[实用新型]直流电机变桨距系统

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电装置范围，尤其是一种直流电机变桨距系统。

背景技术

变桨距系统作为大型风电机组的技术核心，可改善桨叶受力状况、获取最大风量、提高机组的发电效率和电能质量，并可在超高风速下紧急顺桨以保证风机安全运行。

电动变桨距系统采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节，结构简单，不存在漏油、卡塞等现象，因而受到广泛关注，而直流电机是电动变桨距系统中的重要执行机构。

电动变桨距系统采用三相四线制380V电源供电，为实现故障或断电后的紧急变桨功能，需要储能装置作为系统后备电源供给电机将桨叶调为顺桨位置。储能装置一般采用蓄电池，但近期超级电容已成为更具竞争力的选择。超级电容充放电速度快、效率高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点使其在风电领域很有发展前景。

专利CN2736554Y和CN101083404A公布了采用超级电容作为储能装置的电动变桨距系统，且超级电容与直流母线直接连接。考虑超级电容供电时电压快速降低的因素，上述方法必须选择容量很大的超级电容才能满足使用要求，因而超级电容的能量利用率低，经济性差。

专利CN201050444Y公布了基于蓄电池和直流电机的变桨距系统，紧急变桨时，蓄电池通过简单电路给电机供电，而不经过电机驱动器。这种方案使得电机可控性变差，而且一旦控制装置出现故障，将难以有效控制电机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有电动变桨距系统的上述缺陷，提供了一种新型的直流电机变桨距系统。该系统采用了超级电容组，由于超级电容的能量利用率高，所以减少了其实际使用容量，降低了系统成本；该系统具备直流变换器和驱动桥双重控制装置，不但使直流电机的可控性更好，而且提高了系统的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本实用新型包括超级电容组1、升压直流变换器2、直流电机3、电机驱动器4和充电机5。

充电机5的输入端可根据需要选择连接三相或单相交流电源。超级电容组1的一端与充电机5的输出端相连接，另一端与升压直流变换器2的输入端相连接。升压直流变换器2的输出端口通过开关K2、开关K3以及导线L4、导线L5与直流电机3的输入端口相连接。

电机驱动器4包括整流桥6、由电阻R2和开关K1构成的缓冲电路、支撑电容、由电阻R1与功率开关器件T串接构成的过压保护装置、以及驱动桥7。

驱动桥7的输入、输出端分别与直流母线P与N、直流电机3相连接。电机驱动器4的输入端即整流桥6输入端接三相交流电源A、B、C，三相交流电源A、B、C经整流桥6和缓冲电路接至直流母线P、直流母线N上，支撑电容C并接至直流母线P、直流母线N上。过压保护装置并接至直流母线P、直流母线N上。当直流母线电压过高时，功率开关器件T导通，使部分电能消耗在电阻R1上，从而降低直流母线电压，提高系统安全性。

驱动桥7由四个功率开关器件T1～T4构成，其输入与直流母线相连接，输出与直流电机3相连。

升压直流变换器2的输出经二极管D连接至直流母线。二极管D保证了电能由超级电容组1经升压直流变换器2流向直流母线。升压直流变换器2的应用使超级电容可以释放更多的储能，高能量利用率降低了其实际使用容量，从而使系统成本降低。

系统正常工作时，电机驱动器4接收的电能来自三相交流电源；电源断电需要紧急变桨时，电机驱动器4接收的电能来自超级电容组1。由于超级电容经升压直流变换器实现了与直流母线的无缝连接，故网压波动时直流母线电压的稳定性好；当出现断电情况时，超级电容支路可瞬间替代三相交流电源为电机系统供电，因此，变桨距系统的可靠性得到有效提高。

升压直流变换器2的输出除了经二极管D连接至直流母线外，同时与直流电机输入端口通过开关K2、开关K3相连接。发生电源断电故障需要紧急变桨时，可通过两种方式控制电机：一是升压直流变换器2和驱动桥7实现能量由超级电容组1经升压直流变换器2、驱动桥7流向直流电机3；二是控制升压直流变换器2和驱动桥7实现能量由超级电容组1经升压直流变换器2直接流向直流电机3。两种控制方式均能有效控制电机，而且当一路装置出现故障时，另一路装置仍可有效控制电机，因此提高了系统的可靠性。

本实用新型所述控制方法的特征在于：根据三相电源u_A、u_B、u_C能否正常供电控制该系统分别运行于自动变桨或紧急变桨状态。其中：

自动变桨控制方法如下：