一種風電變槳永磁同步伺服電機及其控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電機領域，特別涉及一種風電變槳永磁同步伺服電機及其控制裝置。
【背景技術】
[0002]風電機組的變槳伺服電機的作用是改變槳葉的攻角，由于槳葉自身的重量十分大，變槳時電機需提供足夠大的起動轉矩，而自然界的風況變化多端，變槳伺服電機需要頻繁的動作，這就要求電機具有低速平穩、重載啟動、快速變槳的特點。
[0003]根據國內的標準，海拔高度超過100m時，就需要考慮高海拔氣候環境變化對風力發電機組帶來的影響。該影響主要表現在:海拔升高，空氣密度降低，則需要在低海拔風力發電機組的基礎上對功率曲線進行修正；海拔升高，溫度降低，風力發電機組的傳動系統、電控系統、冷卻系統產生影響，需要在低海拔風力發電機組的基礎上重新設計，而變槳伺服系統正是風能捕捉的重要一環。對于傳統陸上風電變槳伺服電機已經不能十分出色的應用于高海拔情況。
[0004]高海拔永磁同步變槳伺服電機，運行工況非常復雜，既有可能運行在低速變槳區域，也有可能運行在高速變槳區域。在低速區域，高海拔永磁同步伺服變槳電機需要平穩運行，在高速區域高海拔永磁同步伺服變槳電機需要較高的輸出轉矩。要提高永磁同步伺服變槳電機高速運行的輸出轉矩，傳統方法是增加逆變器與電機的容量來滿足這一要求，但卻降低了傳動系統在低速運行時容量的利用率，增加了系統的體積、重量及成本，因而是不可取的。還有一種是采用合適的電流控制方法，在一定程度上提高電機的輸出轉矩，但其性能的提高，特別是高速運行時轉矩輸出能力的提高受電機凸極率及弱磁率的限制，轉子結構未經特殊設計的永磁同步電機其“弱磁擴速”的效果是非常有限的；另一方面，電機都是針對額定工況設計的，如果大幅度偏離額定的轉速，則其性能會明顯降低，一般來說偏離額定轉速越遠，性能降低越多。因此針對高海拔永磁同步伺服變槳電機即便通過弱磁控制強行運行于高速區域，其性能往往也不夠理想。
【發明內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種結構簡單、性能好的風電變槳永磁同步伺服電機，并提供風電變槳永磁同步伺服電機的控制裝置。
[0006]本實用新型解決上述問題的技術方案是:一種風電變槳永磁同步伺服電機，所述電機的定子繞組采用雙層繞組，定子繞組每相繞組均包括串接的兩個線圈，兩個線圈之間設有第一開關，兩個線圈上分別并接有一個第二開關、第三開關，電機低速運行時，第一開關閉合且第二開關、第三開關斷開，電機定子的兩套繞組串聯，電機高速運行時，第一開關斷開且第二開關、第三開關閉合，電機定子的兩套繞組并聯。
[0007]一種上述風電變槳永磁同步伺服電機的控制裝置，包括主電路，主電路包括依次串接的電源、保護電路、IGBT變頻器和電機，還包括電流調節控制器、門極驅動電路、光電編碼器、繞組串并聯控制器和電控開關，所述電流調節控制器的輸入端與IGBT變頻器的輸出端相連，電流調節控制器的輸出端與門極驅動電路的輸入端相連，門極驅動電路的輸出端與IGBT變頻器相連，所述光電編碼器的輸入端與電機相連，光電編碼器的輸出端分別與電流調節控制器、繞組串并聯控制器相連，繞組串并聯控制器與電控開關相連，電控開關與電機相連。
[0008]本實用新型的有益效果在于:
[0009]1、本風電變槳永磁同步伺服電機的定子繞組采用雙層繞組，低速運行時兩套繞組串聯，高速運行時通過開關器件將兩套繞組轉變為并聯，這樣就可以通過改變繞組的串并聯關系，改變電機的運行性能，以提高電機在較寬速度范圍內的轉矩輸出能力，滿足永磁同步伺服電機的不同要求，達到擴展運行速度范圍、充分利用電機容量、提高效率的目的；
[0010]2、控制裝置中，電源經保護電路向IGBT變頻器供電，IGBT變頻器向電機定子繞組提供三相電流使得電機運轉，電機通過光電編碼器將轉速信號傳遞給繞組串并聯控制器，繞組串并聯控制器經過電控開關完成定子串并聯控制，完成串并聯控制以后，再由光電編碼器、電流控制器控制門極驅動電路，從而繼續控制電機。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型實施例中電機的定子繞組接線圖。
[0012]圖2為本實用新型實施例中電機定子繞組串聯的接線圖。
[0013]圖3為本實用新型實施例中電機定子繞組并聯的接線圖。
[0014]圖4為本實用新型實施例中電機控制裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0016]如圖1所示，一種風電變槳永磁同步伺服電機，電機的定子繞組采用雙層繞組，定子繞組每相繞組均包括串接的兩個線圈，A相繞組包括串接的兩個線圈A、A'，兩個線圈A、A1之間設有開關SA2，兩個線圈A、A^上分別并接有一個開關SA1、開關SA3，B相繞組包括串接的兩個線圈B、B'，兩個線圈B、B'之間設有開關SB2，兩個線圈B、B'上分別并接有一個開關SB1、開關SB3，C相繞組包括串接的兩個線圈C、C，兩個線圈C、C之間設有開關SC2，兩個線圈CW上分別并接有一個開關SC1、開關SC3。當開關SA2、SB2、SC2閉合，開關SAl、SA3、SBU SB3、SCl、SC3斷開時，兩套繞組處于串聯工作狀態(如圖2所示)，適用于電機低速運行；當開關SAl、SA3、SBl、SB3、SCl、SC3閉合，開關SA2、SB2、SC2斷開時，兩套繞組處于并聯工作狀態(如圖3所示)，適用于電機高速運行；當開關SAl、SBl、SCl閉合，開關SA2、SB2、SC2、SA3、SB3、SC3斷開時，電機定子繞組處于單繞組工作狀態。
[0017]電機低速運行時兩套繞組串聯，電機高速運行時兩套繞組并聯，這樣在低速運行時，由于繞組串聯匝數多，磁鏈值高，電機轉矩大；在高速運行時，每相繞組匝數少，磁鏈值低，一方面電機轉速高，降低了弱磁擴速的要求；另一方面提高了高速區域的輸出轉矩；
[0018]如圖4所示，一種風電變槳永磁同步伺服電機的控制裝置，包括主電路、電流調節控制器、門極驅動電路、光電編碼器、繞組串并聯控制器和電控開關，主電路包括依次串接的電源、保護電路、IGBT變頻器和電機，所述電流調節控制器的輸入端與IGBT變頻器的輸出端相連，電流調節控制器的輸出端與門極驅動電路的輸入端相連，門極驅動電路的輸出端與IGBT變頻器相連，所述光電編碼器的輸入端與電機相連，光電編碼器的輸出端分別與電流調節控制器、繞組串并聯控制器相連，繞組串并聯控制器與電控開關相連，電控開關與電機相連。
[0019]電源經保護電路向IGBT變頻器供電，IGBT變頻器向電機定子繞組提供三相電流使得電機運轉，電機通過光電編碼器將轉速信號傳遞給繞組串并聯控制器，繞組串并聯控制器經過電控開關完成定子串并聯控制，完成串并聯控制以后，再由光電編碼器、電流控制器控制門極驅動電路，從而繼續控制電機。
【主權項】
1.一種風電變槳永磁同步伺服電機，其特征在于:所述電機的定子繞組采用雙層繞組，定子繞組每相繞組均包括串接的兩個線圈，兩個線圈之間設有第一開關，兩個線圈上分別并接有一個第二開關、第三開關，電機低速運行時，第一開關閉合且第二開關、第三開關斷開，電機定子的兩套繞組串聯，電機高速運行時，第一開關斷開且第二開關、第三開關閉合，電機定子的兩套繞組并聯。2.—種如權利要求1所述的風電變槳永磁同步伺服電機的控制裝置，包括主電路，主電路包括依次串接的電源、保護電路、IGBT變頻器和電機，其特征在于:還包括電流調節控制器、門極驅動電路、光電編碼器、繞組串并聯控制器和電控開關，所述電流調節控制器的輸入端與IGBT變頻器的輸出端相連，電流調節控制器的輸出端與門極驅動電路的輸入端相連，門極驅動電路的輸出端與IGBT變頻器相連，所述光電編碼器的輸入端與電機相連，光電編碼器的輸出端分別與電流調節控制器、繞組串并聯控制器相連，繞組串并聯控制器與電控開關相連，電控開關與電機相連。
【專利摘要】本實用新型公開了一種風電變槳永磁同步伺服電機，其定子繞組采用雙層繞組，定子繞組每相繞組均包括串接的兩個線圈，兩個線圈之間設有第一開關，兩個線圈上分別并接有一個第二開關、第三開關，電機低速運行時，第一開關閉合且第二開關、第三開關斷開，電機定子的兩套繞組串聯，電機高速運行時，第一開關斷開且第二開關第三開關閉合，電機定子的兩套繞組并聯。本電機的定子繞組采用雙層繞組，低速運行時兩套繞組串聯，高速運行時兩套繞組轉變為并聯，通過改變繞組的串并聯關系，改變電機的運行性能，以提高電機在較寬速度范圍內的轉矩輸出能力，達到充分利用電機容量、提高效率的目的。本實用新型還提供一種風電變槳永磁同步伺服電機的控制裝置。
【IPC分類】H02K3/28, H02K11/00, H02P25/18, H02P27/04, H02P6/08
【公開號】CN204652078
【申請號】CN201520418555
【發明人】謝衛才, 張海, 張明陽, 賀斌, 譚聰
【申請人】湖南工程學院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月17日