CN104333104A - 一种发电制热一体式风机控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种发电制热一体式风机控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发电制热一体式风机控制系统，该控制器由风能整流防反模块、风能驱动电路和风能控制电路组成，风机输出三相交流电至风能整流防反模块，风能整流防反模块、蓄电池和风能驱动电路共同形成充电回路，风能整流防反模块、卸荷电阻和风能驱动电路共同形成卸荷回路，卸荷电阻安装在卸荷箱内，用于与卸荷箱进行热传递的保温水箱放置在卸荷箱上。本发明还公开了一种发电制热一体式风机控制系统的控制方法。本发明将风机发出的电能充分利用，将传统风机控制器浪费掉的卸荷电阻的大量热能利用起来，将这部分热能给水加热，作为生活用水，大大提高了风能利用效率，实现了发电、制热一体式风机控制器的设计。

Description

一种发电制热一体式风机控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及风机控制系统技术领域，尤其是一种发电制热一体式风机控制系统及其控制方法。
背景技术
风机输出的三相交流电经过三相整流模块整流后变成直流，风机控制器控制整流后的直流电给蓄电池进行充电，当蓄电池充满时，风机发出的电能需要卸载到卸荷电阻上。如果不进行卸荷，只是把充电回路MOSFET断开，那么风机将处于空载状态，风机在空载状态下输出的开路电压较高，将很有可能烧毁电路及器件，而且风机在这种状态下容易飞车，也就是风机叶片可能飞出去，所以必须进行卸荷，将蓄电池充满电后多余的能量卸荷到卸荷电阻上。
传统的卸荷流程就是直接将能量消耗在卸荷电阻上，卸荷电阻发的热量直接和空气交换冷却，相当与这部分能量被白白浪费掉了，没有得到充分的有价值的利用。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种将风机卸载到卸荷电阻上的电能转换为热能利用起来，提高风能利用效率的发电制热一体式风机控制系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种发电制热一体式风机控制系统，包括控制器，该控制器由风能整流防反模块、风能驱动电路和风能控制电路组成，风机输出三相交流电至风能整流防反模块，风能整流防反模块、蓄电池和风能驱动电路共同形成充电回路，风能整流防反模块、卸荷电阻和风能驱动电路共同形成卸荷回路，卸荷电阻安装在卸荷箱内，用于与卸荷箱进行热传递的保温水箱放置在卸荷箱上。
所述风能整流防反模块由三相整流模块和可控硅整流二极管组成，所述风能驱动电路由充电回路MOS管、卸荷回路MOS管和滤波电路组成；所述三相整流模块的输入端与风机的三相交流电输出端相连，三相整流模块的正极分三路输出，一路与可控硅整流二极管的阳极相连，一路与卸荷电阻的正极相连，另一路与滤波电路的正极相连；可控硅整流二极管的阴极与蓄电池的正极相连，蓄电池的负极与充电回路MOS管的漏极相连，充电回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，充电回路MOS管的栅极与风能控制电路的输出端相连；卸荷电阻的负极与卸荷回路MOS管的漏极相连，卸荷回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，卸荷回路MOS管的栅极与风能控制电路的输出端相连。
所述卸荷电阻的个数为至少两个，所述蓄电池为48V蓄电池。
所述风能控制电路包括中央处理器CPU，其输入端分别与风机转速采样电路、充电电流AD检测电路、放电电流AD检测电路、风机电压AD检测电路、用于检测蓄电池的电压的蓄电池电压AD检测电路相连，其输出端分别与卸荷回路MOS管驱动电路、充电回路MOS管驱动电路、LCD显示电路相连，其输入/输出端分别与用于接外部485通讯接口的485通信电路、用于收/发开关量信号的开关量通信电路相连，CPU供电电路向中央处理器CPU供电，卸荷回路MOS管驱动电路的输出端与卸荷回路MOS管的栅极相连，充电回路MOS管驱动电路的输出端与充电回路MOS管的栅极相连。
所述CPU供电电路由开关电源和稳压电路组成，开关电源的输入端接蓄电池输出的48V直流电，开关电源输出12V直流电至稳压电路，稳压电路的输出端与中央处理器CPU的供电端相连。
本发明的另一目的在于提供一种发电制热一体式风机控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）上电后，完全打开充电回路MOS管，完全关断卸荷回路MOS管，系统进入充电状态；
（2）进入充电状态后，若判断蓄电池电压大于56.9V、蓄电池充电电流大于50A、风机转速大于300转/分钟这三个条件满足其中一个或多个，系统则进入卸荷状态；
（3）进入卸荷状态后，若判断蓄电池电压小于56V，则降低卸荷回路MOS管的占空比，若此时卸荷回路MOS管的PWM值等于他的最大值0x3ff，系统则由卸荷状态转到充电状态；若卸荷MOS管占空比大于等于90%，则完全打开卸荷MOS管，完全关断充电MOS管，系统由卸荷状态转为停机状态；
（4）进入停机状态后，若此时卸荷电流小于2.6A，且卸荷回路MOS管PWM值为0，充电回路MOS管PWM值为0x3ff，则进入停机延时状态，否则继续停机状态；
（5）进入停机延时状态后，若停机延时时间大于10分钟，则清零延时时间后进入充电状态；否则继续停机延时状态。
在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池电压大于56.9这个条件成立10次，则增大卸荷回路MOS管占空比并清零次数。
在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池充电电流大于50A或者风机转速大于300转/分钟，则增大卸荷回路MOS管占空比；若蓄电池充电电流大于52A或者风机转速大于310转/分钟，则倍速增大卸荷回路MOS管占空比；若卸荷回路MOS管的PWM值已经小于等于0，则赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0。
在赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0后，若蓄电池电压小于56.9、蓄电池充电电流小于50A、风机转速小于300转/分钟这三个条件同时成立，且此时若蓄电池电压大于56V这个条件满足10次，则降低卸荷回路MOS管占空比。
由上述技术方案可知，本发明中的风机将风能转化为三相交流电能输出到三相整流模块，三相整流模块将交流整流为直流，风能控制电路根据4路AD采样、485通信、开关量等参数经过计算后实时控制风能驱动电路把整流后的直流给蓄电池充电，在达到卸荷电压后启动卸荷回路，在达到停机参数时系统将自动停机保护，停机后在开机参数符合条件后将自动启动，卸荷电阻将电能转换为热能，热能不断传递给保温箱里面的水，这些热水可以作为生活用水使用。可见，本发明将风机发出的电能充分利用，将传统风机控制器浪费掉的卸荷电阻的大量热能利用起来，将这部分热能给水加热，作为生活用水，大大提高了风能利用效率，实现了发电、制热一体式风机控制系统的设计。
附图说明
图1 为本发明的系统结构框图。
图2为图1中风机控制器和卸荷电阻的电路框图。
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
一种发电制热一体式风机控制系统，包括控制器1，该控制器1由风能整流防反模块2、风能驱动电路3和风能控制电路4组成，风机输出三相交流电至风能整流防反模块2，风能整流防反模块2、蓄电池和风能驱动电路3共同形成充电回路，风能整流防反模块2、卸荷电阻和风能驱动电路3共同形成卸荷回路，卸荷电阻安装在卸荷箱内，用于与卸荷箱进行热传递的保温水箱放置在卸荷箱上，如图1所示，所述卸荷电阻的个数为至少两个，所述蓄电池为48V蓄电池。风机将风能转化为三相交流电能输出到三相整流模块，三相整流模块将交流整流为直流，风能控制电路4根据4路AD采样、485通信、开关量等参数经过计算后实时控制风能驱动电路3把整流后的直流给蓄电池充电，在达到卸荷电压后启动卸荷回路，在达到停机参数时系统将自动停机保护，停机后在开机参数符合条件后将自动启动，卸荷电阻将电能转换为热能，热能不断传递给保温箱里面的水，这些热水可以作为生活用水使用。
如图1所示，所述风能整流防反模块2由三相整流模块和可控硅整流二极管组成，所述风能驱动电路3由充电回路MOS管、卸荷回路MOS管和滤波电路组成；所述三相整流模块的输入端与风机的三相交流电输出端相连，三相整流模块的正极分三路输出，一路与可控硅整流二极管的阳极相连，一路与卸荷电阻的正极相连，另一路与滤波电路的正极相连；可控硅整流二极管的阴极与蓄电池的正极相连，蓄电池的负极与充电回路MOS管的漏极相连，充电回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，充电回路MOS管的栅极与风能控制电路4的输出端相连；卸荷电阻的负极与卸荷回路MOS管的漏极相连，卸荷回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，卸荷回路MOS管的栅极与风能控制电路4的输出端相连。
如图2所示，所述风能控制电路4包括中央处理器CPU，其输入端分别与风机转速采样电路、充电电流AD检测电路、放电电流AD检测电路、风机电压AD检测电路、用于检测蓄电池的电压的蓄电池电压AD检测电路相连，其输出端分别与卸荷回路MOS管驱动电路、充电回路MOS管驱动电路、LCD显示电路相连，其输入/输出端分别与用于接外部485通讯接口的485通信电路、用于收/发开关量信号的开关量通信电路相连，CPU供电电路向中央处理器CPU供电，卸荷回路MOS管驱动电路的输出端与卸荷回路MOS管的栅极相连，充电回路MOS管驱动电路的输出端与充电回路MOS管的栅极相连。所述CPU供电电路由开关电源和稳压电路组成，开关电源的输入端接蓄电池输出的48V直流电，开关电源输出12V直流电至稳压电路，稳压电路的输出端与中央处理器CPU的供电端相连。
如图3所示，在工作时，首先，上电后，完全打开充电回路MOS管，完全关断卸荷回路MOS管，系统进入充电状态；其次，进入充电状态后，若判断蓄电池电压大于56.9V、蓄电池充电电流大于50A、风机转速大于300转/分钟这三个条件满足其中一个或多个，系统则进入卸荷状态；再次，进入卸荷状态后，若判断蓄电池电压小于56V，则降低卸荷回路MOS管的占空比，若此时卸荷回路MOS管的PWM值等于他的最大值0x3ff，系统则由卸荷状态转到充电状态；若卸荷回路MOS管占空比大于等于90%，则完全打开卸荷MOS管，完全关断充电回路MOS管，系统由卸荷状态转为停机状态；接着，进入停机状态后，若此时卸荷电流小于2.6A，且卸荷回路MOS管PWM值为0，充电回路MOS管PWM值为0x3ff，则进入停机延时状态，否则继续停机状态；最后，进入停机延时状态后，若停机延时时间大于10分钟，则清零延时时间后进入充电状态；否则继续停机延时状态。
如图3所示，在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池电压大于56.9这个条件成立10次，则增大卸荷回路MOS管占空比并清零次数。在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池充电电流大于50A或者风机转速大于300转/分钟，则增大卸荷回路MOS管占空比；若蓄电池充电电流大于52A或者风机转速大于310转/分钟，则倍速增大卸荷回路MOS管占空比；若卸荷回路MOS管的PWM值已经小于等于0，则赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0。在赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0后，若蓄电池电压小于56.9、蓄电池充电电流小于50A、风机转速小于300转/分钟这三个条件同时成立，且此时若蓄电池电压大于56V这个条件满足10次，则降低卸荷回路MOS管占空比。
综上所述，本发明将风机发出的电能充分利用，将传统风机控制器1浪费掉的卸荷电阻的大量热能利用起来，将这部分热能给水加热，作为生活用水，大大提高了风能利用效率，实现了发电、制热一体式风机控制系统的设计。

Claims (9)

1.一种发电制热一体式风机控制系统，其特征在于：包括控制器，该控制器由风能整流防反模块、风能驱动电路和风能控制电路组成，风机输出三相交流电至风能整流防反模块，风能整流防反模块、蓄电池和风能驱动电路共同形成充电回路，风能整流防反模块、卸荷电阻和风能驱动电路共同形成卸荷回路，卸荷电阻安装在卸荷箱内，用于与卸荷箱进行热传递的保温水箱放置在卸荷箱上。
2.根据权利要求1所述的发电制热一体式风机控制系统，其特征在于：所述风能整流防反模块由三相整流模块和可控硅整流二极管组成，所述风能驱动电路由充电回路MOS管、卸荷回路MOS管和滤波电路组成；所述三相整流模块的输入端与风机的三相交流电输出端相连，三相整流模块的正极分三路输出，一路与可控硅整流二极管的阳极相连，一路与卸荷电阻的正极相连，另一路与滤波电路的正极相连；可控硅整流二极管的阴极与蓄电池的正极相连，蓄电池的负极与充电回路MOS管的漏极相连，充电回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，充电回路MOS管的栅极与风能控制电路的输出端相连；卸荷电阻的负极与卸荷回路MOS管的漏极相连，卸荷回路MOS管的源极与三相整流模块的负极相连，卸荷回路MOS管的栅极与风能控制电路的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的发电制热一体式风机控制系统，其特征在于：所述卸荷电阻的个数为至少两个，所述蓄电池为48V蓄电池。
4.根据权利要求2所述的发电制热一体式风机控制系统，其特征在于：所述风能控制电路包括中央处理器CPU，其输入端分别与风机转速采样电路、充电电流AD检测电路、放电电流AD检测电路、风机电压AD检测电路、用于检测蓄电池的电压的蓄电池电压AD检测电路相连，其输出端分别与卸荷回路MOS管驱动电路、充电回路MOS管驱动电路、LCD显示电路相连，其输入/输出端分别与用于接外部485通讯接口的485通信电路、用于收/发开关量信号的开关量通信电路相连，CPU供电电路向中央处理器CPU供电，卸荷回路MOS管驱动电路的输出端与卸荷回路MOS管的栅极相连，充电回路MOS管驱动电路的输出端与充电回路MOS管的栅极相连。
5.根据权利要求4所述的发电制热一体式风机控制系统，其特征在于：所述CPU供电电路由开关电源和稳压电路组成，开关电源的输入端接蓄电池输出的48V直流电，开关电源输出12V直流电至稳压电路，稳压电路的输出端与中央处理器CPU的供电端相连。
6.一种发电制热一体式风机控制系统的控制方法，其特征在于该方法包括下列顺序的步骤：
（1）上电后，完全打开充电回路MOS管，完全关断卸荷回路MOS管，系统进入充电状态；
（2）进入充电状态后，若判断蓄电池电压大于56.9V、蓄电池充电电流大于50A、风机转速大于300转/分钟这三个条件满足其中一个或多个，系统则进入卸荷状态；
（3）进入卸荷状态后，若判断蓄电池电压小于56V，则降低卸荷回路MOS管的占空比，若此时卸荷回路MOS管的PWM值等于他的最大值0x3ff，系统则由卸荷状态转到充电状态；若卸荷MOS管占空比大于等于90%，则完全打开卸荷MOS管，完全关断充电MOS管，系统由卸荷状态转为停机状态；
（4）进入停机状态后，若此时卸荷电流小于2.6A，且卸荷回路MOS管PWM值为0，充电回路MOS管PWM值为0x3ff，则进入停机延时状态，否则继续停机状态；
（5）进入停机延时状态后，若停机延时时间大于10分钟，则清零延时时间后进入充电状态；否则继续停机延时状态。
7.根据权利要求6所述的发电制热一体式风机控制系统的控制方法，其特征在于：在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池电压大于56.9这个条件成立10次，则增大卸荷回路MOS管占空比并清零次数。
8.根据权利要求6所述的发电制热一体式风机控制系统的控制方法，其特征在于：在进入卸荷状态后，若卸荷回路MOS管占空比小于90%，且蓄电池充电电流大于50A或者风机转速大于300转/分钟，则增大卸荷回路MOS管占空比；若蓄电池充电电流大于52A或者风机转速大于310转/分钟，则倍速增大卸荷回路MOS管占空比；若卸荷回路MOS管的PWM值已经小于等于0，则赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0。
9.根据权利要求8所述的发电制热一体式风机控制系统的控制方法，其特征在于：在赋值卸荷回路MOS管的PWM值为0后，若蓄电池电压小于56.9、蓄电池充电电流小于50A、风机转速小于300转/分钟这三个条件同时成立，且此时若蓄电池电压大于56V这个条件满足10次，则降低卸荷回路MOS管占空比。
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