专利名称：风能电暖器的制作方法
技术领域：
风能电暖器[0001]技术领域:[0002]本实用新型涉及一种以风能为能源的取暖装置。[0003]背景技术:[0004]已有的蓄电池，当蓄电池电压过高时，控制系统必须将风力发电机发出的多余能量通过卸荷电阻释放掉。普通的控制方式是采用全电阻卸荷方式，此时蓄电池一般还没有充满，但能量却全部消耗在卸荷电阻上，从而造成了能量的浪费。有的则采用分级卸荷，级数越多，控制效果越好，但一般只能做到五六级左右，所以效果仍然不够理想。[0005]发明内容:[0006]本实用新型提供一种以风能为能源的稳定、高效、经济的风能电暖器控制器，能高效地利用风光资源，发出电能给蓄电池充电，此外系统的过压、欠压、过温等保护功能确保了系统的安全可靠性，采用PWM方式进行无级卸荷，即可以达到上千级的卸荷的新型风能取暖器。[0007]本发明侧目的是这样实现的:[0008]一种风能电暖器，其组成包括:风力发电机、控制器、电暖器，所述的控制器包括蓄电池充电单元和直流到直流升压稳压单元。[0009]所述的风能电暖器，所述的直流到直流升压稳压单元包括高频变压器和数字信号处理器、DC-DC变换采用DC-AC-AC-DC的变换电路，低压侧具有DC-AC变换单相全桥电路，AC-AC变换采用高频变压器，AC-DC变换采用整流和低通滤波电路，采用电压霍尔传感器作为对输出的直流电压进行采样并进行电压环PI调节构件，其输出信号电连接到低压侧全桥功率拓扑结构功率开关管作为控制信号。[0010]所述的风能电暖器，所述的控制器的控制单元采用数字信号处理器DSPTMS320F28124。[0011]所述的风能电暖器，所述的蓄电池充电单元包括太阳能充电电路、风力发电电路、脉宽调制PWM无级卸荷电路和保护电路，所述的保护电路包括过流保护、欠压保护和过温保护电路。[0012]所述的风能电暖器，所述的PWM无级卸荷电路包括比较器CMPR0，与所述的比较器连接的功率驱动芯片IR2110和开关管VT，所述的开关管通过电路连接卸荷电阻。[0013]有益效果:[0014]1.本实用新型是以风能为能源的取暖系统，功率为600w 2kw。该系统由风力发电机、控制器、电暖器以及卸荷装置等组成，完成将风能转化电能，然后再转换为热能的过程。本实用新型的工作过程具体的说就是控制风力发电机给蓄电池充电，然后经DC-DC升压稳压处理后得到一个稳定的直流电压，将风能转换成电能。然后将直流电供给电暖器，将电能转换成热能。[0015]2、本实用新型采用(脉宽调制)PWM无级卸荷，在正常卸荷情况下，可以保证蓄电池电压在浮充电压附近，只是把多余的电能释放到卸荷上，而且保证了最佳蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用，并确保了蓄电池寿命。具体说就是当蓄电池电压大于设定值时，比较器输出为高电平，蓄电池电压低于设定值时，比较器输出为低电平，将比较器的输出通过IR2110驱动，控制开关管的导通与关断，将电压过高时多余的电能加到卸荷电阻上，就可以防止蓄电池的电压过高。本系统采用硬件保护措施，在芯片出现故障时仍然可以有效地保护蓄电池和控制装置。[0016]3、本实用新型采用直流-直流变换器输出，为稳定直流电压源，同时具有完备的保护功能，可以保证系统安全可靠地运行。具体做法是采用单闭环控制策略，直流输出电压的实测值Vt经(模拟/数字)A/D采样后与给定值进行电压外环(比例积分)PI调节，(比例积分)PI调节的结果送给(比较控制寄存器)CMPRO,生成(脉宽调制)PWMO,(脉宽调制)PWMl输出，经功率驱动芯片IR2110驱动全桥功率开关器件VTf VT4。[0017]4.本实用新型具有良好的保护电路:[0018]过压保护:当风力发电机输出电能大于负载消耗的电能时，将把多余的电能储存在蓄电池中。如果能量过剩就会使蓄电池电压超过蓄电池的安全电压，此时必须限制蓄电池电压的进一步升高，因此必须加入卸荷负载，将多余的能量消耗在卸荷电阻上，从而保护蓄电池免受损害。[0019]过温保护:任何电子元件以及功率器件都有一个工作范围，温度过高会影响系统的正常运行，本系统通过温度开关控制，当温度达到温度开关的动作点时，温度开关闭合，风扇开始工作，当温度降下来时，温度开关断开，风扇停止工作。[0020]欠压保护:本发明具有欠压保护的功能，欠压保护的目的是为了避免蓄电池出现过放电，否则容易损坏蓄电池。欠压保护的实现是通过(数字信号处理器)DSP检测蓄电池电压来判断是否欠压，当电池欠压时系统停止工作。[0021 ] 5.本实用新型采用高频变压器的供电方式，高频变压器与常规工频变压器相比大大减小了变压器的体积，同时由于变压器能够双向励磁，因此利用率较高。本实用新型中的输出部分使用全波整流、低通滤波方式，由于采用高频能量传输方式，也大大减小了滤波器的体积。[0022]6。本实用新型的是直接把风能转化为热能,不仅节约了宝贵的电能，同时从根本上解决了水暖系统跑、冒、滴、漏等问题，可广泛地运用于住宅、办公室、宾馆、商场、医院、学校、简易活动房等各类民用与公共建筑。风力发电机容量为600-2000W。在风力大于二级风的条件下即可发电，发出的电能经控制器处理后得到稳定的低电压直流电给电暖器供电，从而提高了用电安全性。本实用新型具有节能、运行稳定、安全可靠的特点，具有很好的推广价值。[0023]
:[0024]图1风光互补逆变器系统框图；[0025]图2 (脉宽调制)PWM无极卸荷电路；[0026]图3 (直流到直流)DC-DC升压稳压单元；[0027]图4 (直流到直流)DC-DC主电路；[0028]图5自举驱动电路；[0029]图6 (直流到直流)DC-DC升压稳压程序流程图；[0030]图7 (直流到直流)DC-DC升压稳压(比例积分)PI子程序；[0031]图8过流保护电路；[0032]图9蓄电池电压采样电路；[0033]图10输出PI闭环控制。[0034]具体实施方式
:[0035]实施例1:[0036]风能电暖器，其组成包括:风力发电机、控制器、电暖器，所述的控制器包括蓄电池充电单元和直流到直流升压稳压单元。[0037]本实用新型改进的关键部分包括蓄电池充电单元和DC-DC升压稳压单元构成，如图1所示。[0038](I)蓄电池充电单元[0039]如图1所示，蓄电池充电单元包括风力发电和PWM无级卸荷装置，PWM无级卸荷控制单元是对蓄电池电压进行检测，以防止蓄电池过充电。[0040]PWM无级卸荷方式，如图2所示，在正常卸荷情况下，可确保蓄电池电压始终稳定在浮充电压点。当蓄电池电压大于设定值时，(脉宽调制)PWM输出的占空比增大，相当于在蓄电池两端并联负载变大，风力发电机输出的多余电能消耗在卸荷电阻上，从而保证了蓄电池最佳的充电特性，并确保了蓄电池的使用寿命。[0041]蓄电池保护电路包括过压保护、欠压保护和过温保护等。所述的过压保护是指检测蓄电池的端电压，当其大于上限值时启用PWM无级卸荷，保护控制装置。所述的欠压保护是指当蓄电池的端电压低于下限值的时候，使DC-DC升压稳压单元停止工作。[0042](2 ) DC-DC升压稳压单元[0043]DC-DC变换采用DC-AC-AC-DC的变换模式，低压侧采用单相全桥工作方式实现DC-AC变换，AC-AC变换采用高频变压器，AC-DC变换采用整流和低通滤波实现。如图3所示，DC-DC升压稳压单元由高频变压器和数字信号处理器(TMS320F2812)为核心构成，采用电压霍尔传感器对输出的直流电压进行采样并进行电压环PI调节，其输出作为低压侧全桥功率拓扑结构功率开关管的控制信号，实现了 DC-DC升压稳压控制，从而得到一个稳定的直流电压。[0044](3)系统保护单元包括欠压、过压、过温的保护。[0045]实施例2:[0046]如图1所示，系统由以数字信号处理器DSP为核心的控制单元组成，风力发电机输出的变压、变频交流电经整流后给蓄电池供电，再由(直流到直流)DC_DC进行升压稳压处理后得到一个稳定的直流电压，该电压给电暖器加热。[0047]本装置作为风光互补控制逆变器包括蓄电池充电单元、(直流到直流)DC-DC升压稳压单元。[0048]I)蓄电池充电单元[0049]蓄电池充电单元包括太阳能充电、风力发电和(脉宽调制)PWM无级卸荷。(脉宽调制)PWM无级卸荷控制单元是对蓄电池电压进行检测，以防止蓄电池过充电。[0050]2)(直流到直流)DC-DC升压稳压单元[0051 ](直流到直流)DC-DC变换采用(直流-交流-交流-直流)DC-AC-AC-DC的变换模式，低压侧采用单相全桥工作方式实现(直流-交流)DC-AC变换，(交流-交流)AC-AC变换采用高频变压器，(交流-直流)AC-DC变换采用整流和低通滤波实现。如图3所示，(直流到直流)DC-DC升压稳压单元由高频变压器和以(数字信号处理器)DSP为核心器件构成，采用电压霍尔传感器对输出的直流电压进行检测，由(数字信号处理器)DSP进行直流母线电压的(模拟/数字)A/D转换、电压环(比例积分)PI调节，其输出作为低压侧全桥功率拓扑结构功率开关管VTrVT4的控制信号，实现了(直流到直流)DC-DC升压稳压控制，从而得到一个稳定的直流电压，本系统设定为110V。[0052]实施例3:[0053]本实用新型中能够进行风光互补控制器包括蓄电池充电单元、(直流到直流)DC-DC升压稳压单元。[0054](I)蓄电池充电单元[0055]如图1所示，蓄电池充电单元包括风力发电和(脉宽调制)PWM无级卸荷部分。[0056]蓄电池保护电路包括过压保护、欠压保护等，如图2所示。所述的过压保护是指检测蓄电池的端电压，当其大于上限值时启用(脉宽调制)PWM无极卸荷，保护控制装置的安全。所述的欠压保护是指当蓄电池的端电压低于一个下限值的时候，(数字信号处理器)DSP停止PWM的输出，使(直流到直流)DC-DC升压稳压单元及逆变单元停止工作。[0057](2)(直流到直流)DC-DC升压稳压单元[0058]如图3所示，(直流到直流)DC_DC变换采用(直流-交流-交流_直流)DC_AC_AC_DC的变换模式，低压侧采用单相全桥工作方式实现(直流到交流)DC-AC变换，(交流到交流)AC-AC变换采用高频变压器，(交流到直流)AC-DC变换采用整流和低通滤波实现。(直流到直流)DC-DC升压稳压单元由高频变压器和(数字信号处理器)DSP TMS320F2812为核心器件构成，采用电压霍尔传感器对输出的直流电压进行检测，由(数字信号处理器)DSP进行直流母线电压的(模拟/数字)A/D转换、电压环(比例积分)PI调节，其输出作为低压侧全桥功率拓扑结构功率开关管的控制信号，实现了(直流到直流)DC-DC升压稳压控制，从而得到一个稳定的直流电压。[0059](3)保护单元[0060]通过检测蓄电池的电压实施过压、欠压保护，通过检测系统的温度控制风扇的开通与关断，从而保证系统工作在安全的温度下。
权利要求1.一种风能电暖器，其组成包括:风力发电机、控制器、电暖器，其特征是:所述的控制器包括蓄电池充电单元和直流到直流升压稳压单元。
2.根据权利要求1所述的风能电暖器，其特征是:所述的直流到直流升压稳压单元包括高频变压器和数字信号处理器、DC-DC变换采用DC-AC-AC-DC的变换电路，低压侧具有DC-AC变换单相全桥电路，AC-AC变换采用高频变压器，AC-DC变换采用整流和低通滤波电路，采用电压霍尔传感器作为对输出的直流电压进行采样并进行电压环PI调节构件，其输出信号电连接到低压侧全桥功率拓扑结构功率开关管作为控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的风能电暖器，其特征是:所述的控制器的控制单元采用数字信号处理器DSP TMS320F28124。
4.根据权利要求1或2所述的风能电暖器，其特征是:所述的蓄电池充电单元包括太阳能充电电路、风力发电电路、脉宽调制PWM无级卸荷电路和保护电路，所述的保护电路包括过流保护、欠压保护和过温保护电路。
5.根据权利要求4所述的风能电暖器，其特征是:所述的PWM无级卸荷电路包括比较器CMPRO，与所述的比较器连接的功率驱动芯片IR2110和开关管VT，所述的开关管通过电路连接卸荷电阻。
专利摘要本实用新型涉及一种风能电暖器。已有的蓄电池，当蓄电池电压过高时，控制系统必须将风力发电机发出的多余能量通过卸荷电阻释放掉。普通的控制方式是采用全电阻卸荷方式，此时蓄电池一般还没有充满，但能量却全部消耗在卸荷电阻上，从而造成了能量的浪费。本实用新型包括风力发电机(1)、控制器(2)、电暖器(3)，所述的控制器包括蓄电池充电单元和直流到直流升压稳压单元。本实用新型可广泛地运用于住宅、办公室、宾馆、商场、医院、学校、简易活动房等各类民用与公共建筑。
文档编号H02J7/00GK202973323SQ20122069769
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者高旭东, 胡珍玉 申请人:黑龙江工程学院