一种集成变桨驱动器的制作方法

1.本实用新型涉及变桨驱动器技术领域，具体涉及一种高集成度变桨驱动器。


背景技术：

2.变桨距系统是风力发电机组安全运行的三大电气系统之一，根据风力发电机组所处环境的风力状况，改变叶片的桨距角，达到调节功率和保护风机的目的。伺服驱动器是变桨系统的核心部件和执行结构，变桨控制器通过伺服驱动器对变桨电机进行控制，达到调节风机桨叶角度的目的。目前变桨系统普遍存在的问题是：系统集成度低、工艺设计及制造复杂、成本高及故障率高。
3.有中国专利授权公告号为cn201520444721.1的实用新型专利文件公开了一种风电用集成变桨驱动控制装置，该装置包括三个柜组，每个柜组分别安装在每个桨叶轮毂处，且每个柜组包括一个轴柜、一个电容柜；每个轴柜包括：变桨驱动电机、冗余编码器和集成变桨驱动控制模块；变桨驱动电机与轴承内齿啮合连接，集成变桨驱动控制模块控制变桨驱动电机驱动变桨；冗余编码器监测桨叶顺桨角度，并将该角度传输给集成变桨驱动控制模块，该模块根据桨叶顺桨角度控制变桨，该专利所述的集成式是对变桨系统的高度集成，不是针对变桨驱动器的内部集成。
4.有中国专利授权公告号为cn201320395524.6的实用新型专利文件公开了一种集成式变桨驱动系统，该系统包括整流模块、滤波模块、升压充电模块、电机控制模块以及后备电源，所述整流模块的输入端与三相电网相连，整流模块、滤波模块、升压充电模块、电机控制模块依次连接，电机控制模块的输出端与变桨电机相连，所述后备电源与升压充电模块相连。升压充电模块集成在驱动系统的内部，后备电源接在升压充电模块的升压功能输入端，同时利用升压充电模块的器件通过不同的控制方法对电池进行充电，该专利所述的集成式仅仅是把升压充电模块集成到变桨驱动系统中，集成度较低。


技术实现要素：

5.(一)实用新型目的
6.本实用新型的目的是提供一种集成变桨驱动器，进一步提高集成度以优化变桨柜体的空间布局。
7.(二)技术方案
8.为解决上述问题，本实用新型的提供一种集成变桨驱动器，包括三相桥式不可控整流电路10、预充电电路11、滤波电路12、能耗制动电路13、功率逆变电路14、交流输入emi滤波电路15、系统辅助24v供电电源电路16和igbt模块驱动电路18，其中，所述交流输入emi滤波电路15的输入端与三相交流输入电源连接，所述交流输入emi滤波电路15、三相桥式不可控整流电路10、预充电电路11、滤波电路12、能耗制动电路13、功率逆变电路14依次连接，所述功率逆变电路14的输出端与变桨电机连接，所述系统辅助24v供电电源电路16的输入端与滤波电路12连接，所述系统辅助24v供电电源电路16的输出端作为24v电源，所述igbt
模块驱动电路18的输入端接收驱动脉冲信号，所述igbt模块驱动电路18输出端与所述功率逆变电路14的控制端连接。
9.进一步地，所述的集成变桨驱动器还包括：模拟量采集电路19、轮毂风扇供电控制及检测电路20和微处理器21，其中，所述模拟量采集电路19的输出端及轮毂风扇供电控制及检测电路20的输出端分别与所述微处理器21的输入端连接，所述模拟量采集电路19输入端分别与直流母线采样电路的输出端、电机输出电流检测电路的输出端、igbt模块温度传感器的输出端连接，所述轮毂风扇供电控制及检测电路20输入端与所述三相交流输入电源连接,所述微处理器21的输出端与所述igbt模块驱动电路18的输入端连接。
10.进一步地，所述的集成变桨驱动器，还包括后备电源管理电路17，所述后备电源管理电路17包括并联的超级电容充电电路和二极管切换电路，所述超级电容充电电路的输入端与滤波电路12连接，所述超级电容充电电路的输出端与超级电容连接。
11.具体地，所述三相桥式不可控整流电路10为三相二极管不可控整流电路，由上桥臂和下桥臂串联而成，其中：
12.所述上桥臂由三个阴极连接在一起的整流二极管组成，连接起来的阴极作为所述三相桥式不可控整流电路10输出端的正极，连接所述预充电电路11的输入端；
13.所述下桥臂由三个阳极连接在一起的整流二极管组成，连接起来的阳极作为所述三相桥式不可控整流电路10输出端的负极。
14.具体地，所述预充电电路11包括并联的预充电电阻与预充电继电器，所述滤波电路12包括一组或多组两两串联的电解电容，所述滤波电路12一端与所述预充电电路11的输出端连接，另一端与所述三相桥式不可控整流电路10输出端的负极连接。
15.具体地，所述能耗制动电路13包括串联的制动电阻和制动开关管，所述能耗制动电路13与所述滤波电路12并联。
16.具体地，所述功率逆变电路14为三相桥式逆变电路，由6个igbt单元组成，每个igbt单元包括并联的igbt模块和续流二极管。
17.进一步地，所述的集成变桨驱动器还包括外围电路22，所述外围电路22的输出端与微处理器21的输入端连接，用于接收外部信号并发送给微处理器21。
18.具体地，所述模拟量采集电路19包括母线电压检测模块、输出电流检测模块和温度检测模块，所述母线电压检测模块输入端与直流母线采样电路的输出端连接，所述输出电流检测模块的输入端与电机输出电流检测电路的输出端连接，所述温度检测模块的输入端与igbt模块温度传感器的输出端连接。
19.具体地，所述系统辅助24v供电电源电路16包含pwm脉冲生成单元、功率开关管、稳压单元和变压器，所述pwm脉冲生成单元的输入端与所述滤波电路12连接，所述pwm脉冲生成单元的输出端与所述功率开关管的输入端连接，所述功率开关管的输出端与所述变压器的输入端连接，所述变压器的输出端与所述稳压单元的输入端连接，所述稳压单元的输出端作为24v电源。
20.(三)有益效果
21.本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
22.本实用新型将系统辅助24v供电电源电路等功能集成到驱动器内部，进一步提高了驱动器集成度；
23.本实用新型进一步地将通信、i/o、电机驱动控制、后备电源管理、手动变桨控制、环境温控、系统状态监测等功能于一体，提高了产品功能集成度；
24.本实用新型提供的集成变桨驱动器可以优化变桨柜体的空间布局，减少变桨柜内元器件用量、降低变桨系统成本，减小系统整体故障率。
附图说明
25.图1是本实用新型的提供一种集成变桨驱动器结构示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
27.参见图1，本实用新型提供一种集成变桨驱动器，包括三相桥式不可控整流电路10、预充电电路11、滤波电路12、能耗制动电路13、功率逆变电路14、交流输入emi滤波电路15、系统辅助24v供电电源电路16和igbt模块驱动电路18，其中，所述交流输入emi滤波电路15的输入端与三相交流输入电源连接，所述交流输入emi滤波电路15、三相桥式不可控整流电路10、预充电电路11、滤波电路12、能耗制动电路13、功率逆变电路14依次连接，所述功率逆变电路14的输出端与变桨电机连接，所述系统辅助24v供电电源电路16的输入端与滤波电路12连接，所述系统辅助24v供电电源电路16的输出端作为24v电源，所述系统辅助24v供电电源电路16用于将滤波电路12输出的高压直流电源转化为稳定的24v直流电源，以给外部装置供电，所述igbt模块驱动电路18的输入端接收驱动脉冲信号，所述igbt模块驱动电路18输出端与所述功率逆变电路14的控制端连接，所述igbt模块驱动电路18接收到的驱动脉冲信号通过隔离放大后送入功率逆变电路14驱动功率逆变电路14中的igbt导通或者关断。
28.本实用新型将系统辅助24v供电电源电路等功能集成到驱动器内部，进一步提高了驱动器集成度。
29.进一步地，所述的集成变桨驱动器还包括：模拟量采集电路19、轮毂风扇供电控制及检测电路20和微处理器21，其中，所述模拟量采集电路19的输出端及轮毂风扇供电控制及检测电路20的输出端分别与所述微处理器21的输入端连接，所述模拟量采集电路19输入端分别与直流母线采样电路的输出端、电机输出电流检测电路的输出端、igbt模块温度传感器的输出端连接，用来检测三相桥式不可控整流电路10输出端电压、电机输出电流和igbt模块温度的模拟量信号，所述轮毂风扇供电控制及检测电路20输入端与所述三相交流输入电源连接,用于对三相交流输入电压进行缺相检测，所述微处理器21的输出端与所述igbt模块驱动电路18的输入端连接，用于发送驱动脉冲信号以适时控制功率逆变电路14中的igbt导通或者关断，从而达到调节桨叶角度的目的。
30.具体地，本发明实施例中，所述微处理器21为数字信号处理器(dsp)，微处理器21根据模拟量采集电路19发送的采集信号放大一定倍数后生成实际直流母线电压值、实际电机电流值和实际igbt模块温度值，与其它电路配合来确定驱动器运行状态，从而生成对变
桨电机的驱动脉冲信号，该信号通过igbt模块驱动电路18控制功率逆变电路14实现对变桨电机的精确控制。微处理器21采用基于浮点dsp控制构架，完成伺服驱动器的控制，其运算逻辑可选择现有控制逻辑，本发明不做限定。
31.通过集成模拟量采集电路、轮毂风扇供电控制及检测电路和微处理器，驱动器集驱动控制、手动变桨控制、环境温控、系统状态监测等功能于一体，进一步提高了集成度；同时，可以优化变桨柜体的空间布局，减少变桨柜内元器件用量、降低变桨系统成本，减小系统整体故障率。
32.进一步地，所述后备电源管理电路17包括并联的超级电容充电电路和二极管切换电路，超级电容充电电路的输入端与滤波电路12连接，超级电容充电电路的输出端与超级电容连接。所述超级电容充电电路采用母线电压串接功率电阻实现对超级电容的充电控制。所述二极管切换电路与超级电容充电电路并联连接，用于电网电压断电时驱动器投入超级电容供电。
33.具体地，所述三相桥式不可控整流电路10为三相二极管不可控整流电路，由上桥臂和下桥臂串联而成，其中：
34.所述上桥臂由三个阴极连接在一起的整流二极管组成，连接起来的阴极作为所述三相桥式不可控整流电路10输出端的正极，连接所述预充电电路11的输入端；
35.所述下桥臂由三个阳极连接在一起的整流二极管组成，连接起来的阳极作为所述三相桥式不可控整流电路10输出端的负极。
36.对于三个共阳极的整流二极管来说，阴极电位最低的整流二极管导通。对于三个共阴极的整流二极管来说，阳极电位最高的整流二极管导通。
37.具体地，所述预充电电路11包括并联的预充电电阻与预充电继电器，所述滤波电路12包括一组或多组两两串联的电解电容，所述滤波电路12一端与所述预充电电路11的输出端(对应直流母线正极)连接，另一端与所述三相桥式不可控整流电路10输出端的负极(对应直流母线负极)连接，其利用本身能量的充放实现滤波功能从而使得直流母线两端(直流母线正极和直流母线负极)电压平滑，其中，直流母线两端的电压即直流母线电压。该预充电继电器触点可以根据直流母线过欠压情况断开或闭合。预充电电路11输出端为直流母线正极。当通过三相桥式不可控整流电路10的整流电压首先施加到预充电电路11输入接口和直流母线负极时，滤波电路12通过预充电电阻开始充电，该预充电电阻的参数可按照当电容充电时流入的电流来选取。一旦电路条件满足电容正常运行的要求，预充电继电器将被启动，以使预充电继电器的触点闭合并因此短路预充电电阻，从而电流会流经预充电继电器。
38.具体地，所述能耗制动电路13包括串联的制动电阻和制动开关管，所述能耗制动电路13与所述滤波电路12并联。当检测到母线电压超过制动电阻启动定值时，制动开关管桥臂导通，将制动电阻接入直流母线进行能耗制动；当检测到母线电压低于制动电阻关断定值时，将制动电阻从直流母线切出。
39.具体地，所述功率逆变电路14为三相桥式逆变电路，由6个igbt单元组成，每个igbt单元包括并联的igbt模块和续流二极管。
40.进一步地，如图1所示，所述的集成变桨驱动器还包括外围电路22，所述外围电路22的输出端与微处理器21的输入端连接，用于接收外部信号并发送给微处理器21。
41.具体地，本发明实施例中，外围电路22可以包括rs
‑
232串行接口、数字量输入输出接口、canopen通讯模块等对外通讯单元，使驱动器集成了对外通讯功能。
42.具体地，所述模拟量采集电路19包括母线电压检测模块、输出电流检测模块和温度检测模块，所述母线电压检测模块输入端与直流母线采样电路的输出端连接，所述输出电流检测模块的输入端与电机输出电流检测电路的输出端连接，所述温度检测模块的输入端与igbt模块温度传感器的输出端连接。
43.具体地，所述系统辅助24v供电电源电路16包含pwm脉冲生成单元、功率开关管、稳压单元和变压器，所述pwm脉冲生成单元的输入端与所述滤波电路12连接，所述pwm脉冲生成单元的输出端与所述功率开关管的输入端连接，所述功率开关管的输出端与所述变压器的输入端连接，所述变压器的输出端与所述稳压单元的输入端连接，所述稳压单元的输出端作为24v电源。其中，所述pwm脉冲生成单元，用于生成驱动功率开关管的pwm脉冲，优选采用电流型控制芯片uc2843；所述稳压单元用于24v输出电源稳压，优选可控精密稳压源tl431；所述变压器优选高频脉冲变压器，以实现主回路与控制回路之间的隔离。
44.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。