一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動電路及方法，包括三相整流模塊、驅動電源和自保持繼電器，所述三相整流模塊用于將風機輸出的三相交流電壓轉換成直流電壓，所述直流電壓的正負極分別連接所述驅動電源的正負輸入，該驅動電源的輸出連接所述自保持繼電器的線圈，所述自保持繼電器用于接入風機輸出的三相交流電壓或三相整流模塊輸出的直流電壓。將風機輸出三相交流電能或者三相整流模塊輸出直流電能通過自保持繼電器觸點閉合時短路，從而實現(xiàn)了將風機輸出能量轉換為熱能，達到風機制動的效果；當風機制動時，風機輸出電壓大幅度下降，驅動電源停止工作，自保持繼電器在線圈斷電的情況下繼續(xù)實現(xiàn)風機制動保護。
【專利說明】
一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動電路及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及小型風機控制器技術領域，具體涉及一種采用自保持繼電器的風力發(fā) 電機制動電路及方法。
【背景技術】
[0002] 風力發(fā)電機制動指的是通過施加較大能量消耗的方式拖動風力發(fā)電機機械結構 處于停止運行的狀態(tài)，通俗講法就是讓風機轉不起來。
[0003] 風機制動一般發(fā)生在風速超過風機制動設定保護值或者風機發(fā)出的電能遠大于 后端負載需求能量的情況下。如果此時不進行制動，風機葉片會越轉越快，直到超過機械結 構應力而飛車，或者損害后端負載。
[0004] 傳統(tǒng)的風機制動方法主要是將風機發(fā)出的三相交流電能UVW整流成直流電能，通 過單片機控制制動開關的開關狀態(tài)將交流電能UVW或者整流后的直流電能短路，這部分能 量將通過制動開關本身的寄生電阻通過熱能的形式消耗掉，制動開關也可以串接制動電 阻，以減小制動電流，一部分熱能會在制動電阻上消耗掉。傳統(tǒng)風機制動方法中的制動開關 主要是M0SFET管、IGBT管、晶閘管、功率繼電器等器件。
[0005] 傳統(tǒng)風機制動方法無法在驅動斷電的情況下實現(xiàn)長期自動保持風機制動狀態(tài)，所 消耗的電能較多。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機制動電路，采用自保持繼電器，在線圈斷電的情況下 能繼續(xù)實現(xiàn)風機的制動保護。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0008] 一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動電路，包括三相整流模塊、驅動電源和 自保持繼電器，所述三相整流模塊用于將風機輸出的三相交流電壓轉換成直流電壓，該直 流電壓的正極與第一電容的正極連接，第一電容的負極與直流電壓的負極接地，所述直流 電壓的正負極分別連接所述驅動電源的正負輸入，該驅動電源的輸出連接所述自保持繼電 器的線圈，所述自保持繼電器用于接入風機輸出的三相交流電壓或三相整流模塊輸出的直 流電壓。
[0009] 進一步地，所述自保持繼電器的三個獨立觸點的一端分別連接風機三相交流電壓 輸出，三個獨立觸點另一端短接。
[0010] 進一步地，所述自保持繼電器的三個獨立觸點的一端分別串聯(lián)制動電阻一，該制 動電阻一的另一端分別連接風機三相交流電壓輸出，三個獨立觸點另一端短接。
[0011] 進一步地，所述自保護繼電器的觸點分別連接直流電壓的正極和負極。
[0012] 進一步地，所述自保護繼電器的觸點一端串聯(lián)制動電阻二，該制動電阻二的另一 端連接直流電壓的正極，自保護繼電器的觸點另一端連接直流電壓的負極。
[0013] 進一步地，所述驅動電源由第二電容、第三電容、電流采樣電阻、第一分壓電阻、第 二分壓電阻、開關電源變壓器、二極管、MOS管和開關電源管理模塊構成；
[0014] 所述直流電壓的正極連接到第二電容的正極，第二電容的負極連接到GND，直流電 壓的正極連接到開關電源變壓器原邊電感的一端，開關電源變壓器原邊電感的另一端連接 M0S管的漏極，M0S管的源極連接電流采樣電阻的一端，電流采樣電阻的一端同時與開關電 源管理模塊的電流檢測端口連接，電流采樣電阻的另一端連接GND，M0S管的柵極連接開關 電源管理模塊的驅動端口；開關電源變壓器的原邊電感、M0S管、電流采樣電阻組成驅動電 源的輸入主回路；
[0015] 所述直流電壓通過第一分壓電阻和第二分壓電阻串聯(lián)分壓，分壓點連接到開關電 源管理模塊的啟動電壓檢測端口，通過調節(jié)第一分壓電阻和第二分壓電阻的值，能夠調節(jié) 啟動保護電壓值V0N;開關電源變壓器的副邊電感一端連接二極管的正極，二極管的負極分 別連接第三電容的正極和自保持繼電器的線圈的正極，第三電容的正極連接開關電源管理 模塊的電壓反饋端口，開關電源變壓器的副邊電感另一端、第三電容的負極、自保持繼電器 的線圈的負極同時連接GND。
[0016] 進一步地，所述驅動電源還包括R⑶吸收回路，該RCD吸收回路由回路電阻、回路電 容和回路二極管構成，所述直流電壓的正極連接回路電阻和回路電容的一端，回路電阻和 回路電容的另一端連接回路二極管的負極，回路二極管的正極連接M0S管的漏極。
[0017] 本發(fā)明還提供一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動方法，包括如下步驟：
[0018] 1)首先確定啟動保護電壓值V0N，V0N根據(jù)不同風機控制系統(tǒng)進行調節(jié)；
[0019] 2)確定第一分壓電阻和第二分壓電阻的阻值，根據(jù)公￥
I擇第一 分壓電阻和第二分壓電阻的電阻值大小及功率，然后根據(jù)公式

_斷所選電阻值大小及功率是否合適，如果合適即確定阻值及功率，否 則返回繼續(xù)選擇阻值及功率大小;其中Vcrn為啟動保護電壓，PR2為選擇的R2功率大小，PR3為 選擇的R3功率大小；
[0020] 3)判斷直流電壓是否大于V0N，若達到則電源啟動輸出電壓驅動自保持繼電器，自 保持繼電器將風機輸出三相交流電壓或三相整流模塊輸出的直流電壓的正負極短路，風機 進入制動保護狀態(tài)，輸出電壓小于V0N，驅動電源不再輸出驅動電壓，自保持繼電器在不消 耗電能的情況下繼續(xù)保持風機制動狀態(tài)。
[0021] 由以上技術方案可知，本發(fā)明將風機輸出三相交流電能或者三相整流模塊輸出直 流電能通過自保持繼電器觸點閉合時短路，從而實現(xiàn)了將風機輸出能量轉換為熱能，達到 風機制動的效果；當風機制動時，風機輸出電壓大幅度下降，驅動電源停止工作，自保持繼 電器在線圈斷電的情況下繼續(xù)實現(xiàn)風機制動保護，在自動保持風機制動狀態(tài)時，自保持繼 電器的線圈不消耗任何能量。
[0022] 本發(fā)明可以獨立控制風力發(fā)電機制動，也可與其他任何風力發(fā)電機制動方法配合 使用，構成雙重或多重風機制動保護，具有運行無損耗、可靈活調節(jié)保護電壓以及可構成多 重風機制動保護等優(yōu)點，可極大提高風機控制器的可靠性、穩(wěn)定性與靈活性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明風力發(fā)電機制動電路的電路原理圖，并示出了自保持繼電器線圈的 觸點連接的4種【具體實施方式】；
[0024]圖2為本發(fā)明中驅動電源的電路原理圖；
[0025]圖3為本發(fā)明風力發(fā)電機制動方法的方法流程圖。
[0026]圖中：1、三相整流模塊，2、驅動電源，3、自保持繼電器，31、線圈，4、制動電阻一，5、 制動電阻二，6、開關電源管理模塊，7、R⑶吸收回路，8、風機。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式作詳細的說明。
[0028] 如圖1所示，所述風力發(fā)電機制動電路由三相整流模塊1、驅動電源2和自保持繼電 器3構成，所述三相整流模塊1用于將風機8輸出的三相交流電壓UVW轉換成直流電壓DC，該 直流電壓的正極與第一電容C1的正極連接，第一電容C1的負極與直流電壓DC的負極接地。 所述直流電壓DC的正負極分別連接所述驅動電源2的正負輸入，該驅動電源的輸出連接所 述自保持繼電器3的線圈31，所述自保持繼電器3用于接入風機輸出的三相交流電壓UVW或 三相整流模塊輸出的直流電壓DC。
[0029] 自保持繼電器線圈的觸點連接采用如下四種方式：
[0030] 方式1，自保持繼電器3的三個獨立觸點的一端分別連接風機三相交流電壓輸出 UVW，三個獨立觸點另一端短接。
[0031] 方式2，自保持繼電器3的三個獨立觸點的一端分別串聯(lián)制動電阻一，該制動電阻 一的另一端分別連接風機三相交流電壓輸出UVW，三個獨立觸點另一端短接。
[0032] 方式3,自保護繼電器3的觸點分別連接直流電壓DC的正極和負極。
[0033] 方式4,自保護繼電器3的觸點一端串聯(lián)制動電阻二，該制動電阻二的另一端連接 直流電壓DC的正極，自保護繼電器的觸點另一端連接直流電壓DC的負極。
[0034] 自保持繼電器3主要包括磁保持繼電器、電磁式機械自保持繼電器等在線圈斷電 時還可自行保持觸點狀態(tài)的繼電器，這種自保持繼電器同樣由線圈與觸點組成，它的工作 過程如下：在通過電壓激勵繼電器線圈后，繼電器觸點就會閉合，此時線圈不需要激勵電 壓，觸點都可以在永久磁鐵的磁力或者中間機械裝置的作用下保持觸點閉合狀態(tài)；同理，當 給線圈施加反向激勵電壓后，繼電器觸點斷開，此時線圈同樣不需要激勵電壓，觸點會在永 久磁鐵的磁力或者中間機械裝置的作用下保持觸點斷開狀態(tài)。
[0035]所述方式1和2中自保持繼電器3采用單線圈三獨立觸點的磁保持繼電器，所述的 方式3和4中自保持繼電器3采用單線圈單觸點磁保持繼電器。磁保持繼電器在線圈施加正 向電壓時，觸點閉合，此時線圈電壓有與無，觸點都一直保持閉合狀態(tài)，只有在線圈被施加 反向電壓時，觸點才會斷開，而且會一直保持斷開狀態(tài)，直到線圈被施加正向電壓時，觸點 恢復閉合狀態(tài)。
[0036]當三相整流模塊1輸出的直流電能大于驅動電源2的啟動電壓時，驅動電源2輸出 驅動電壓，驅動自保持繼電器3的線圈31，進而自保持繼電器的觸點閉合，將風機輸出電能 轉換為制動電阻和自保持繼電器本身以及風機發(fā)電機線圈的熱能而消耗掉。
[0037] 如圖2所示，所述驅動電源2由第二電容C2、第三電容C3、電流采樣電阻R1、第一分 壓電阻R2、第二分壓電阻R3、開關電源變壓器T1、二極管D1、M0S管Q1和開關電源管理模塊6 構成。
[0038]所述直流電壓DC的正極連接到第二電容C2的正極，第二電容C2的負極連接到GND， 直流電壓DC的正極連接到開關電源變壓器T1原邊電感的1腳，開關電源變壓器T1原邊電感 的2腳連接M0S管Q1的漏極，M0S管Q1的源極連接電流采樣電阻R1的一端，電流采樣電阻R1的 一端同時與開關電源管理模塊6的電流檢測端口連接，電流采樣電阻R1的另一端連接GND， M0S管Q1的柵極連接開關電源管理模塊6的驅動端口；開關電源變壓器T1的原邊電感、M0S管 Q1、電流采樣電阻R1組成驅動電源2的輸入主回路。
[0039] 所述直流電壓DC通過第一分壓電阻R2和第二分壓電阻R3串聯(lián)分壓，分壓點連接到 開關電源管理模塊6的啟動電壓檢測端口，通過調節(jié)第一分壓電阻R2和第二分壓電阻R3的 值，能夠調節(jié)啟動保護電壓值V0N;開關電源變壓器T1副邊電感的3腳連接二極管D1的正極， 二極管D1的負極分別連接第三電容C3的正極和自保持繼電器3的線圈31的正極，第三電容 C3的正極連接開關電源管理模塊6的電壓反饋端口，開關電源變壓器T1副邊電感的4腳、第 三電容C3的負極、自保持繼電器的線圈31的負極同時連接GND。
[0040] 所述驅動電源2還包括R⑶吸收回路7，用于吸收M0S管Q1漏極的尖峰電壓，該RCD吸 收回路由回路電阻R4、回路電容C4和回路二極管D2構成，所述直流電壓DC的正極連接回路 電阻R4和回路電容C4的一端，回路電阻R4和回路電容C4的另一端連接回路二極管D2的負 極，回路二極管D2的正極連接M0S管Q1的漏極。
[0041] 所述開關電源管理模塊6連接直流電壓DC以獲取工作電壓，其與M0S管Q1的柵極連 接以驅動Q1控制反激開關電源，與R2/R3串聯(lián)分壓點以實現(xiàn)調節(jié)啟動電壓，連接電流采樣電 阻R1的一端實現(xiàn)電流采樣，實現(xiàn)驅動電源2的過流、過載、短路保護功能，連接第三電容C3的 正極以實現(xiàn)電壓閉環(huán)反饋。
[0042]本實施例中，開關電源管理模塊6使用安森美公司的NCP1255系列芯片，該系列芯 片的第7腳電壓只有在高于0.8V時，芯片才會啟動工作，本發(fā)明首次將NCP1255系列芯片的 這種功能應用在風機制動保護功能。
[0043]如圖3所示，本發(fā)明風力發(fā)電機制動方法的具體工作流程如下：
[0044]首先，確定啟動保護電壓值V0N，V0N可根據(jù)不同風機控制系統(tǒng)進行調節(jié)；
[0045] 然后，選擇第一分壓電阻R2和第二分壓電阻R3的電阻值和功率大小，根據(jù)NCP1255 的特性得出公?
根據(jù)公另
1可選擇電阻R2和R3的電阻值， 同時選擇電阻R2和R3的功率值;根據(jù)公式
：A <匕判斷所選電 阻值大小及功率是否合適，如果合適即確定阻值及功率，否則返回繼續(xù)選擇阻值及功率大 小。
[0046] 其中Von為啟動保護電壓，PR2為選擇的R2功率大小，PR3為選擇的R3功率大小，公式 的具體含義如下：
[0047]
啟動保護電壓VQN在R2和R3上的分壓只有大于等于0.8V時，開關 電源管理模塊才會啟動工作；
[0048]5根據(jù)啟動保護電壓VQN、選擇的R2和R3的電阻值大小計算出啟動保護電
^ ''i 壓Vqn在電阻R2和R3上產生的電流值；
[0049]
:根據(jù)啟動保護電壓VQN、選擇的R2和R3的電阻值計算出啟動保護電壓 V〇N在R2上產生的功率值；
[0050]
'3:根據(jù)啟動保護電壓VQN、選擇的R2和R3的電阻值計算出啟動保護電壓 V〇N在R3上產生的功率值；
[0051]
:根據(jù)啟動保護電壓VQN、選擇的R2和R3的電阻值計算出的啟動 保護電壓Vqn在R2上產生的功率值應小于選擇的R2的功率值；
[0052]
根據(jù)啟動保護電壓VQN、選擇的R2和R3的電阻值計算出的啟動 保護電壓Vqn在R3上產生的功率值應小于選擇的R3的功率值。
[0053]
3這兩個條件同時成立，R2、R3的電阻值和功率 大小值才能最終確定，否則返回重新選擇R2、R3的電阻值大小及功率大小，直到上述兩個條 件同時成立為止。
[0054] 最后，判斷直流電壓DC是否大于V0N，若達到則電源啟動輸出電壓驅動自保持繼電 器3，自保持繼電器將風機輸出三相交流電壓UVW或三相整流模塊輸出的直流電壓DC的正負 極短路，風機8進入制動保護狀態(tài)，輸出電壓小于V0N，驅動電源不再輸出驅動電壓，自保持 繼電器3在不消耗電能的情況下繼續(xù)保持風機制動狀態(tài)。直到維修人員對自保持繼電器線 圈施加反向激勵脈沖后，自保持繼電器才會斷開，從而結束自保持繼電器式風機制動方法。 [0055]以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方 案作出的各種變形和改進，應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，包括三相整流模塊 (1)、驅動電源（2)和自保持繼電器(3)，所述三相整流模塊（1)用于將風機輸出的三相交流 電壓轉換成直流電壓(DC)，該直流電壓(DC)的正極與第一電容(C1)的正極連接，第一電容 (C1)的負極與直流電壓(DC)的負極接地，所述直流電壓(DC)的正負極分別連接所述驅動電 源(2)的正負輸入，該驅動電源的輸出連接所述自保持繼電器(3)的線圈（31)，所述自保持 繼電器(3)用于接入風機輸出的三相交流電壓或三相整流模塊輸出的直流電壓(DC)。2. 根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述自保持繼電器(3)的 三個獨立觸點的一端分別連接風機三相交流電壓輸出，三個獨立觸點另一端短接。3. 根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述自保持繼電器(3)的 三個獨立觸點的一端分別串聯(lián)制動電阻一 (4)，該制動電阻一的另一端分別連接風機三相 交流電壓輸出，三個獨立觸點另一端短接。4. 根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述自保護繼電器(3)的 觸點分別連接直流電壓(DC)的正極和負極。5. 根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述自保護繼電器(3)的 觸點一端串聯(lián)制動電阻二(5)，該制動電阻二的另一端連接直流電壓(DC)的正極，觸點另一 端連接直流電壓(DC)的負極。6. 根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述驅動電源（2)由第二 電容(C2)、第三電容(C3)、電流采樣電阻(R1)、第一分壓電阻(R2)、第二分壓電阻(R3)、開關 電源變壓器(T1)、二極管(D1)、M0S管(Q1)和開關電源管理模塊(6)構成； 所述直流電壓(DC)的正極連接到第二電容(C2)的正極，第二電容（C2)的負極連接到 GND，直流電壓(DC)的正極連接到開關電源變壓器(T1)原邊電感的一端，開關電源變壓器 (T1)原邊電感的另一端連接MOS管(Q1)的漏極，MOS管(Q1)的源極連接電流采樣電阻(R1)的 一端，電流采樣電阻(R1)的一端同時與開關電源管理模塊(6)的電流檢測端口連接，電流采 樣電阻(R1)的另一端連接GND，MOS管(Q1)的柵極連接開關電源管理模塊(6)的驅動端口；開 關電源變壓器(T1)的原邊電感、MOS管(Q1)、電流采樣電阻(R1)組成驅動電源(2)的輸入主 回路； 所述直流電壓(DC)通過第一分壓電阻(R2)和第二分壓電阻(R3)串聯(lián)分壓，分壓點連接 到開關電源管理模塊(6)的啟動電壓檢測端口，通過調節(jié)第一分壓電阻(R2)和第二分壓電 阻(R3)的值，能夠調節(jié)啟動保護電壓值VON;開關電源變壓器(T1)的副邊電感一端連接二極 管(D1)的正極，二極管(D1)的負極分別連接第三電容(C3)的正極和自保持繼電器的線圈的 正極，第三電容（C3)的正極連接開關電源管理模塊（6)的電壓反饋端口，開關電源變壓器 (T1)的副邊電感另一端、第三電容(C3)的負極、自保持繼電器的線圈的負極同時連接GND。7. 根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機制動電路，其特征在于，所述驅動電源（2)還包括 RCD吸收回路(7)，該RCD吸收回路由回路電阻(R4)、回路電容(C4)和回路二極管(D2)構成， 所述直流電壓(DC)的正極連接回路電阻(R4)和回路電容(C4)的一端，回路電阻(R4)和回路 電容(C4)的另一端連接回路二極管(D2)的負極，回路二極管(D2)的正極連接MOS管(Q1)的 漏極。8. -種采用自保持繼電器的風力發(fā)電機制動方法，其特征在于，包括如下步驟： 1)首先確定啟動保護電壓值VON，VON根據(jù)不同風機控制系統(tǒng)進行調節(jié)； 2) 確定第一分壓電阻(R2)和第二分壓電阻(R3)的阻值，根據(jù)公另1選擇 第一分壓電阻（R2)和第二分壓電阻（R3)的電阻值大小及功率，然后根據(jù)公式卻斷所選電阻值大小及功率是否合適，如果合適即 確定阻值及功率，否則返回繼續(xù)選擇阻值及功率大小；其中VQN為啟動保護電壓值，PR2為選 擇的R2功率大小，PR3為選擇的R3功率大?。? 3) 判斷直流電壓（DC)是否大于V0N，若達到則電源啟動輸出電壓驅動自保持繼電器 (3 )，自保持繼電器將風機輸出三相交流電壓或三相整流模塊輸出的直流電壓(DC)的正負 極短路，風機進入制動保護狀態(tài)，輸出電壓小于V0N，驅動電源不再輸出驅動電壓，自保持繼 電器在不消耗電能的情況下繼續(xù)保持風機制動狀態(tài)。
【文檔編號】F03D7/00GK105952581SQ201610425803
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】張為民, 趙小龍, 郭春禹, 周晨, 周一晨, 宮亞飛
【申請人】合肥為民電源有限公司