專(zhuān)利名稱(chēng)：基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制領(lǐng)域，具體是一種基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)控制器是離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分。而市售的離網(wǎng)型風(fēng)機(jī)控制器中，根據(jù)不同的發(fā)電機(jī)功率，從幾百瓦到幾個(gè)千瓦，設(shè)計(jì)的種類(lèi)繁多且輸出電壓?jiǎn)我弧?輸出功率專(zhuān)用，主控單片機(jī)種類(lèi)繁雜，其主要輸出功率器件的選擇上也是從小到大，控制器價(jià)格從幾百元到幾千元不等，技術(shù)性能差異很大，造成了生產(chǎn)成本的居高不下和后期的維護(hù)成本的提高。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有狀況而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一種基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，由一塊CPU板和多塊(如1-3塊)整流卸荷板、功率輸出板構(gòu)成，該控制器通過(guò)整流卸荷板和功率輸出板進(jìn)行模塊化組合，適應(yīng)功率范圍500—3000瓦的發(fā)電機(jī)的控制要求；并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置4位DIL 開(kāi)關(guān)可以選擇輸出DC12V、DCMV、DC48V的直流電壓，對(duì)不同電壓的電池組進(jìn)行充電。在本實(shí)用新型中，功率輸出板上集成了 P1、P2、SLOTU SL0T2、SL0T3、SL0T4接口， 用于插接板卡和相互連接電纜；整流卸荷板通過(guò)PI、P2端口與功率輸出板的PI、P2插接， CPU板通過(guò)SLOTl與功率輸出板的SLOTl插接構(gòu)成最簡(jiǎn)系統(tǒng)，SL0T2、SL0T3、SL0T4插槽，用于擴(kuò)展輸出功率時(shí)，擴(kuò)展板卡的信號(hào)傳輸。該控制器中還可通過(guò)內(nèi)部端子，同時(shí)具備外接MPP控制功能，MPP (最大電能點(diǎn)跟蹤)-風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器通過(guò)高的作用率和較高的充電電流(最大至200%)而比普通控制器更有優(yōu)勢(shì)。外接MPP通過(guò)S2設(shè)定，調(diào)控信號(hào)被加入由LM3M組成的系統(tǒng)比較電路，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)手動(dòng)工作點(diǎn)設(shè)定將失去控制作用。參數(shù)設(shè)定通過(guò)CPU (Ul)板上的Sl (復(fù)位按鍵)、S2 (4位DIL開(kāi)關(guān))進(jìn)行設(shè)定，Sl 通過(guò)電路連接于PIC16C56A的5腳和UCC3800的2腳，進(jìn)行工作點(diǎn)的設(shè)定和故障復(fù)位，S2 (4位DIL)的設(shè)定信號(hào)分別通過(guò)電路送向PIC1656A的9腳(RB3)和2腳(RA3)和LM324運(yùn)算放大器，進(jìn)行電路的輸出電壓調(diào)整和控制外部MPP的接入；PIC16C56A的RBO設(shè)為輸出， 外接LEDO、LED1、LED2用于顯示工作狀態(tài)。本實(shí)用新型的控制器，最大輸入電壓三相交流150Vac、最大充電電流20A，系統(tǒng)最大直流電壓200Vdc，根據(jù)不同的電池組電壓，可通過(guò)CPU板上的DIL開(kāi)關(guān)選擇為DC12V、 MV、48V輸出，為不同電壓的電池組充電。同時(shí)通過(guò)MPP (最大電能點(diǎn)跟蹤)高作用率和較高的充電電流(最大至200%)作用于蓄電池，而比普通控制器更有優(yōu)勢(shì)，該功能通過(guò)板載輸入端子，輸入外部MPP調(diào)節(jié)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電壓，通過(guò)控制器可以接 DC12V/24V/48V的蓄電池上。MPP控制器工作在0. 5S內(nèi)周期為200_500mS，在發(fā)電機(jī)電壓為15-170V之間時(shí)，它自動(dòng)搜索理想的工作點(diǎn)。在最大充電電流的洲以下，控制切換到蓄電池電壓，在不連接外部控制端子時(shí)，可通過(guò)內(nèi)部復(fù)位按鍵人工設(shè)定控制器工作點(diǎn)，使風(fēng)機(jī)工作在理想的設(shè)定工作點(diǎn)上，在連接外部MPP控制時(shí)，發(fā)電機(jī)工作設(shè)定點(diǎn)將失去作用。控制器通過(guò)相同規(guī)格的整流卸荷板和功率輸出板配置數(shù)量的不同，控制器通過(guò)排線(xiàn)的連接，組合出不同輸出功率的風(fēng)機(jī)控制器，最大組合輸出到3. 0KW，最大輸出電流為100A，方便地解決了上述問(wèn)題。具有設(shè)計(jì)合理、操作方便、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電源的可靠性高且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，造價(jià)明顯低于市售的同等規(guī)格的風(fēng)機(jī)控制器。

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)擴(kuò)展框圖。圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。圖3為集成在功率輸出板上的插接件線(xiàn)路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型
以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步描述如圖1所示本控制器主要由三部份組成整流卸荷板、CPU板和功率輸出板組成最簡(jiǎn)控制系統(tǒng)，每套控制器配一塊CPU板，其中整流卸荷板和功率輸出板可跟據(jù)所選發(fā)電機(jī)輸出功率的不同進(jìn)行多塊組合，發(fā)電機(jī)功率最大支持到3. 0千瓦。如圖2所示發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電壓，經(jīng)P2 (參見(jiàn)圖3)送入整流泄荷板，整流后變?yōu)橹绷麟?，CPU (PIC16C56A)根據(jù)用戶(hù)設(shè)定參數(shù)，將直流電壓穩(wěn)定設(shè)定值內(nèi)并滿(mǎn)足對(duì)電瓶的充電要求。在超出設(shè)定范圍時(shí)，打開(kāi)卸荷通道以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)PWM脈寬信號(hào)由UCC3800集成電路產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)POWER MOSFET的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出直流電壓的調(diào)控。 系統(tǒng)內(nèi)置的LED用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示和報(bào)警，系統(tǒng)的采樣和比較電路由LM3M集成運(yùn)算放大器組成，Sl為系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)，同時(shí)用做手動(dòng)工作點(diǎn)設(shè)定，S2為4位DIL開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)位置的不同選擇，對(duì)應(yīng)輸出DC12V、DC24V、DC48V的直流電壓，和外接MPP功能的選擇。控制系統(tǒng)內(nèi)部的供電由蓄電池提供。如圖3所示在功率輸出板上集成了 Pl、P2、SLOTl、SL0T2、SL0T3、SL0T4等對(duì)外接口，用于插接板卡和相互連接電纜。功率輸出板的P1、P2與整流泄荷板上的P1、P2對(duì)應(yīng)連接，功率輸出板的SLOTl與CPU板的SLOTl對(duì)應(yīng)連接，組成最簡(jiǎn)系統(tǒng)，SL0T2、SL0T3、SL0T4 用于擴(kuò)展輸出功率時(shí)，通過(guò)扁平電纜與擴(kuò)展的功率輸出板對(duì)應(yīng)連接，每一塊功率輸出板必配整流泄荷板。發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)功率輸出板的R、S、T接入系統(tǒng)，并經(jīng)P2的1、2、3、4、5、6送入整流泄荷板，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電送入功率輸出板，泄荷管的控制脈沖經(jīng)Pl的9腳接入， 系統(tǒng)卸荷電阻Rl通過(guò)端子P2的7、8、9、10、11點(diǎn)接入電路。當(dāng)整流后的直流電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，泄荷管開(kāi)通將能量在泄荷電阻上耗掉，以保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。CPU的各控制信號(hào)經(jīng) SLOTl接入功率輸出板，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各種檢測(cè)信號(hào)的處理和完成對(duì)系統(tǒng)的控制。功率輸出板接受CPU發(fā)出的調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)功率輸出板上的開(kāi)關(guān)管的功率輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的最大功率輸出和負(fù)載的切出。本實(shí)用新型
以下結(jié)合附圖將工作原理及過(guò)程描述如下如圖1-3所示整流卸荷板通過(guò)Pl、P2端口與功率輸出板的Pl、P2插接，CPU板通過(guò)SLOTl插接件與功率輸出板的SLOTl插接構(gòu)成最簡(jiǎn)系統(tǒng)，功率輸出板的SL0T2、SL0T3、 SL0T4插槽，用于擴(kuò)展輸出功率時(shí)，擴(kuò)展板卡的信號(hào)傳輸。三相發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)端子 R、S、T送入功率輸出板，并經(jīng)插接件P2送入整流、卸荷板，整流電路采用兩個(gè)單相的橋式整流模塊組成Dl—D6三相橋式整流電路，與單塊三相整流模塊相比，具有體積小、散熱好、成本低、易安裝。發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)整流電路整成直流，進(jìn)入直流母線(xiàn)，Q3為卸荷管，卸荷電壓可通過(guò)板載電位器進(jìn)行精確設(shè)定。當(dāng)母線(xiàn)電壓達(dá)到設(shè)定的卸荷點(diǎn)電壓時(shí)，卸荷管Q3 自動(dòng)打開(kāi)，將系統(tǒng)卸荷電阻Rl通過(guò)端子P2的7、8、9、10、11 (圖3)點(diǎn)接入電路，系統(tǒng)電壓得到限制，當(dāng)?shù)陀谛逗牲c(diǎn)電壓時(shí)Q3自動(dòng)關(guān)閉，保證了系統(tǒng)電壓在一定范圍內(nèi)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該電路板通過(guò)P1、P2插接件與功率板的P1、P2連接?？刂破鞯膬?nèi)部供電部分由系統(tǒng)蓄電池供給，PIC16C56A與UCC3800配合構(gòu)成閉環(huán)控制電路，通過(guò)比較用戶(hù)設(shè)定值和采樣得到的反饋值，調(diào)節(jié)UCC3800的輸出脈寬，在充電過(guò)程中對(duì)功率輸出板上的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行PWM控制， 調(diào)整輸出功率，同時(shí)PIC16C56A完成顯示和報(bào)警等功能。系統(tǒng)控制電路分為兩部分，第一部分為前級(jí)控制器，由UCC3800及其外圍電路組成，用來(lái)生成PWM脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管的控制。第二部分為后級(jí)控制器，由PIC16C56A和LM3M及其外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)設(shè)定、采樣、顯示、報(bào)警、主電路通斷等充電過(guò)程的管理功能。在充電過(guò)程中對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行PWM控制， 同時(shí)PIC16C56A通過(guò)CPU板上的LED發(fā)光二極管顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和完成報(bào)警等功能。 UCC3800腳2是誤差放大器的反相輸入端，8腳是后級(jí)控制器送來(lái)的輸出電壓控制信號(hào)經(jīng)隔離后，在這里作為誤差放大器的基準(zhǔn)電壓。腳1為誤差放大器的輸出端，內(nèi)接PWM比較器的非反相端，當(dāng)充電開(kāi)始時(shí)，充電電流較大，取樣電流與設(shè)定電流比較后接在PWM的非反相端，從而調(diào)節(jié)PWM輸出脈沖寬度；UCC3800外圍電路具有兩個(gè)閉環(huán)控制調(diào)整電路，其一是電壓控制閉環(huán)電路，電壓取樣信號(hào)加在誤差放大器反相端，與后級(jí)控制器送來(lái)的同相端基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)，加在PWM比較器反相端。其二是電流控制閉環(huán)電路，輸出電流取樣信號(hào)與后級(jí)控制器送來(lái)的電流信號(hào)比較后加在PWM比較器非反相端，它與反相端信號(hào)比較后產(chǎn)生控制信號(hào)，從而決定輸出脈沖的寬度。用戶(hù)參數(shù)設(shè)定通過(guò)CPU板上的Sl (復(fù)位按鍵)、S2 (4位DIL開(kāi)關(guān))進(jìn)行設(shè)定。Sl通過(guò)電路連接于(U1)PIC16C56A的5腳和UCC3800 的2腳，進(jìn)行工作點(diǎn)的設(shè)定和故障復(fù)位。S2 (4位DIL)開(kāi)關(guān)的設(shè)定信號(hào)分別通過(guò)電路送向 PIC16C56A的9腳(RB3)和2腳(RA3)和(LM324)運(yùn)算放大器，進(jìn)行系統(tǒng)輸出電壓的設(shè)定和外部MPP控制信號(hào)的接入設(shè)定。當(dāng)S2設(shè)定外部MPP起控制作用時(shí)，外接MPP調(diào)控信號(hào)被加入由LM3M組成的系統(tǒng)比較電路，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)手動(dòng)工作點(diǎn)將失去作用。PIC16C56A 的RBO設(shè)為輸出，外接LEDO、LEDU LED2用于顯示工作狀態(tài)和報(bào)警。整個(gè)CPU板通過(guò)板上的SLOTl插接件與功率輸出板的SLOTl相連接。功率輸出板主要由開(kāi)關(guān)管Q2、D7、D8和電感Ll組成的降壓型DC—DC變換電路，主要做用是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換到蓄電池的水平，為蓄電池充電。F1、F2、F3 (圖1)分別為熔斷器，保護(hù)控制器不會(huì)因電池反接而被損壞，確保在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，使電池與負(fù)載和風(fēng)力發(fā)電機(jī)與控制器斷開(kāi)。Ql的作用是當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池在深度放電前，負(fù)責(zé)斷開(kāi)與蓄電池連接的負(fù)載，對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)將通過(guò)CPU板上的LED發(fā)光二極管顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，其特征在于由一塊CPU板和一至三塊整流卸荷板、功率輸出板構(gòu)成，該控制器通過(guò)整流卸荷板和功率輸出板進(jìn)行模塊化組合，適應(yīng)功率范圍500—3000瓦的發(fā)電機(jī)的控制要求；并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置4位DIL開(kāi)關(guān)可以選擇輸出DC12V、DCMV、DC48V的直流電壓，對(duì)不同電壓的電池組進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，其特征在于功率輸出板上集成了 PI、P2、SLOTU SL0T2、SL0T3、SLCTM接口，用于插接板卡和相互連接電纜；整流卸荷板通過(guò)Pl、P2端口與功率輸出板的Pl、P2插接，CPU板通過(guò)SLOTl與功率輸出板的SLOTl插接構(gòu)成最簡(jiǎn)系統(tǒng)，SL0T2、SL0T3、SL0T4插槽，用于擴(kuò)展輸出功率時(shí)，擴(kuò)展板卡的信號(hào)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，其特征在于該控制器中還可通過(guò)內(nèi)部端子，同時(shí)具備外接MPP控制功能，外接MPP通過(guò)S2設(shè)定，調(diào)控信號(hào)被加入由LM3M組成的系統(tǒng)比較電路，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)手動(dòng)工作點(diǎn)設(shè)定將失去控制作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，其特征在于參數(shù)設(shè)定通過(guò)CPU板上的復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl、4位DIL開(kāi)關(guān)S2進(jìn)行設(shè)定，Sl通過(guò)電路連接于 PIC16C56A的5腳和UCC3800的2腳，進(jìn)行工作點(diǎn)的設(shè)定和故障復(fù)位，4位DIL開(kāi)關(guān)S2的設(shè)定信號(hào)分別通過(guò)電路送向PIC1656A的9腳和2腳和LM3M運(yùn)算放大器，進(jìn)行電路的輸出電壓調(diào)整和控制外部MPP的接入；PIC16C56A的RBO設(shè)為輸出，外接LEDO、LEDU LED2用于顯示工作狀態(tài)。
專(zhuān)利摘要一種基于模塊化設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型小型垂直軸風(fēng)機(jī)控制器，其特征在于由一塊CPU板和多塊整流卸荷板、功率輸出板構(gòu)成,該控制器通過(guò)整流卸荷板和功率輸出板進(jìn)行模塊化組合，適應(yīng)功率范圍500—3000瓦的發(fā)電機(jī)的控制要求；并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置4位DIL開(kāi)關(guān)可以選擇輸出DC12V、DC24V、DC48V的直流電壓，對(duì)不同電壓的電池組進(jìn)行充電。同時(shí)系統(tǒng)還具備了外接MPP控制功能，MPP(最大電能點(diǎn)跟蹤)–風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器通過(guò)高的作用率和較高的充電電流(最大至200%)而比普通控制器更有優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型突出特點(diǎn)在于設(shè)計(jì)合理、操作方便、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電源的可靠性高且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，造價(jià)明顯低于同等規(guī)格的小型風(fēng)機(jī)控制器。
文檔編號(hào)F03D7/06GK202280573SQ201120417908
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者時(shí)博, 王付政, 王少平, 王玉昌, 許占鰲, 黃景龍 申請(qǐng)人:恒天重工股份有限公司