一种风电变桨永磁同步伺服电机及其控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机领域，特别涉及一种风电变桨永磁同步伺服电机及其控制装置。
【背景技术】
[0002]风电机组的变桨伺服电机的作用是改变桨叶的攻角，由于桨叶自身的重量十分大，变桨时电机需提供足够大的起动转矩，而自然界的风况变化多端，变桨伺服电机需要频繁的动作，这就要求电机具有低速平稳、重载启动、快速变桨的特点。
[0003]根据国内的标准，海拔高度超过100m时，就需要考虑高海拔气候环境变化对风力发电机组带来的影响。该影响主要表现在:海拔升高，空气密度降低，则需要在低海拔风力发电机组的基础上对功率曲线进行修正；海拔升高，温度降低，风力发电机组的传动系统、电控系统、冷却系统产生影响，需要在低海拔风力发电机组的基础上重新设计，而变桨伺服系统正是风能捕捉的重要一环。对于传统陆上风电变桨伺服电机已经不能十分出色的应用于高海拔情况。
[0004]高海拔永磁同步变桨伺服电机，运行工况非常复杂，既有可能运行在低速变桨区域，也有可能运行在高速变桨区域。在低速区域，高海拔永磁同步伺服变桨电机需要平稳运行，在高速区域高海拔永磁同步伺服变桨电机需要较高的输出转矩。要提高永磁同步伺服变桨电机高速运行的输出转矩，传统方法是增加逆变器与电机的容量来满足这一要求，但却降低了传动系统在低速运行时容量的利用率，增加了系统的体积、重量及成本，因而是不可取的。还有一种是采用合适的电流控制方法，在一定程度上提高电机的输出转矩，但其性能的提高，特别是高速运行时转矩输出能力的提高受电机凸极率及弱磁率的限制，转子结构未经特殊设计的永磁同步电机其“弱磁扩速”的效果是非常有限的；另一方面，电机都是针对额定工况设计的，如果大幅度偏离额定的转速，则其性能会明显降低，一般来说偏离额定转速越远，性能降低越多。因此针对高海拔永磁同步伺服变桨电机即便通过弱磁控制强行运行于高速区域，其性能往往也不够理想。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、性能好的风电变桨永磁同步伺服电机，并提供风电变桨永磁同步伺服电机的控制装置。
[0006]本实用新型解决上述问题的技术方案是:一种风电变桨永磁同步伺服电机，所述电机的定子绕组采用双层绕组，定子绕组每相绕组均包括串接的两个线圈，两个线圈之间设有第一开关，两个线圈上分别并接有一个第二开关、第三开关，电机低速运行时，第一开关闭合且第二开关、第三开关断开，电机定子的两套绕组串联，电机高速运行时，第一开关断开且第二开关、第三开关闭合，电机定子的两套绕组并联。
[0007]一种上述风电变桨永磁同步伺服电机的控制装置，包括主电路，主电路包括依次串接的电源、保护电路、IGBT变频器和电机，还包括电流调节控制器、门极驱动电路、光电编码器、绕组串并联控制器和电控开关，所述电流调节控制器的输入端与IGBT变频器的输出端相连，电流调节控制器的输出端与门极驱动电路的输入端相连，门极驱动电路的输出端与IGBT变频器相连，所述光电编码器的输入端与电机相连，光电编码器的输出端分别与电流调节控制器、绕组串并联控制器相连，绕组串并联控制器与电控开关相连，电控开关与电机相连。
[0008]本实用新型的有益效果在于:
[0009]1、本风电变桨永磁同步伺服电机的定子绕组采用双层绕组，低速运行时两套绕组串联，高速运行时通过开关器件将两套绕组转变为并联，这样就可以通过改变绕组的串并联关系，改变电机的运行性能，以提高电机在较宽速度范围内的转矩输出能力，满足永磁同步伺服电机的不同要求，达到扩展运行速度范围、充分利用电机容量、提高效率的目的；
[0010]2、控制装置中，电源经保护电路向IGBT变频器供电，IGBT变频器向电机定子绕组提供三相电流使得电机运转，电机通过光电编码器将转速信号传递给绕组串并联控制器，绕组串并联控制器经过电控开关完成定子串并联控制，完成串并联控制以后，再由光电编码器、电流控制器控制门极驱动电路，从而继续控制电机。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例中电机的定子绕组接线图。
[0012]图2为本实用新型实施例中电机定子绕组串联的接线图。
[0013]图3为本实用新型实施例中电机定子绕组并联的接线图。
[0014]图4为本实用新型实施例中电机控制装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0016]如图1所示，一种风电变桨永磁同步伺服电机，电机的定子绕组采用双层绕组，定子绕组每相绕组均包括串接的两个线圈，A相绕组包括串接的两个线圈A、A'，两个线圈A、A1之间设有开关SA2，两个线圈A、A^上分别并接有一个开关SA1、开关SA3，B相绕组包括串接的两个线圈B、B'，两个线圈B、B'之间设有开关SB2，两个线圈B、B'上分别并接有一个开关SB1、开关SB3，C相绕组包括串接的两个线圈C、C，两个线圈C、C之间设有开关SC2，两个线圈CW上分别并接有一个开关SC1、开关SC3。当开关SA2、SB2、SC2闭合，开关SAl、SA3、SBU SB3、SCl、SC3断开时，两套绕组处于串联工作状态(如图2所示)，适用于电机低速运行；当开关SAl、SA3、SBl、SB3、SCl、SC3闭合，开关SA2、SB2、SC2断开时，两套绕组处于并联工作状态(如图3所示)，适用于电机高速运行；当开关SAl、SBl、SCl闭合，开关SA2、SB2、SC2、SA3、SB3、SC3断开时，电机定子绕组处于单绕组工作状态。
[0017]电机低速运行时两套绕组串联，电机高速运行时两套绕组并联，这样在低速运行时，由于绕组串联匝数多，磁链值高，电机转矩大；在高速运行时，每相绕组匝数少，磁链值低，一方面电机转速高，降低了弱磁扩速的要求；另一方面提高了高速区域的输出转矩；
[0018]如图4所示，一种风电变桨永磁同步伺服电机的控制装置，包括主电路、电流调节控制器、门极驱动电路、光电编码器、绕组串并联控制器和电控开关，主电路包括依次串接的电源、保护电路、IGBT变频器和电机，所述电流调节控制器的输入端与IGBT变频器的输出端相连，电流调节控制器的输出端与门极驱动电路的输入端相连，门极驱动电路的输出端与IGBT变频器相连，所述光电编码器的输入端与电机相连，光电编码器的输出端分别与电流调节控制器、绕组串并联控制器相连，绕组串并联控制器与电控开关相连，电控开关与电机相连。
[0019]电源经保护电路向IGBT变频器供电，IGBT变频器向电机定子绕组提供三相电流使得电机运转，电机通过光电编码器将转速信号传递给绕组串并联控制器，绕组串并联控制器经过电控开关完成定子串并联控制，完成串并联控制以后，再由光电编码器、电流控制器控制门极驱动电路，从而继续控制电机。
【主权项】
1.一种风电变桨永磁同步伺服电机，其特征在于:所述电机的定子绕组采用双层绕组，定子绕组每相绕组均包括串接的两个线圈，两个线圈之间设有第一开关，两个线圈上分别并接有一个第二开关、第三开关，电机低速运行时，第一开关闭合且第二开关、第三开关断开，电机定子的两套绕组串联，电机高速运行时，第一开关断开且第二开关、第三开关闭合，电机定子的两套绕组并联。2.—种如权利要求1所述的风电变桨永磁同步伺服电机的控制装置，包括主电路，主电路包括依次串接的电源、保护电路、IGBT变频器和电机，其特征在于:还包括电流调节控制器、门极驱动电路、光电编码器、绕组串并联控制器和电控开关，所述电流调节控制器的输入端与IGBT变频器的输出端相连，电流调节控制器的输出端与门极驱动电路的输入端相连，门极驱动电路的输出端与IGBT变频器相连，所述光电编码器的输入端与电机相连，光电编码器的输出端分别与电流调节控制器、绕组串并联控制器相连，绕组串并联控制器与电控开关相连，电控开关与电机相连。
【专利摘要】本实用新型公开了一种风电变桨永磁同步伺服电机，其定子绕组采用双层绕组，定子绕组每相绕组均包括串接的两个线圈，两个线圈之间设有第一开关，两个线圈上分别并接有一个第二开关、第三开关，电机低速运行时，第一开关闭合且第二开关、第三开关断开，电机定子的两套绕组串联，电机高速运行时，第一开关断开且第二开关第三开关闭合，电机定子的两套绕组并联。本电机的定子绕组采用双层绕组，低速运行时两套绕组串联，高速运行时两套绕组转变为并联，通过改变绕组的串并联关系，改变电机的运行性能，以提高电机在较宽速度范围内的转矩输出能力，达到充分利用电机容量、提高效率的目的。本实用新型还提供一种风电变桨永磁同步伺服电机的控制装置。
【IPC分类】H02K3/28, H02K11/00, H02P25/18, H02P27/04, H02P6/08
【公开号】CN204652078
【申请号】CN201520418555
【发明人】谢卫才, 张海, 张明阳, 贺斌, 谭聪
【申请人】湖南工程学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月17日