[发明专利]变桨控制系统用带矢量控制的交流电机的驱动装置

说明书

技术领域

 本发明属于风力发电技术领域，具体涉及风力发电用交流电机的控制技术，特别涉及一种用于变桨控制系统异步电机的闭环矢量控制驱动装置。

背景技术

风力发电作为目前技术成熟的可再生清洁能源，受到各国的广泛重视。变桨控制系统是风力发电系统中重要的组成部件，其主要功能是变桨驱动电机控制桨叶节距角随风速的大小进行自动调节：在低风速时，让风力发电机具有最大的起动力矩；风速过高时，改变气流对叶片的攻角，进而改变风力发电机获得空气动力转矩，使发电机输出功率保持稳定。

现在国内的风力发电整机功率都以1.5MW、2MW居多，变桨驱动电机多用直流电机方案。但是从整机的发展上来讲：整机从1.5MW向3WM、5MW 功率等级不断迈进，变桨功率也需不断扩容。对于大功率等级的变桨机组，变桨驱动若用直流电机，体积庞大，由于轮毂空间受限，安装非常不便；后期对电机的维护或更换工作量巨大。交流电机由于功率密度大，相同功率等级可以做到比直流电机体积小，且没有换向电刷等的易损件更换的问题，后期维护便捷。

从经济角度来讲：随着竞争激烈，单位千瓦成本持续降低，对成本控制要求越来越高，交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、坚固耐用，工作可靠、维护方便，在变桨电机驱动系统上能够改成交流电机驱动能够降低成本，带来不少效益。

随着芯片处理速度和能力的提高，矢量控制在交流电机控制中优势越发明显，应用该技术交流电机其控制性能和动态响应等指标可以和直流电机媲美。

电机驱动装置是变桨控制系统的关键部件之一。变桨控制系统的电机驱动装置主要功能包括模拟和数字信号的采集、数字开关量信号和控制信号的输出、故障信息处理和保护以及与上位机的信息交互等。电机驱动装置的设计跟选用的电机类型密切相关，它决定了系统的功能、硬件电路结构，软件控制策略等。从现在公开的文献来看，目前国内涉及关于变桨带矢量控制的交流驱动器的应用案例少，因此有必要设计一种性能优良的变桨控制用交流电机的驱动装置。

发明内容

 本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种可靠性高，性能优良的变桨控制系统用带矢量控制的交流电机的驱动装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种变桨控制系统用带矢量控制的交流电机的驱动装置，包括功率回路部分及控制该功率回路部分的控制回路部分，所述驱动器的控制回路部分基于微处理器，所述功率回路部分包括：

用于将输入交流电压变换成直流母线电压的整流单元；

能耗制动单元，由电子开关和功率电阻构成，所述电子开关通过关断和接通所述功率电阻，用以通过能耗的方式以降低母线电压而保护驱动器；

功率开关电路，由三相桥臂六个功率开关器件构成，通过脉冲宽度调制和逻辑电平信号控制功率开关器件的通断进而用于关断和接通交流电机电枢；

控制交流电机方向的装置，通过控制三相桥式功率开关电路的导通顺序可实现正转反转；

用于控制能耗制动单元和功率开关电路的驱动单元，该驱动单元一端耦合到控制回路部分接受微处理器逻辑信号，另一端耦合到所述能耗制动单元和功率开关电路以控制其通断。

优选的，变桨控制系统用带矢量控制的交流电机的驱动装置还包括：

用于检测输入电压是否缺相的相序检测电子装置，该装置在检测到输入电压缺相时，产生一个跳变电平并保持该电平直到缺相现象消失；

用于检测整流环节产生的直流母线电压的母线电压检测单元，所述母线电压检测单元通过分压电阻将母线电压变换成微处理器能识别的电压信号；

用于检测交流电机输出三相电流的电流检测单元，通过电流传感器件和电阻将输出三相电流转换成微处理器能识别的信号；

用于检测交流电机转子实时速度的速度检测装置，可将由旋转编码器或脉冲编码器采集的信号转换为微处理器能识别的电信号或者逻辑信号。

优选的，所述驱动器的控制回路部分包括：

电机速度信号采集单元，用以采集速度检测装置的速度信号，构成所述驱动器的闭环反馈速度信号，并在超速或者零速情况下报警；

模拟信号采集单元，用以采集所述驱动器的电流检测单元、母线电压检测单元以及电源电压监控单元和电机速度信号采集单元的模拟信号；

数字信号采集输入单元，用以采集运行命令逻辑、故障复位逻辑以及相序检测电子装置产生的电平信号；

数字信号输出单元，用以根据所述驱动器运行状况，产生数字量信号；