CN103604943B - 一种风力发电机转速测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种风力发电机转速测量电路，结构简单、功能完整、稳定可靠、成本低廉、工作范围宽，功耗低，并能隔离传输。包括整流稳压电路、采样电阻R3、光电耦合器U1、三极管Q1、单片机IC1以及电源电路，采样电阻R3一端接地，另一端接单片机IC1的I/O1捕获功能输入口，并且还连接光电耦合器U1的光敏三极管发射极端，光电耦合器U1的光敏三极管集电极端连接电源电路VCC端，光电耦合器U1的发光二极管阴极端连接三极管Q1的集电极，限流电阻R1并联在光电耦合器U1的发光二极管阳极端与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极串联限流电阻R2后与三极管Q1的基极之间并联稳压二极管D3。

Description

一种风力发电机转速测量电路

技术领域

本发明涉及一种电路，尤其是涉及一种风力发电机转速测量电路。

背景技术

目前，中小型风力发电机系统多应用于离网系统。由于风力发电机工作环境恶劣，风力的不均匀性，因此发电机转速极不确定。要风力发电机稳定可靠的工作，必须要准确的知道风力发电机的转速，以给各种保护电路做参考。由于风力发电机转速忽快忽慢，因此要求转速测量电路必须有较宽的工作范围；离网系统多用蓄电池作为能量转换部件，因此各电路必须功耗低；由于交流电部分工作频率、幅值均变化莫测，且风机位置较高，易遭受雷击等自然灾害，交流部分存在很大的干扰和过功率风险，因此电路有必要实现隔离；离网型风力发电机系统受成本和体积限制，转速测量电路必须简单可靠和低成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机转速测量电路，结构简单、功能完整、稳定可靠、成本低廉、工作范围宽，功耗低，并能隔离传输。

本发明的技术方案是：

一种风力发电机转速测量电路，其特征在于，包括整流稳压电路、采样电阻R3、光电耦合器U1、三极管Q1、单片机IC1以及电源电路，所述整流稳压电路包括二极管D1、D2，稳压二极管D3，所述采样电阻R3一端接地，另一端接单片机IC1的I/O1捕获功能输入口，并且还连接所述光电耦合器U1的光敏三极管发射极端，光电耦合器U1的光敏三极管集电极端连接电源电路VCC端，所述光电耦合器U1的发光二极管阴极端连接三极管Q1的集电极，限流电阻R1并联在光电耦合器U1的发光二极管阳极端与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极串联限流电阻R2后与三极管Q1的基极之间并联稳压二极管D3，稳压二极管D3的负极连接三极管Q1的基极，稳压二极管D3的正极连接电阻R2，二极管D2并联在光电耦合器U1发光二极管阳极端与稳压二极管D3正极之间，二极管D2的负极反向串联二极管D1后连接三相交流发电机的A相，二极管D2的正极连接三相交流发电机的B相；所述电源电路的VCC端还连接单片机IC1的VCC端。

所述电源电路包括稳压芯片U2，所述稳压芯片U2的输入端并联储能电容E2后连接蓄电池，从蓄电池取电，稳压芯片U2的输出端依次并联储能电容E1和旁路电容C1，旁路电容C1的正输出端连接单片机IC1的VCC端。

所述单片机IC1采用具有捕获功能的8位单片机。

所述单片机为AVR系列单片机。

所述光电耦合器U1采用低速光耦。

所述低速光耦为PC817。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种风力发电机转速测量电路，通过测量发电机产生的交流电的频率，实现了发电机的转速测量，结构简单、功能完整、稳定可靠、成本低廉、工作范围宽，功耗低，并能隔离传输。由于风力发电机一般是三相交流同步发电机，转子的旋转速度和发电频率呈正比例关系，而三相交流同步发电机的任两相线间的电压波形的幅值、频率都是相同的，只是相位相差120度。三相交流同步发电机的转速（转/分钟）和频率是一一对应的关系，其关系式为：N=F*60/P，其中：N为转速（转/分钟），F为交流电频率（HZ），P为发电机磁极对数。因此要测量风力发电机的转速只需要知道风力发电机的磁极对数和所产生的三相交流电任两相线间的频率，即可得出风力发电机的转速，由于发电机的磁极对数是已知的，因此只要测出了发电机产生的交流电的频率，就可以得出发电机的转速，实现了风力发电机的转速测量。

本发明的电路从风力发电机的ABC三相中任两相如AB相之间取交流电压信号作为信号源，经半波整流，将交流电压信号转换成只有正半周波形的电压信号，整流后的电压通过限流电阻和稳压管限流稳压后输送给三极管的基极，为三极管提供基极电压和电流，三极管作为光耦发光二极管导通通路的开关，三极管的发射极还串联限流电阻，为光耦的发光二极管通路提供恒定电流，当三极管的基极电压被稳压管限定在V1时，也限定了流过光耦发光二极管端的电流；当光耦发光二极管阳极端产生一个正半周波形时，发光二极管得电导通，则在光耦的光敏三极管发射极端产生一个幅值为VCC的正脉冲，此正脉冲输送至单片机IC1的I/O1（具有捕获功能的）端口，单片机捕获此正脉冲的上升沿信号，由单片机执行频率和转速计算，从而得到风力发电机的转速。

附图说明

图1为本发明的风力发电机转速测量电路的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的风力发电机转速测量电路的结构图。一种风力发电机转速测量电路，包括整流稳压电路、采样电阻R3、光电耦合器U1、三极管Q1、单片机IC1以及电源电路，所述整流稳压电路包括二极管D1、D2，稳压二极管D3，所述采样电阻R3一端接地，另一端接单片机IC1的I/O1捕获功能输入口，并且还连接所述光电耦合器U1的光敏三极管发射极端，光电耦合器U1的光敏三极管集电极端连接电源电路VCC端，所述光电耦合器U1的发光二极管阴极端连接三极管Q1的集电极，限流电阻R1并联在光电耦合器U1的发光二极管阳极端与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极连接限流电阻R2后与三极管Q1的基极之间并联稳压二极管D3，稳压二极管D3的负极连接三极管Q1的基极，稳压二极管D3的正极连接电阻R2，二极管D2并联在光电耦合器U1发光二极管阳极端与稳压二极管D3正极之间，二极管D2的负极反向串联二极管D1后连接三相交流发电机的A相，二极管D2的正极连接三相交流发电机的B相；所述电源电路的VCC端还连接单片机IC1的VCC端。电源电路包括稳压芯片U2，所述稳压芯片U2的输入端并联储能电容E2后连接蓄电池，从蓄电池取电，稳压芯片U2的输出端依次并联储能电容E1和旁路电容C1，旁路电容C1的正输出端连接单片机IC1的VCC端。其中，单片机IC1采用具有捕获功能的8位单片机，例如AVR系列单片机。光电耦合器U1采用低速光耦，例如PC817。

本发明电路的工作原理：本发明的电路从风力发电机的ABC三相中任两相如AB相之间取交流电压信号作为信号源，经过二极管D1做半波整流后，将交流电压信号转换成只有正半周波形的电压信号输送至光耦U1的发光二极管正极，整流后的电压通过限流电阻R1和稳压管D3限流稳压后输送给三极管Q1的基极，为三极管提供基极电压和电流；三极管Q1作为光耦发光二极管导通通路的开关，三极管Q1的发射极串限流电阻R2，为光耦U1的发光二极管通路提供恒定电流。当三极管Q1的基极电压被稳压管D3限定在V1时，则流过光耦U1发光二极管端的电流被限定为(V1-0.7)/R2；当光耦U1发光二极管阳极端产生一个正半周波形时，发光二极管得电导通，则在光耦U1的光敏三极管发射极端产生一个幅值为VCC的正脉冲，此正脉冲输送至单片机IC1的I/O1（具有捕获功能的）端口，单片机捕获此正脉冲（Frequancesense端）的上升沿信号，由单片机执行频率和转速计算，计算公式为N=F*60/P。二极管D2是为防止交流ACA、ACB端反向电压对三极管Q1、光耦U1造成损害而设置。

Claims (6)

1.一种风力发电机转速测量电路，其特征在于，包括整流稳压电路、采样电阻R3、光电耦合器U1、三极管Q1、单片机IC1以及电源电路，所述整流稳压电路包括二极管D1、D2，稳压二极管D3，所述采样电阻R3一端接地，另一端接单片机IC1的I/O1捕获功能输入口，并且还连接所述光电耦合器U1的光敏三极管发射极端，光电耦合器U1的光敏三极管集电极端连接电源电路VCC端，所述光电耦合器U1的发光二极管阴极端连接三极管Q1的集电极，限流电阻R1并联在光电耦合器U1的发光二极管阳极端与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极串联限流电阻R2后与三极管Q1的基极之间并联稳压二极管D3，稳压二极管D3的负极连接三极管Q1的基极，稳压二极管D3的正极连接电阻R2，二极管D2的负极连接在光电耦合器U1发光二极管阳极端，二极管D2的正极与稳压二极管D3正极连接，二极管D2的负极反向串联二极管D1后连接三相交流发电机的A相，二极管D2的正极连接三相交流发电机的B相；所述电源电路的VCC端还连接单片机IC1的VCC端。

2.根据权利要求1所述的风力发电机转速测量电路，其特征在于，所述电源电路包括稳压芯片U2，所述稳压芯片U2的输入端并联储能电容E2后连接蓄电池，从蓄电池取电，稳压芯片U2的输出端依次并联储能电容E1和旁路电容C1，旁路电容C1的正输出端连接单片机IC1的VCC端。

3.根据权利要求1所述的风力发电机转速测量电路，其特征在于，所述单片机IC1采用具有捕获功能的8位单片机。

4.根据权利要求3所述的风力发电机转速测量电路，其特征在于，所述单片机为AVR系列单片机。

5.根据权利要求1所述的风力发电机转速测量电路，其特征在于，所述光电耦合器U1采用低速光耦。

6.根据权利要求5所述的风力发电机转速测量电路，其特征在于，所述低速光耦为PC817。