本實用新型涉及風力機組教學領(lǐng)域，尤其涉及一種教學用風力發(fā)電機組偏航控制裝置。

背景技術(shù)：

偏航系統(tǒng)是用來調(diào)整風力機的風輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向相對位置的機構(gòu)，因為當風輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時，風力機從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風力機的輸出功率最大。偏航系統(tǒng)中偏航控制一般包括有對風向和偏航角的檢測控制、對偏航驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動控制、對偏航制動機構(gòu)的制動控制。但現(xiàn)有的教學設備中，往往是集合偏航、變槳和發(fā)電等多個功能的控制于一體的多功能控制系統(tǒng)，且多個部分的機械結(jié)構(gòu)與電路結(jié)構(gòu)摻雜在一起，不便于教學使用講解和實訓使用，也不利于學生理解和動手拆裝。因此需要一種分離出來的，可單獨接線和實驗使用的偏航控制系統(tǒng)或裝置。

另外，現(xiàn)有多功能控制系統(tǒng)多采用采用微控制器作為偏航控制的控制中心來控制電路，但微控制器的穩(wěn)定性差、編程難度高，且壽命短，容易出現(xiàn)短路和死機等問題，需要經(jīng)常維護和維修。另外，微控制器的控制電路大多采用集成電路板采用機器焊接或者手動焊接電路，其接線過程麻煩，不便于學生動手拆卸和安裝，也無法很好實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的調(diào)試、故障排除等實訓的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種能夠從教學、實訓的實際出發(fā)以偏航的控制對象入手，以實際控制器件的電路連接安裝與調(diào)試實訓為主的結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和操作的教學用風力發(fā)電機組偏航控制裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：教學用風力發(fā)電機組偏航控制裝置，包括偏航驅(qū)動電機、偏航控制器、風向傳感器、偏航角檢測編碼器。所述偏航控制器為可編程邏輯控制器。所述用于收集風向變化的可編程邏輯控制器與風向傳感器可拆卸電連接。所述偏航驅(qū)動電機為伺服電機及其驅(qū)動器，所述用于控制伺服電機的可編程邏輯控制器通過與驅(qū)動器可拆卸電性連接控制伺服電機。所述用于收集偏航角度變化的可編程邏輯控制器通過與偏航角檢測編碼器可拆卸電連接。

作為優(yōu)選，為上述結(jié)構(gòu)中，由于可編程邏輯控制器的結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強，能在實現(xiàn)可拆卸連接的同時并保證可拆卸連接的重復性和穩(wěn)定性，提高本實用新型的使用壽命。其次，可編程邏輯控制器的接線端子采用壓緊方式可拆卸電連接，便于拆裝，便于可編程邏輯控制器與風向傳感器、偏航角檢測編碼器以及伺服電機的連接，可在大大降低接線的難度和接線所耗費的時間。并且，可編程邏輯控制器的編程簡單、穩(wěn)定性高，容易上手，并具有極佳的控制效果，能降低偏航控制程序編程的難度，使復雜的偏航控制更適于教學使用和實訓操作使用，也能便于學生快速學習到偏航控制的編程、控制要點和原理。

作為進一步的改進，設有由若干繼電器組成的可控的制動開關(guān)，其中，至少兩個繼電器的動鐵芯并聯(lián)設置，該至少兩個繼電器的動鐵芯一端連接至高電平或低電平，另一端為制動開關(guān)的可控端，該至少兩個繼電器的觸點串聯(lián)連接在另一繼電器的動鐵芯一端和高電平或低電平之間。該另一繼電器的動鐵芯的另一端連接至低電平或高電平，該另一繼電器的觸點兩端為制動開關(guān)的輸入、輸出端。制動開關(guān)輸入端、輸出端串聯(lián)在偏航制動機構(gòu)的電源線路中，制動開關(guān)的可控端與可編程邏輯控制器可拆卸連接。

上述結(jié)構(gòu)中，由于普通繼電器的開關(guān)觸點中在閉合、開啟的瞬間會產(chǎn)生電弧，電弧會引起相間短路并容易造成火災，因此需要對觸點進行滅弧處理。為保證觸點滅弧的可靠性，本實用新型采用若干個繼電器組合形成可控的制動開關(guān)，其中將至少兩個繼電器串聯(lián)設置保證觸點滅弧的可靠性，并且保留繼電器的可控端以便控制偏航制動機構(gòu)的工作，增加本實用新型的控制性和操作性。

作為進一步的改進，控制器、伺服電機、驅(qū)動器、風向傳感器、偏航角檢測編碼器、制動開關(guān)的電源線均并聯(lián)于一與電源連接的電源總線上，該電源總線上設有一級漏電保護。并聯(lián)點至控制器、伺服電機、驅(qū)動器、風向傳感器、偏航角檢測編碼器、制動開關(guān)的該段電源線上設有二級漏電保護。

上述結(jié)構(gòu)中，本實用新型在各個器件的電源線和電源總線上分別設置了漏電保護，雙重漏電保護能有效、安全地避免學生在操作或接觸可編程邏輯控制器、風向傳感器等儀器的過程中因儀器損壞、實訓接線線路不當導致控制裝置局部漏電甚至整體出現(xiàn)漏電情況時能及時斷電以避免學生在操作過程中觸電受傷，確保教學過程的安全性。

作為優(yōu)選，所述伺服電機的個數(shù)至少為兩個，其驅(qū)動器的個數(shù)與伺服電機個數(shù)相同。驅(qū)動器之間可采用并聯(lián)連接或主從連接，驅(qū)動器與可編程邏輯控制器之間可通過通訊或脈沖的方式進行控制命令的傳遞。

上述結(jié)構(gòu)中，本實用新型設置至少兩個伺服電機、驅(qū)動器，通過改變驅(qū)動器與驅(qū)動器之間連接關(guān)系和驅(qū)動器與可編程邏輯控制器之間的信息傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的接線方式，教師可根據(jù)不同的接線方式設置不同方式的偏航控制、編程、故障排故的不同難度進行循序漸進的教學。學生也可根據(jù)自身情況選擇或思考出不同的接線方式，或者采用不同的接線方式進行調(diào)試、操作，上述設計有利于提高學生的應用水平。本實用新型具有良好的開放性、重復拆裝性、重復調(diào)試性，并且結(jié)構(gòu)、難度可以稍作調(diào)節(jié)，使教學循序漸進，從而提高學生的應用水平。

作為優(yōu)選，風向傳感器與可編程邏輯控制器之間設有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，風向傳感器輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與可編程邏輯控制器插拔連接。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與可編程邏輯控制器之間直接通過插拔連接，其接線方便、可拆裝性強，又省去了可編程邏輯控制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換這一步驟，精簡了編程，降低了編程難度。

作為優(yōu)選，通過插拔、夾持、壓緊裝置中的一種或多種進行可拆卸電連接。

作為優(yōu)選，中間繼電器為常開型直流型中間繼電器，所述動鐵芯與常開觸點均連接在直流電源上。直流型中間繼電器作為控制偏航制動機構(gòu)的制動開關(guān)的主要組成部件，其接線簡單、價格便宜，大大降低了控制的難度和成本，提高了控制的穩(wěn)定性和效果。

作為優(yōu)選，所述漏電保護為在電源接線上或各電源線上設置漏電保護開關(guān)、漏電保護器或漏電斷路器中的一種或多種。

作為優(yōu)選，所述偏航角檢測編碼器為絕對值編碼器，絕對值編碼器輸出端連接于可編程邏輯控制器的高速脈沖輸入端。采用絕對值編碼器作為偏航角度檢測，絕對值編碼器的輸出值為高速脈沖，正好與可編程邏輯控制器配合使用，其接線簡單，使用方便。

綜上所述，本實用新型提供了一種教學使用、可重復拆卸電連接，并具有雙重漏電保護以保證學生在操作和調(diào)試過程安全性的偏航控制裝置，本實用新型中偏航控制器與各器件之間的電連接的連接線路簡單，接線方式多樣，且各器件可通過可拆卸連接進行組合使用，教師還可根據(jù)不同的組件使用逐步提高難度進行教學。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于學生動手拆卸和安裝，可以循序漸進從簡單編程到復雜線路的應用，達到與學校已有教學資源的有效銜接的目的，滿足教學、實訓的要求。

附圖說明

圖1為本實用新型具體實施例的工作原理示意圖。

圖2為本實用新型具體實施例的通訊連接接線示意圖。

圖3為本實用新型具體實施例的主從連接接線示意圖。

圖4為本實用新型具體實施例的脈沖連接接線示意圖。

圖中所示：風向傳感器1、模擬量信號2、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3、can總線及422通訊模塊4、伺服模塊5、驅(qū)動器51、伺服電機52、編碼器53、偏航機構(gòu)6、風力發(fā)電機組7、絕對值編碼器8、數(shù)字量信號9、偏航制動機構(gòu)10、可編程邏輯控制器11、一級漏電保護12、二級漏電保護13、動鐵芯一14、動鐵芯二15、動鐵芯三16、觸點一17、觸點二18、觸點四19、動鐵芯四20、動鐵芯五21。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例主要由可編程邏輯控制器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3、風向傳感器1、絕對值編碼器853、伺服模塊5、can總線及通訊模塊、偏航制動機構(gòu)10等組成?？删幊踢壿嬁刂破?1、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3、風向傳感器1、絕對值編碼器853、伺服模塊5等部件上均設有接線端子，且各部件之間均為可拆卸電連接。

可編程邏輯控制器11的結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強，能在實現(xiàn)可拆卸連接的同時并保證可拆卸連接的重復性和使用的穩(wěn)定性，并且可編程邏輯控制器11的接線端子均為螺絲擰緊式的可拆卸端子，便于可編程邏輯控制器11與其他部件可拆卸電連接，滿足教學過程中，學生的動手拆裝整體控制裝置的需求。同時，可編程邏輯控制編程原理簡單，能降低偏航控制程序編程的難度，也便于在短時間內(nèi)進行教學和上手使用，使學生可以快速掌握實際生產(chǎn)中復雜的偏航控制過程的偏航原理、偏航過程和偏航組成，更適于教學使用和實訓操作使用。

本實施例中，風向傳感器1檢測風向變化，并將風向變化的模擬量信號2通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換成數(shù)字量或直接將風向傳感器1的數(shù)字量信號9傳送至可編程邏輯控制器11。可編程邏輯控制器11根據(jù)風向變化數(shù)據(jù)發(fā)出對應的控制指令給偏航制動機構(gòu)10和伺服模塊5。偏航制動機構(gòu)10對風力發(fā)電機組7進行剎車、制動并鎖定。伺服模塊5通過控制偏航機構(gòu)6使風力發(fā)電機組7調(diào)整到迎風方向。伺服模塊5包括伺服電機52及其驅(qū)動器51組成，驅(qū)動器51與可編程邏輯控制器11可拆卸電連接以接收驅(qū)動電機的所需轉(zhuǎn)動的角度，再進一步將需轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成具體的轉(zhuǎn)動指令驅(qū)動伺服電機52運行。伺服模塊5控制簡單、穩(wěn)定性強，且便于可拆卸電連接，本實施例采用伺服模塊5來驅(qū)動偏航機構(gòu)6偏航轉(zhuǎn)動，能夠在降低偏航驅(qū)動控制難度的同時提高偏航驅(qū)動電機可重復拆裝的穩(wěn)定性，并使偏航驅(qū)動的控制難度處于適宜的范圍中。

在伺服模塊5調(diào)整迎風方向的同時，絕對值編碼器8對偏航實際旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，并將數(shù)據(jù)傳送給可編程邏輯控制器11，通過與已存數(shù)據(jù)比較，控制交流伺服電機52系統(tǒng)繼續(xù)運行或者停止。偏航變化通過can總線及通訊模塊上傳到可編程邏輯控制器11。

結(jié)合圖2所示，本實施例中，可編程邏輯控制器11的輸入端與絕對值編碼器8的數(shù)字量輸出連接。絕對值編碼器8的電源端接可編程邏輯控制器11使能端，其接地端外接地并與可編程邏輯控制器11共地連接。風向傳感器1采用風向儀檢測風向變化，風向儀的輸出為模擬量，其輸出輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸入端，其電源端、接地端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3公共端連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3與可編程邏輯控制器11插拔連接，將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量后傳送給可編程邏輯控制器11。本段所述的連接均為通過接線端子的插拔或螺絲擰緊方式的可拆卸電連接。

本實施例中，可編程邏輯控制器11通過可控的制動開關(guān)來控制偏航制動機構(gòu)10對風力發(fā)電機組7剎車、制動進行控制。制動開關(guān)主要由三個常開型的中間繼電器一、中間繼電器二和中間繼電器三組成。中間繼電器一、中間繼電器二的動鐵芯一14和動鐵芯二15并聯(lián)設置，并聯(lián)設置的動鐵芯一14、動鐵芯二15的一端為制動開關(guān)的可控端并與可編程邏輯控制器11的輸出端通過壓緊、螺絲擰緊等方式可拆卸電連接。中間繼電器一、中間繼電器二的觸點一17、觸點二18、與中間繼電器三的動鐵芯三16一同串接在高電平與低電平之間。中間繼電器三的觸點的兩端分別為制動開關(guān)的輸入端和輸出端，制動開關(guān)的輸入端和輸出端串接在偏航制動機構(gòu)10的電源線路之中。中間繼電器一、中間繼電器二的觸點一17、觸點二18串聯(lián)設置可保證觸點滅弧。本實施例中將兩個繼電器觸點串聯(lián)以保證觸點滅弧的可靠性，避免繼電器的開關(guān)觸點中在閉合、開啟的瞬間產(chǎn)生的電弧引起相間短路并容易造成火災，保證學生在操作過程中的安全和人身安全。

為進一步控制偏航制動機構(gòu)10，本實施例設置了常開型的中間繼電器四、中間繼電器五串聯(lián)連接作為偏航制動機構(gòu)10的鎖定電路的鎖定開關(guān)。中間繼電器四的動鐵芯四20的一端為可控端，可控端與可編程邏輯控制器11的另一輸出端可拆卸電連接，動鐵芯四20另一端連接至低電平。中間繼電器四的常開觸點四19與中間繼電器五的動鐵芯五21串聯(lián)于高電平和低電平之間，中間繼電器五的觸點兩端為鎖定開關(guān)的輸入端和輸出端，鎖定開關(guān)的輸入端、輸出端串聯(lián)設置于偏航制動機構(gòu)10的鎖定電路中，本實施例可通過控制中間繼電器四進而控制中間繼電器五的通電情況，進而控制偏航制動機構(gòu)10的鎖定與解鎖。本實施例中，所述繼電器與繼電器之間，繼電器與線路之間、繼電器與可編程邏輯控制器11之間均采用壓緊或螺絲擰緊的方式進行可拆卸電連接。

本實施例在用于連接電源的電源總線上設有一級漏電保護12，在電源總線至可編程邏輯控制器11、伺服模塊5、制動開關(guān)的電源線上設有二級漏電保護13。本實施例中，一級漏電保護12設有一個漏電保護開關(guān)，二級漏電保護13設有四個漏電保護開關(guān)，每個電源線或電源總線上均設有一個漏電保護開關(guān)。漏電保護開關(guān)串聯(lián)在電源總線或電源線線中。雙重漏電保護能快速、有效地檢測到電源線或電源總線中因儀器損壞、實訓接線線路不當導致控制裝置局部漏電甚至整體出現(xiàn)漏電的情況，并在第一時間切斷電路，避免學生在操作過程中接觸可編程邏輯控制器11、風向傳感器1等儀器時發(fā)生觸電，確保教學過程中學生和老師的人身的安全，并且上述漏電保護結(jié)構(gòu)電路簡單、反應快、成本低、效果好。

本實施例中設有兩組伺服模塊5，該兩組伺服模塊5并聯(lián)設置，其接線和設置均相同。伺服模塊5由驅(qū)動器51、伺服電機52和編碼器53組成，驅(qū)動器51的控制端與伺服電機52的三相電源輸入端連接，編碼器53的電源端、接地端和兩個數(shù)據(jù)輸出均連接至驅(qū)動器51。驅(qū)動器51、伺服電機52之間通過插孔和插線插拔連接。

驅(qū)動器51的can總線連接端與可編程邏輯控制器11的can總線及422通訊模塊4連接端壓緊連接，實現(xiàn)驅(qū)動器51與可編程邏輯控制器11之間的can總線通訊。驅(qū)動器51將偏航變化通過can總線傳遞給可編程邏輯控制器11，可編程邏輯控制器11通過can總線給驅(qū)動器51下達偏轉(zhuǎn)角度。結(jié)合圖所示，圖3與圖2的區(qū)別僅在于在兩組伺服模塊5之間構(gòu)成主、從級交流伺服模塊5。圖4中可編程邏輯控制器11采用脈沖方式向驅(qū)動器51下達偏航角度和方向。

本實施例設置有兩個伺服電機52及其驅(qū)動器51，可以通過改變驅(qū)動器51與驅(qū)動器51之間連接關(guān)系和驅(qū)動器51與可編程邏輯控制器11之間的信息傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的接線方式，教師可根據(jù)不同的接線方式設置不同方式的偏航控制、編程、故障排故的不同難度進行循序漸進的教學。

本實用新型適用于普通高等院校實訓教學，也可用于小功率實際風力發(fā)電機組7。利用一組可編程邏輯控制器11和兩個伺服模塊5、風向傳感器1、偏航角度檢測編碼器53等構(gòu)成一種偏航控制電路，實現(xiàn)風力發(fā)電機組7的偏航控制。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，控制性強，能在基本的控制電路上實現(xiàn)多種多樣的接線方式、通訊方式和控制方式，并使教學與實訓更加安全、方便、有效。