一种具有自动刹车装置的风力发电机的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种具有自动刹车装置的风力发电机。


背景技术：

2.风力发电机是一种利用风能产生电力的无污染清洁能源设备，它是利用风力吹动风力发电机的叶片旋转，带动电磁感应发电机产生电力。传统风力发电机启动风速要求一般不低于3级风，额定运行风速一般要求5-6级风或以上，这就对风力发电机的使用环境有了一定的要求,造成其适用地区范围相当有限，传统的风力发电机一般都是大型设备，它只适用于常年有大风的地区，对于只有小风或微风的广大地区，或农村的家庭住户来说，大型的风力发电机是没有用武之地的。在小风或微风吹动下，风力发电机的叶片不会旋转产生电力，所以大型风力发电机无法对风力小的广大农村地区带来实质性电力支持。
3.大自然中的风无时无刻都在变化，始终处于一种不稳定状态，风叶转速一般随着风力的大小而不断变化，也就导致发电机的转速也在不断变化，其发出的电压忽高忽低，电流也极不稳定。
4.风力发电机并不是在任何风力下运行都可以的，风力发电机有额定转速(转速范围)的限制，如果风速过大，则发电机的发电效率会比较低。如果风速进一步提高，则可能会超过风力发电机的极限转速，导致飞车等故障，使得风力发电机遭到破坏。因此，现代的风力发电机上会设置有刹车组件，以控制风力发电机在一定转速范围内运行。
5.然而，现有的风力发电机上的刹车组件需要依靠风力发电机本身的控制器主板进行控制，如果对于一款已经市场化的成熟控制器主板，往往不具备对一款或多款不同的风力发电机的电气或机械结构进行无缝电气连接和系统程序控制。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种具有自动刹车装置的风力发电机，通过测量电频率的值判断是否启动刹车保护，其中自动刹车装置不依赖于控制器主板的控制，可以单独执行对风力发电机进行刹车保护。
7.为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案：
8.一种具有自动刹车装置的风力发电机，包括依次相连的三相交流发电机、控制器主板、蓄电池、负载，还包括自动刹车装置，所述自动刹车装置包括电频率获取模块、开关模块、刹车组件，所述电频率获取模块的输入端与三相交流发电机的三根交流线中的任意两根连接用于获取电频率，所述电频率获取模块的输出端与开关模块连接用于控制开关模块的通断电，所述开关模块与刹车组件连接用于控制刹车组件的通断电。
9.进一步的改进在于，所述电频率获取模块包括过零检测模块和频率检测模块，所述过零检测模块的输入端与三相交流发电机的三根交流线中的任意两根连接，所述过零检测模块的脉冲信号输出端与频率检测模块连接，所述频率检测模块的控制信号输出端与开
关模块连接。
10.进一步的改进在于，所述频率检测模块采用具有捕获功能的单片机。
11.进一步的改进在于，所述开关模块为继电器。
12.进一步的改进在于，所述过零检测模块包括滤波电容、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、采样电阻、上拉电阻、第一光电耦合器、第二光电耦合器、第一二极管、第二二极管，所述滤波电容两端用于接入三相交流发电机的两根交流线并与采样电阻并联，所述第一光电耦合器的第一引脚连接第一限流电阻和第一二极管，所述第一光电耦合器的第二引脚连接第二限流电阻，所述第二光电耦合器的第一引脚连接第二限流电阻和第二二极管，所述第二光电耦合器的第二引脚连接第一限流电阻，所述第一光电耦合器和第二光电耦合器的第四引脚并联后通过上拉电阻连接5v电源，所述第一光电耦合器和第二光电耦合器的第三引脚并联连接地，所述第一光电耦合器和第二光电耦合器的第四引脚并联后与第三限流电阻的一端连接，第三限流电阻的另一端作为脉冲信号输出端与频率检测模块的信号输入端连接。
13.进一步的改进在于，所述过零检测模块和所述频率检测模块由蓄电池供电。
14.进一步的改进在于，所述三相交流发电机与控制器主板之间还连接有整流电路。
15.进一步的改进在于，所述控制器主板包括功率控制模块、风速监控模块和充放电控制模块。
16.进一步的改进在于，所述刹车组件为气缸刹车、机械推杆刹车、机械碟刹、电磁涡流刹车中的任意一种。
17.进一步的改进在于，所述负载为led路灯。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型提供的一种具有自动刹车装置的风力发电机，通过测量电频率的值判断是否启动刹车保护，其中自动刹车装置不依赖于控制器主板的控制，可以单独执行对风力发电机进行刹车保护，可以在强风天气、台风天气等环境下自动执行慢速或停机保护，无人值守，自动刹车装置可以适用于市面上大多数小型风力发电机。
附图说明
20.图1为本实用新型一种具有自动刹车装置的风力发电机整体电路结构示意图；
21.图2为本实用新型一种具有自动刹车装置的风力发电机中过零检测模块的具体电路图。
具体实施方式
22.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型创造的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型创造。本说明书中使用的命名术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语
的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
25.请参考附图1、附图2，本实用新型实施例提出一种具有自动刹车装置的风力发电机，如图1所示，风力发电机包括依次相连的三相交流发电机、控制器主板、蓄电池、负载，还包括自动刹车装置，所述自动刹车装置包括电频率获取模块、开关模块、刹车组件，所述电频率获取模块的输入端与三相交流发电机的三根交流线中的任意两根连接用于获取电频率，所述电频率获取模块的输出端与开关模块连接用于控制开关模块的通断电，所述开关模块与刹车组件连接用于控制刹车组件的通断电。
26.本实用新型的工作原理：当电频率获取模块监测到电频率大于预设的电频率时，电频率获取模块输出控制信号使开关模块闭合通电，此时刹车组件通电正常工作，执行刹车动作。当电频率获取模块监测到电频率小于预设的电频率时，开关模块断开不通电，此时刹车组件不通电，不执行刹车动作。
27.需要说明的是，由于风力发电机一般是三相交流发电机，转子的旋转速度和发电频率呈正比例关系，而三相交流发电机的任两相线间的电压波形的幅值、频率都是相同的，相位相差120度，三相交流发电机的转速(转/分钟)和频率是一一对应的关系，其关系：n＝f*60/p，其中：n为转速(转/分钟)，f为交流电频率(hz)，p为发电机磁极对数。因此要测量风力发电机的转速只需要知道风力发电机的磁极对数和所产生的三相交流电任两相线间的频率，即可计算得出风力发电机的转速，由于发电机的磁极对数是已知的，因此只要检测到发电机产生的交流电的频率，就可以计算得出发电机的转速。即当电频率越大时，代表此时的发电机转速越大。因此可以直接通过判断电频率的大小去判断是否执行刹车动作。
28.另外，对于一般的小型风力发电机因风速不稳定，在连接电池或路灯负载情况下，其输出的交流电压幅值多数会被控制在18v～30v范围内，以有利于给24v电池充电。当电路断开，不接负载或电池的情况下，其输出的交流电压幅值可能会在0v～200v之间变化，但是达到刹车的转速时，其输出的开路电压幅值一般比较高，因此，我们设计的自动刹车装置接入的电源电压范围可以选择高电压模式，只要满足可以在高电压阶段测量出稳定的电频率信号，再发送给频率检测模块进行判断是否启动刹车。
29.其中，所述电频率获取模块包括过零检测模块和频率检测模块，所述过零检测模块的输入端与三相交流发电机的三根交流线中的任意两根连接，所述过零检测模块的脉冲信号输出端与频率检测模块连接，所述频率检测模块的控制信号输出端与开关模块连接。
30.其中，本实施例中所述频率检测模块采用具有捕获功能的单片机，所述开关模块采用继电器。
31.如图2所示，所述过零检测模块包括滤波电容c1、第一限流电阻r1、第二限流电阻r2、第三限流电阻r4、采样电阻r5、上拉电阻r3、第一光电耦合器u1、第二光电耦合器u2、第一二极管d1、第二二极管d2，所述滤波电容c1两端用于接入三相交流发电机的两根交流线
并与采样电阻r5并联，所述第一光电耦合器u1的第一引脚连接第一限流电阻r1和第一二极管d1，所述第一光电耦合器u1的第二引脚连接第二限流电阻r2，所述第二光电耦合器u2的第一引脚连接第二限流电阻r2和第二二极管d2，所述第二光电耦合器u2的第二引脚连接第一限流电阻r1，所述第一光电耦合器u1和第二光电耦合器u2的第四引脚并联后通过上拉电阻r3连接5v电源，所述第一光电耦合器u1和第二光电耦合器u2的第三引脚并联连接地，所述第一光电耦合器u1和第二光电耦合器u2的第四引脚并联后与第三限流电阻r3的一端连接，第三限流电阻r3的另一端作为脉冲信号输出端与频率检测模块的信号输入端连接。
32.具体地，所述第一光电耦合器u1和第二光电耦合器u2采用线性光耦，第一二极管d1和第二二极管d2为发光二极管，具体地，所述线性光耦的型号为pc817。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要选用其它型号的线性光耦。
33.本实施例采用两个并联的光电耦合器，同时检测交流电的正半波和负半波，平均一个半波，可以检测到两个过零点，平均两次脉冲对应一个电波周期，所以得到的脉冲频率数要除以2，才是真正的电频率。
34.当第一光电耦合器u1的发光二极管阳极端产生一个正半周波形时(假设为交流电ac的正半波)，发光二极管得电导通，则在第一光电耦合器u1的光敏三极管发射极端产生一个幅值为vcc的正脉冲，此正脉冲输送至单片机(具有捕获功能)的i/o端口，单片机捕获此正脉冲的上升沿信号。
35.当第二光电耦合器u2的发光二极管阳极端产生一个正半周波形时(假设为交流电ac的负半波)，发光二极管得电导通，则在第二光电耦合器u2的光敏三极管发射极端产生一个幅值为vcc的正脉冲，此正脉冲输送至单片机(具有捕获功能)的i/o端口，单片机捕获此正脉冲的上升沿信号。
36.风力发电机的交流电的正负半波都会在光敏三极管发射极端产生一个幅值为vcc的正脉冲，频率检测模块计算脉冲频率，执行频率的对比判断。幅值为vcc的正脉冲从频率检测模块的信号输入口输入，当检测到转速大于某一个设定值(即频率值大于某一预设值)的时候，频率检测模块输出控制信号控制继电器闭合，将驱动刹车组件接通执行刹车动作，风力发电机风轮转速就会慢下来，达到停机保护风机的目的。
37.例如，可以在频率检测模块内设置上限频率，比如设置为110hz,当频率检测模块检测到电频率大于110hz时，频率检测模块输出控制信号控制继电器闭合，将驱动刹车组件接通执行刹车动作。
38.除此之外，在其它的实施例中，还可以通过调整与三相交流电连接的限流电阻，使之适合检测高电压阶段的电压，避免超过电流，烧坏光耦或电阻，比如保证在风机开路电压100
‑‑
150vac之间变化范围内，并且都处于安全电流范围内。
39.本实用新型通过使用光耦隔离开关构建过零检测模块，让被测电源与单片机所在电路物理隔离，降低电磁干扰，提高检测可靠性。
40.在本实施例中，所述过零检测模块和所述频率检测模块由蓄电池供电。
41.在本实施例中，所述三相交流发电机与控制器主板之间还连接有整流电路。
42.所述控制器主板中还包括有功率控制模块、风速监控模块和充放电控制模块。所述功率控制模块用于控制输出功率，所述风速监控模块用于监测环境风速，所述充放电控制模块用于控制电池的充放电。
43.在本实施例中，所述刹车组件为气缸刹车、机械推杆刹车、机械碟刹、电磁涡流刹车中的任意一种。优选为气缸刹车，气缸刹车的具体工作原理属于现有技术，本领域技术人员参考现有技术即可。
44.所述刹车组件经继电器与蓄电池连接，当单片机对继电器发出控制信号时，使得刹车组件、继电器、蓄电池三者连通，从而刹车组件通电执行刹车动作。
45.在本实施例中，所述负载为led路灯。当然，也可以为其它的负载。
46.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
47.以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护。