启动电压，连接电流采样电 阻R1的一端实现电流采样，实现驱动电源2的过流、过载、短路保护功能，连接第三电容C3的 正极以实现电压闭环反馈。
[0037]本实施例中，开关电源管理模块6使用安森美公司的NCP1255系列芯片，该系列芯 片的第7脚电压只有在高于0.8V时，芯片才会启动工作，本实用新型首次将NCP1255系列芯 片的这种功能应用在风机制动保护功能。
[0038]本实用新型的具体工作流程如下：
[0039]首先，确定启动保护电压值V0N，V0N可根据不同风机控制系统进行调节；
[0040] 然后，选择第一分压电阻R2和第二分压电阻R3的电阻值和功率大小，根据NCP1255 的特性得出公式
，根据公式
可选择电阻R2和R3的电阻值， 同时选择电阻R2和R3的功率值;根据公式
；判断所选电 阻值大小及功率是否合适，如果合适即确定阻值及功率，否则返回继续选择阻值及功率大 小。
[0041]其中Von为启动保护电压，PR2为选择的R2功率大小，PR3为选择的R3功率大小，公式 的具体含义如下：
:启动保护电压VQN在R2和R3上的分压只有大于等于0.8V时，开关 电源管理模块才会启动工作；
;根据启动保护电压V?、选择的R2和R3的电阻值大小计算出启动保护电 压Vqn在电阻R2和R3上产生的电流值；
:根据启动保护电压V?、选择的R2和R3的电阻值计算出启动保护电压 V〇N在R2上产生的功率值；
=根据启动保护电压V?、选择的R2和R3的电阻值计算出启动保护电压 V〇N在R3上产生的功率值；
:根据启动保护电压V?、选择的R2和R3的电阻值计算出的启动 保护电压Vqn在R2上产生的功率值应小于选择的R2的功率值；
::根据启动保护电压V?、选择的R2和R3的电阻值计算出的启动 保护电压Vqn在R3上产生的功率值应小于选择的R3的功率值。
这两个条件同时成立，R2、R3的电阻值和功率 大小值才能最终确定，否则返回重新选择R2、R3的电阻值大小及功率大小，直到上述两个条 件同时成立为止。
[0049] 最后，判断直流电压DC是否大于V0N，若达到则电源启动输出电压驱动自保持继电 器3，自保持继电器将风机输出三相交流电压UVW或三相整流模块输出的直流电压DC的正负 极短路，风机8进入制动保护状态，输出电压小于V0N，驱动电源不再输出驱动电压，自保持 继电器3在不消耗电能的情况下继续保持风机制动状态。直到维修人员到达现场，维修传统 风机制动方法时对自保持继电器线圈施加反向激励脉冲后，自保持继电器才会断开，从而 结束自保持继电器式风机制动方法。
[0050]以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用 新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本 实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，应落入本实用新型的权利要求书确定的保护 范围内。
【主权项】
1. 一种采用自保持继电器的风力发电机制动电路，其特征在于，包括三相整流模块 (1)、驱动电源（2)和自保持继电器(3)，所述三相整流模块（1)用于将风机输出的三相交流 电压转换成直流电压(DC)，该直流电压(DC)的正极与第一电容(C1)的正极连接，第一电容 (C1)的负极与直流电压(DC)的负极接地，所述直流电压(DC)的正负极分别连接所述驱动电 源(2)的正负输入，该驱动电源的输出连接所述自保持继电器(3)的线圈（31)，所述自保持 继电器(3)用于接入风机输出的三相交流电压或三相整流模块输出的直流电压(DC)。2. 根据权利要求1所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述自保持继电器(3)的 三个独立触点的一端分别连接风机三相交流电压输出，三个独立触点另一端短接。3. 根据权利要求1所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述自保持继电器(3)的 三个独立触点的一端分别串联制动电阻一 (4)，该制动电阻一的另一端分别连接风机三相 交流电压输出，三个独立触点另一端短接。4. 根据权利要求1所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述自保护继电器(3)的 触点分别连接直流电压(DC)的正极和负极。5. 根据权利要求1所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述自保护继电器(3)的 触点一端串联制动电阻二(5)，该制动电阻二的另一端连接直流电压(DC)的正极，触点另一 端连接直流电压(DC)的负极。6. 根据权利要求1所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述驱动电源（2)由第二 电容(C2)、第三电容(C3)、电流采样电阻(R1)、第一分压电阻(R2)、第二分压电阻(R3)、开关 电源变压器(T1)、二极管(D1)、M0S管(Q1)和开关电源管理模块(6)构成； 所述直流电压(DC)的正极连接到第二电容(C2)的正极，第二电容（C2)的负极连接到 GND，直流电压(DC)的正极连接到开关电源变压器(T1)原边电感的一端，开关电源变压器 (T1)原边电感的另一端连接MOS管(Q1)的漏极，MOS管(Q1)的源极连接电流采样电阻(R1)的 一端，电流采样电阻(R1)的一端同时与开关电源管理模块(6)的电流检测端口连接，电流采 样电阻(R1)的另一端连接GND，MOS管(Q1)的栅极连接开关电源管理模块(6)的驱动端口；开 关电源变压器(T1)的原边电感、MOS管(Q1)、电流采样电阻(R1)组成驱动电源(2)的输入主 回路； 所述直流电压(DC)通过第一分压电阻(R2)和第二分压电阻(R3)串联分压，分压点连接 到开关电源管理模块(6)的启动电压检测端口，通过调节第一分压电阻(R2)和第二分压电 阻(R3)的值，能够调节启动保护电压值VON;开关电源变压器(T1)的副边电感一端连接二极 管(D1)的正极，二极管(D1)的负极分别连接第三电容(C3)的正极和自保持继电器的线圈的 正极，第三电容（C3)的正极连接开关电源管理模块（6)的电压反馈端口，开关电源变压器 (T1)的副边电感另一端、第三电容(C3)的负极、自保持继电器的线圈的负极同时连接GND。7. 根据权利要求6所述的风力发电机制动电路，其特征在于，所述驱动电源（2)还包括 RCD吸收回路(7)，该RCD吸收回路由回路电阻(R4)、回路电容(C4)和回路二极管(D2)构成， 所述直流电压(DC)的正极连接回路电阻(R4)和回路电容(C4)的一端，回路电阻(R4)和回路 电容(C4)的另一端连接回路二极管(D2)的负极，回路二极管(D2)的正极连接MOS管(Q1)的 漏极。
【文档编号】F03D7/00GK205714579SQ201620583678
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】张为民, 赵小龙, 郭春禹, 周晨, 周一晨, 宫亚飞
【申请人】合肥为民电源有限公司