变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，包括三相不控整流电路、三相桥逆变电路、DC/DC双向交换电路、备用电源、第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、DSP、DC/DC辅助电源、AC/DC辅助电源和单刀双掷开关。本发明通过对伺服驱动器与备用电源在硬件结构上进行一体化设计，提高系统的紧凑度，缩小了系统体积，节约轮毂内部空间，降低了成本，减少了连接上的故障点。
【专利说明】变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动变桨距风电领域，尤其涉及一种伺服驱动器与备用电源的一体化结构。
【背景技术】
[0002]常用的电动变桨距系统一般由伺服电动机驱动器、备用电源系统、伺服电动机、变桨控制器、电动机检测模块组成。当前的变桨控制系统的结构采用的是伺服驱动器与备用电源模块分开独立存在的结构，如图1所示，三个变桨伺服驱动器各自配有一个独立的备用电源系统，置于风机轮毂中，驱动器和备用电源两个关键部件独立设计，然后组合使用，连接线复杂，成本高昂，在强震动机舱环境下故障点较多，并且两个独立子模块占用宝贵的轮毂空间。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，对伺服驱动器与备用电源在硬件结构上进行一体化设计，提高系统的紧凑度，缩小了系统体积，节约轮毂内部空间，降低了成本，减少了连接上的故障点。
[0004]实现上述目的的技术方案是:
[0005]一种变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，包括三相不控整流电路、三相桥逆变电路、DC/DC(直流/直流)双向交换电路、备用电源、第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、DSP(数字信号处理器)、DC/DC辅助电源、AC/DC (交流/直流)辅助电源和单刀双掷开关，其中:
[0006]所述三相不控整流电路的输入端接收三相交流电，其输出端分别连接所述三相桥逆变电路、DC/DC双向交换电路和第一电压电流检测电路各自的输入端；
[0007]所述第一电压电流检测电路的输出端连接所述DSP ；
[0008]所述DC/DC双向交换电路的输出端分别连接所述备用电源和第二电压电流检测电路各自的输入端；
[0009]所述第二电压电流检测电路的输出端连接所述DSP ；
[0010]所述备用电源的输出端连接所述DC/DC辅助电源的输入端；
[0011]所述AC/DC辅助电源的输入端接收三相交流电；
[0012]所述单刀双掷开关的固定端接所述DSP，两个活动端分别连接所述DC/DC辅助电源和AC/DC辅助电源各自的输出端；
[0013]所述DSP通过所述第一驱动保护电路连接所述DC/DC双向交换电路的控制端；
[0014]所述DSP通过所述第二驱动保护电路连接所述三相桥逆变电路的控制端。
[0015]上述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构中，所述三相桥逆变电路的输出端连接外部的电动机。
[0016]上述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构中，所述DC/DC双向交换电路包括变压器、第一电容、第二电容、八个第一开关管以及分别与该八个第一开关管 并联的八个第一二极管，其中:
[0017]八个第一开关管两两串联形成四条串联支路，该四条串联支路两两并联形成两条并联支路，该两条并联支路与所述第一电容和第二电容一对一并联；
[0018]所述变压器的一次侧和二次侧各自对应一条并联支路，所述变压器的一次侧/ 二次侧的两端分别连接对应并联支路中四个第一开关管两两串联的接点。
[0019]上述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构中，所述三相桥逆变电路包括六个第二二极管、滤波电容、六个第二开关管以及与该六个第二开关管一一并联的六个第三二极管，其中:
[0020]所述六个第二二极管两两同向串接形成第一至第三串联支路，所述六个第二开关管两两串接形成第四至第六串联支路；
[0021]第一至第六串联支路与所述滤波电容均并联；
[0022]所述六个第二二极管两两串接的接点作为所述三相桥逆变电路的输入端；
[0023]所述六个第二开关管两两串接的接点作为所述三相桥逆变电路的输出端。
[0024]上述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构中，所述各个开关管为IGBT (绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET (金属-氧化层-半导体场效晶体管)。
[0025]本发明的有益效果是:本发明针对两个独立模块占用的轮毂空间较大、成本较高及系统复杂的缺陷，在传统的变桨系统结构的基础上，对电动机的伺服驱动器与备用电源模块进行整合分析，在硬件结构上进行一体化的设计，简化两者之间的连接，减少可能的故障点，通过共用元器件有效降低了系统成本。同时，使得安装更加牢固，缩小了系统体积，节约轮毂内部空间，重量也相应减轻，提高了变桨系统抗机械冲击的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是变桨系统传统的结构图；
[0027]图2是本发明的伺服驱动器与备用电源的一体化结构的结构图；
[0028]图3是本发明中DC/DC双向交换电路的电路图；
[0029]图4是本发明中三相桥逆变电路的电路图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0031 ] 请参阅图2，本发明的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，包括三相不控整流电路1、三相桥逆变电路2、DC/DC双向交换电路3、备用电源4、第一电压电流检测电路5、第二电压电流检测电路6、第一驱动保护电路7、第二驱动保护电路8、DSP9、DC/DC辅助电源10、AC/DC辅助电源11和单刀双掷开关S，其中:
[0032]三相不控整流电路I的输入端接收三相交流电，其输出端分别连接三相桥逆变电路2、DC/DC双向交换电路3和第一电压电流检测电路5各自的输入端；
[0033]第一电压电流检测电路5的输出端连接DSP9 ；
[0034]三相桥逆变电路2的输出端连接外部的电动机100 ；
[0035]DC/DC双向交换电路3的输出端分别连接备用电源4和第二电压电流检测电路6各自的输入端；
[0036]第二电压电流检测电路6的输出端连接DSP9 ；
[0037]备用电源4的输出端连接DC/DC辅助电源10的输入端；
[0038]AC/DC辅助电源11的输入端接收三相交流电；
[0039]单刀双掷开关S的固定端接DSP9，两个活动端分别连接DC/DC辅助电源10和AC/DC辅助电源11各自的输出端；
[0040]DSP9通过第一驱动保护电路7连接DC/DC双向交换电路3的控制端；
[0041]DSP9通过第二驱动保护电路8连接三相桥逆变电路2的控制端。
[0042]图2 中，SC1、CAN 为接口。
[0043]具体地，请参阅图3，DC/DC双向交换电路3包括变压器Tl、第一电容Cl、第二电容C2、八个第一开关管SI?S8以及分别与该八个第一开关管SI?S8 —一并联的八个第一二极管Dl?D8，其中:
[0044]八个第一开关管SI?S8两两串联形成四条串联支路，该四条串联支路两两并联形成两条并联支路，该两条并联支路与第一电容Cl和第二电容C2 —对一并联，并联支路的输出端为DC/DC双向交换电路3输入/输出端；
[0045]变压器Tl的一次侧和二次侧各自对应一条并联支路，变压器Tl的一次侧/ 二次侧的两端分别连接对应并联支路中四个第一开关管(SI?S4或者S5?S8)两两串联的接点。
[0046]具体地，请参阅图4，三相桥逆变电路2包括六个第二二极管D1’?D6’、滤波电容C3、六个第二开关管SI’?S6’以及与该六个第二开关管SI’?S6’ 一一并联的六个第三二极管D7’?D12’，其中:
[0047]六个第二二极管D1’?D6’两两同向串接形成第一至第三串联支路，六个第二开关管SI’?S6’两两串接形成第四至第六串联支路；
[0048]第一至第六串联支路与滤波电容C3均并联；
[0049]六个第二二极管D1’?D6’两两串接的接点作为三相桥逆变电路2的输入端；
[0050]六个第二开关管SI，?S6’两两串接的接点作为三相桥逆变电路2的输出端。
[0051]本实施例中，各个开关管为IGBT或者M0SFET。三相不控整流电路1、第一电压电流检测电路5、第二电压电流检测电路6、第一驱动保护电路7、第二驱动保护电路8、DC/DC辅助电源10、AC/DC辅助电源11和单刀双掷开关S均为现有成熟的技术或者产品。
[0052]电网提供三相交流电，三相不控整流电路I将三相交流电转换为直流电，传给三相桥逆变电路2和DC/DC双向交换电路3，DC/DC双向交换电路3将接收的直流电转化后存入备用电源4 ;平时，单刀双掷开关S接AC/DC辅助电源11，AC/DC辅助电源11将三相交流电转变为适用的直流电供给DSP9。当电网断电时，单刀双掷开关S接DC/DC辅助电源10，备用电源4 一方面通过DC/DC双向交换电路3给三相桥逆变电路2供电，另一方面通过DC/DC辅助电源10将电能转换为DSP9适应的直流电。DSP9通过第一电压电流检测电路5和第二电压电流检测电路6采集电压、电流信号，根据检测结果通过第一驱动保护电路7驱动DC/DC双向交换电路3，从而控制备用电源4的充放电电路的自动切换；DSP9通过第二驱动保护电路8驱动三相桥逆变电路2，从而控制电动机100的驱动，同时通过检测模块反馈给DSP9。[0053]综上，本发明采用一块先进的DSP控制器对变桨电机和备用电源进行高效控制，使两个子模块间顺畅的信息交互，降低了模块间联系复杂度，提高了可靠性，降低了成本。同时，通过共用整流桥模块和控制系统，控制器自取电技术有效减少了端子连接数，减少了故障点，降低了硬件成本。并且，将两个子模块进行一体化的结构设计，在硬件结构上提高了控制系统结构的紧凑度，安装更加牢固，缩小了系统体积，节约轮毂内部空间，重量也相应减轻，提高了变桨系统抗机械冲击的能力。
[0054]以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，其特征在于，包括三相不控整流电路、三相桥逆变电路、DC/DC双向交换电路、备用电源、第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、DSP、DC/DC辅助电源、AC/DC辅助电源和单刀双掷开关，其中: 所述三相不控整流电路的输入端接收三相交流电，其输出端分别连接所述三相桥逆变电路、DC/DC双向交换电路和第一电压电流检测电路各自的输入端； 所述第一电压电流检测电路的输出端连接所述DSP ； 所述DC/DC双向交换电路的输出端分别连接所述备用电源和第二电压电流检测电路各自的输入端； 所述第二电压电流检测电路的输出端连接所述DSP ； 所述备用电源的输出端连接所述DC/DC辅助电源的输入端； 所述AC/DC辅助电源的输入端接收三相交流电； 所述单刀双掷开关的固定端接所述DSP，两个活动端分别连接所述DC/DC辅助电源和AC/DC辅助电源各自的输出端； 所述DSP通过所述第一驱动保护电路连接所述DC/DC双向交换电路的控制端； 所述DSP通过所述第二驱动保护电路连接所述三相桥逆变电路的控制端。
2.根据权利要求1所述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，其特征在于，所述三相桥逆变电路的输出端连接外部的电动机。
3.根据权利要求1所述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，其特征在于，所述DC/DC双向交换电路包括变压器、第一电容、第二电容、八个第一开关管以及分别与该八个第一开关管一一并联的八个第一二极管，其中: 八个第一开关管两两串联形成四条串联支路，该四条串联支路两两并联形成两条并联支路，该两条并联支路与所述第一电容和第二电容一对一并联； 所述变压器的一次侧和二次侧各自对应一条并联支路，所述变压器的一次侧/ 二次侧的两端分别连接对应并联支路中四个第一开关管两两串联的接点。
4.根据权利要求1所述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，其特征在于，所述三相桥逆变电路包括六个第二二极管、滤波电容、六个第二开关管以及与该六个第二开关管一一并联的六个第三二极管，其中: 所述六个第二二极管两两同向串接形成第一至第三串联支路，所述六个第二开关管两两串接形成第四至第六串联支路； 第一至第六串联支路与所述滤波电容均并联； 所述六个第二二极管两两串接的接点作为所述三相桥逆变电路的输入端； 所述六个第二开关管两两串接的接点作为所述三相桥逆变电路的输出端。
5.根据权利要求3或4所述的变桨控制系统用伺服驱动器与备用电源的一体化结构，其特征在于，所述各个开关管为IGBT或者MOSFET。
【文档编号】H02P27/06GK103928981SQ201410169446
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】李钊, 杨恩星, 辛绍杰, 阙春兰 申请人:上海电气集团股份有限公司