專利名稱：變槳距系統(tǒng)串勵直流電機超速保護裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組中的電動變槳距系統(tǒng)串勵直流電機電機的保護裝置。
背景技術(shù)：
隨著風力發(fā)電機組容量的增大，大型風電機組的變槳距控制技術(shù)已經(jīng)成為了風力發(fā)電中的一項關鍵技術(shù)。變槳距系統(tǒng)是風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)器，主要作用是在風速較大時調(diào)節(jié)槳距角使得風力機發(fā)電功率不超過額定功率，轉(zhuǎn)速不超過允許最大轉(zhuǎn)速。此外，變槳距系統(tǒng)一個重要作用就是充當風力發(fā)電機組的“剎車系統(tǒng)”，當風力發(fā)電機組出現(xiàn)故障或者電網(wǎng)故障時，變槳系統(tǒng)使葉片迅速順槳，起到氣動制動的效果。
串勵直流電動機在變槳距系統(tǒng)中有其特殊的優(yōu)勢，廣泛應用在變槳距系統(tǒng)中。串勵直流電機在變槳距系統(tǒng)中的優(yōu)勢包括1)啟動轉(zhuǎn)矩大，適合于驅(qū)動葉片這種大慣量負載；2)低速時轉(zhuǎn)矩特性較好；幻采用直流串勵電機可以在電網(wǎng)停電時通過將蓄電池直接投到電機上實現(xiàn)安全順槳，而不需要額外的控制，可靠性高。
在變槳距系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障時，如電網(wǎng)故障、電機驅(qū)動器故障、安全鏈斷開等，變槳距電機需要由蓄電池供電驅(qū)動葉片轉(zhuǎn)到順槳位置。在這種情況下，蓄電池直接接到串勵直流電機的兩端，在這期間串勵直流電機的負載轉(zhuǎn)矩不是恒定值，負載轉(zhuǎn)矩可能很小，甚至為負值。由串勵直流電機固有機械特性曲線知，負載轉(zhuǎn)矩較小或負的負載轉(zhuǎn)矩時串勵直流電機轉(zhuǎn)速會很高，超出設計的最高轉(zhuǎn)速，稱之為“飛車”現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是解決串勵直流變槳電機在蓄電池直接供電順槳時的超速問題，提供一種串勵直流電機超速保護的電路。
本發(fā)明采用功率電阻增大勵磁電流的方法限制電機超速，能夠有效防止基于串勵直流電機的變槳距系統(tǒng)在緊急順槳時的“飛車”故障。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
本發(fā)明由并聯(lián)在串勵直流電機電樞端的一個功率電阻、三個功率二極管和接觸器組成。第一功率二極管的正極與勵磁繞組的負極相連，第一功率二極管的負極與電樞繞組的正極相連；第二功率二極管的正極與第一功率二極管的負極相連，第二功率二極管的負極連接到勵磁繞組的正極；第三功率二極管的負極連接勵磁繞組的正極，第三功率二極管的正極連接接觸器，第三功率二極管的負極又和第二功率二極管的負極相連接；功率電阻的一端連接到第一功率二極管的正極，功率電阻的另一端還連接到接觸器，另一端連接到勵磁繞組的負極。
當蓄電池組供電緊急順槳時，接觸器閉合，功率電阻并聯(lián)到所述的串勵直流電機電樞兩端，若串勵直流電機的反電動勢小于蓄電池電壓，則第二功率二極管截止，第一功率二極管和第三功率二極管導通，勵磁電流為電樞電流ia與功率電阻的電流iKp之和，即
if=ia+iRp (1)
由公式(1)看出，加入功率電阻后增大了勵磁電流，從而降低了串勵電機的轉(zhuǎn)速。 若串勵直流電機反電動勢大于蓄電池電壓，第一功率二極管和第三功率二極管截止，第二功率二極管導通，串勵直流電機發(fā)電運行，此時電樞電流ia、功率電阻的電流iKp和勵磁電流仁大小相等。串勵電機發(fā)出的電功率消耗在功率電阻上，從而降低了電機的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明能夠有效地抑制串勵直流電機在緊急順槳時的轉(zhuǎn)速，防止發(fā)生超速現(xiàn)象。
圖1本發(fā)明電氣原理圖，圖中 功率電阻，Vl第一功率二極管，V2第二功率二極管，V3第三功率二極管，101勵磁繞組，102電樞繞組，2蓄電池組；
圖2蓄電池供電順槳時等效電氣原理圖3串勵直流電機機械特性曲線比較圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明的工作原理和過程。
圖1所示為串勵直流電機的變槳距系統(tǒng)超速保護裝置原理圖，第一功率二極管Vl 的正極與勵磁繞組101的負極D2相連，第一功率二極管Vl的負極與電樞繞組102的正極 Bl相連；第二功率二極管V2的正極與第一功率二極管Vl的負極相連，第二功率二極管V2 的負極連接到勵磁繞組的正極Dl ；第三功率二極管V3的負極連接勵磁繞組101的正極D1， 第三功率二極管V3的正極連接接觸器Kl的第一端子1，第三功率二極管V3的負極又和第二功率二極管V2的負極相連接；功率電阻Rp的一端連接到第一功率二極管Vl的正極，功率電阻&的另一端連接到接觸器Kl的第三端子3，功率電阻&另一端還連接到勵磁繞組 101的負極D2。蓄電池組2的正極與接觸器Kl的第二端子2相連，蓄電池組2的負極與接觸器Kl的第四端子4相連。電樞繞組的負極B2與接觸器Kl的第六端子6相連。
功率電阻&的主要作用是⑴當電機運行在第一象限時，功率電阻Rp起到增大勵磁電流的作用；(2)當電機運行在第二象限，即發(fā)電運行時，功率電阻&起到消耗電機所發(fā)電能的作用。
在變槳距系統(tǒng)系電池供電緊急順槳時，接觸器Kl閉合，其等效電路如圖2所示。以下以圖2為例說明串勵直流電機的變槳距系統(tǒng)超速保護裝置的工作原理。忽略電機摩擦力的影響，當串勵電機的負載轉(zhuǎn)矩大于零時，串勵電機由蓄電池供電，此時，串勵直流電機運行、工作在第一象限，處于電動運行狀態(tài)。串勵直流電機的勵磁電流為電樞電流與功率電阻 &上的電流之和。由此可見，加入功率電阻&后增大了串勵直流電機的勵磁電流，從而降低了串勵直流電機的轉(zhuǎn)速。
當串勵電機負載轉(zhuǎn)矩小于零時，串勵直流電機運行在第二象限，處于發(fā)電運行狀態(tài)，第一和第三功率二極管VI、V3截止，第二功率二極管V2導通，此時電樞電流ia、功率電阻&電流iKp和勵磁電流if大小相等，有如下關系式
if = -ia = iRp (2)
根據(jù)基爾霍夫定律有\(zhòng)Mcoif + RJa + Rfif + RPiRp =0](3)
Iif =iRp=-L由方程組(3)可以得到ω =^(Rf+Rp-RJ(4)上式中，M為電機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，ω為電機的轉(zhuǎn)速，Ra為電機的電樞電阻，&為電機的勵磁電阻。由上式可以看出，理論上，采用改進電路串勵直流電機能達到的最大轉(zhuǎn)速取決于電阻&的阻值，但是由于電機磁路飽和等因素影響，當反向負載轉(zhuǎn)矩較大時電機轉(zhuǎn)速也會隨之增大。根據(jù)上述分析，加入電機超速保護裝置電路后的機械特性見圖3，對比加入電機超速保護裝置電路后的機械特性曲線(4)和串勵直流電機固有機械特性曲線，可知本發(fā)明提出的電機超速保護裝置可有效得抑制電機在輕負載時的轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種變槳距系統(tǒng)串勵直流電機超速保護裝置，其特征在于，所述的超速保護裝置中， 第一功率二極管(Vl)的正極與勵磁繞組(101)的負極(D2)相連，第一功率二極管(Vl)的負極與電樞繞組(102)的正極(1B1 (相連；第二功率二極管(V2)的正極與第一功率二極管 (Vl)的負極相連，第二功率二極管(V2)的負極連接到勵磁繞組的正極(Dl)；第三功率二極管(V3)的負極連接勵磁繞組(101)的正極(Dl)，第三功率二極管(V3)的正極連接接觸器 (Kl)的第一端子(1)，第三功率二極管(V； )的負極又和第二功率二極管(M)的負極相連接；功率電阻&的一端連接到第一功率二極管(Vl)的正極，功率電阻(Rp)的另一端連接到接觸器(Kl)的第三端子(3)，功率電阻(Rp)另一端還連接到勵磁繞組(101)的負極(D2)； 蓄電池組O)的正極與接觸器(Kl)的第二端子( 相連，蓄電池組O)的負極與接觸器 (Kl)的第四端子(4)相連；電樞繞組的負極(B2)與接觸器(Kl)的第六端子(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變槳距系統(tǒng)串勵直流電機超速保護裝置，其特征在于， 在所述的風電機組蓄電池組供電順槳情況下，接觸器(Kl)閉合，所述的串勵直流電機由蓄電池直接供電，此時所述的功率電阻( )并聯(lián)到所述的串勵直流電機的電樞兩端，增大勵磁電流；當所述的串勵直流電機發(fā)電運行時，所述的功率電阻(Rp)起到消耗電機所發(fā)電能的作用，防止串勵直流電機超速。
全文摘要
一種變槳距系統(tǒng)串勵直流電機超速保護裝置。所述的超速保護裝置中，第一功率二極管(V1)的正極與勵磁繞組(101)的負極(D2)相連，第一功率二極管(V1)的負極與電樞繞組(102)的正極(1B1(相連；第二功率二極管(V2)的正極與第一功率二極管(V1)的負極相連，第二功率二極管(V2)的負極連接到勵磁繞組的正極(D1)；功率電阻(RP)的一端連接到第一功率二極管(V1)的正極，功率電阻(RP)的另一端連接到接觸器(K1)的3號端子。基于串勵直流電機的變槳系統(tǒng)在緊急順槳時，所述裝置能夠增大電機的勵磁電流，從而降低電機的轉(zhuǎn)速；并且，在電機發(fā)電運行時功率電阻消耗電機所發(fā)出的電能。
文檔編號H02P3/12GK102497138SQ20111040461
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者李海東, 蘇曉東, 趙斌, 趙棟利 申請人:北京科諾偉業(yè)科技有限公司