CN207261169U

CN207261169U - 风力发电机组变桨系统与变桨电机的电磁刹车驱动器

Info

Publication number: CN207261169U
Application number: CN201721328614.8U
Authority: CN
Inventors: 张战春; 许东宁; 李庆江
Original assignee: Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Jinfeng Technology Co ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2027-10-16

Abstract

本实用新型提供一种风力发电机组变桨系统与变桨电机的电磁刹车驱动器。所述电磁刹车驱动器包括第一开关装置、电磁刹车线圈以及刹车驱动信号输入装置，第一开关装置的第一端连接电源；刹车驱动信号输入装置的第一输出端与第一开关装置的控制端连接，刹车驱动信号输入装置的第二输出端与第一开关装置的第二端连接，刹车驱动信号输入装置的输入端从外部接收刹车驱动信号，从而控制第一开关装置的第一端和第二端的导通与断开，第一开关装置的第二端还与电磁刹车线圈的第一端连接，电磁刹车线圈的第二端接地。本实用新型的电磁刹车驱动器可以极大的提高电磁刹车驱动器的使用寿命。

Description

风力发电机组变桨系统与变桨电机的电磁刹车驱动器

技术领域

以下描述涉及风电领域，具体地说，涉及一种风力发电机组变桨系统与变桨电机的电磁刹车驱动器。

背景技术

风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器通常采用电磁继电器进行驱动控制，电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关，其主要的部件是电磁线圈、衔铁、弹簧和动触点、静触点。只要在电磁线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

由于电磁继电器靠动触点的机械运动来完成工作，因而存在以下固有的一些问题：由于频繁切换触点导致机械寿命缩短；由于触点动作过程中的电冲击导致电耐久性变差；由于电磁继电器损坏后的故障模式具有不确定性，触点无法有效闭合或触点粘连无法断开，并且其抗电磁干扰的性能较差，导致风力发电机组运行的安全性和可靠性降低。

实用新型内容

为了解决上述问题中的至少一个或多个，本实用新型提供一种风力发电机组变桨系统与变桨电机的电磁刹车驱动器。所述电磁刹车驱动器可包括第一开关装置、电磁刹车线圈以及刹车驱动信号输入装置，其中，所述第一开关装置的第一端连接电源；所述刹车驱动信号输入装置的第一输出端与所述第一开关装置的控制端连接，所述刹车驱动信号输入装置的第二输出端与所述第一开关装置的第二端连接，所述刹车驱动信号输入装置的输入端从外部接收刹车驱动信号，从而控制所述第一开关装置的第一端和第二端的导通与断开，所述第一开关装置的第二端还与所述电磁刹车线圈的第一端连接，所述电磁刹车线圈的第二端接地。

优选地，所述电磁刹车驱动器还可包括第二开关装置。所述第二开关装置可包括接近开关和继电器，所述接近开关与所述继电器的线圈连接，其中，所述继电器的第一触点与所述第一开关装置的第二端连接，所述继电器的第三触点与所述电磁刹车线圈的第一端连接，所述接近开关响应于桨叶位置信息控制所述继电器的第一触点与第三触点的导通与断开，其中，当所述继电器的第一触点与第三触点导通时，所述第一开关装置的第二端与所述电磁刹车线圈的第一端连接；当所述继电器的第一触点与第三触点断开时，所述第一开关装置的第二端与所述电磁刹车线圈的第一端断开连接。

优选地，所述电磁刹车驱动器还可包括第二开关装置。所述第二开关装置可包括接近开关和继电器，所述接近开关与所述继电器的线圈连接，其中，所述继电器的第一触点与所述电源连接，所述第一开关装置的第一端连接到所述继电器的第三触点，所述接近开关响应于桨叶位置信息控制所述继电器的第一触点与第三触点的导通与断开，其中，当所述继电器的第一触点与第三触点导通时，所述第一开关装置的第一端接收所述电源电压；当所述继电器的第一触点与第三触点断开时，所述第一开关装置的第一端不接收所述电源电压。

优选地，所述刹车驱动信号输入装置可包括：第一电阻器、第一电容器、第一二极管、光电耦合器。所述第一电容器的正极和所述第一二极管的阳极连接所述电源，所述第一电容器的负极和所述第一二极管的阴极连接所述第一电阻器的一端，所述第一二极管的阳极和阴极分别连接所述光电耦合器的输入端，所述第一电阻器的另一端作为接收所述刹车驱动信号的输入端，所述光电耦合器的输出分别为所述刹车驱动信号输入装置的第一输出端和第二输出端。

优选地，所述电磁刹车驱动器还可包括：依次连接的刹车电流采样电路、比较电路与单稳态触发电路。所述刹车电流采样电路的输入端连接所述第一开关装置的第一端，所述单稳态态触发电路的输出端连接所述第一开关装置的控制端。

优选地，所述电磁刹车驱动器还可包括：电压改变装置，所述单稳态触发电路的输出端通过所述电压改变装置连接所述第一开关装置的控制端。

优选地，所述电磁刹车驱动器还可包括：电磁兼容性保护电路，与所述电磁刹车线圈并联。

优选地，所述第一开关装置为功率型场效应管。

本实用新型还提供一种风力发电机组变桨系统，其设置有如上所述的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器。

本实用新型提供的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器可以采用第一开关装置(例如，功率型场效应管)作为主回路实现电磁刹车线圈供电的控制，减小电磁继电器触点在频繁的切换过程中的机械和电气寿命的损耗，可以极大的提高电磁刹车驱动器的使用寿命；当第一开关装置故障时采用电磁继电器作为保护切换回路，可以实现电磁刹车驱动器在故障模式下仍然可以可靠的切断电磁刹车线圈的供电；根据电磁刹车线圈中的电流变化设计短路和过流保护电路，此电路同时还具备自恢复和错误重试的功能，提高电磁刹车驱动器的健壮性及抗干扰能力；EMC保护电路可在电路中发生过流、短路、浪涌冲击(例如，4KV)等异常时均可以保护器件不发生损坏，提高电磁刹车驱动器的抗干扰能力。

附图说明

图1示出根据示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器的框图；

图2示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器的框图；

图3示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器的框图；

图4示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器的详细的框图；

图5示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器的详细的框图。

贯穿附图，相同的参考标号将被理解为表示相同的元件、组件和结构。

具体实施方式

在下文中将参照示出了本实用新型的示例实施例的附图更全面地描述本实用新型。然而，本实用新型可按照多种不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此所阐述的示例实施例。更确切地说，提供这些示例实施例以使本实用新型将是彻底的和完整的，并且将本实用新型的范围完全传达给本领域技术人员。

将理解的是，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本实用新型的教导的情况下，下面论述的第一元件、组件或部分可被称为第二元件、组件或部分。

在此使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，并且无意限制本实用新型。除非上下文另外清楚地指明，否则如在此使用的单数形式也意于包含复数形式。还将理解的是，当元件被称为“连接”到另一元件时，该元件可被直接地连接到该另一元件或者可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接地连接”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似方式被解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”等)。

在下文中，将参照附图详细地描述本实用新型的示例实施例。

图1示出根据示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器100的框图。

参照图1，电磁刹车驱动器100可包括第一开关装置102、电磁刹车线圈L2以及刹车驱动信号输入装置103。

第一开关装置102的第一端与电源101连接，其中，电源101可以是电磁刹车驱动器100内部的电源装置，或者电磁刹车驱动器100外部的电源装置；刹车驱动信号输入装置103的第一输出端与第一开关装置102的控制端连接，刹车驱动信号输入装置103的第二输出端与第一开关装置102的第二端连接，刹车驱动信号输入装置103的输入端从外部接收刹车驱动信号，从而控制第一开关装置102的第一端和第二端的导通与断开，第一开关装置102的第二端还与电磁刹车线圈L2的第一端连接，电磁刹车线圈L2的第二端接地。

如图1所示的电磁刹车驱动器100可根据刹车驱动信号来控制第一开关装置102的第一端和第二端的导通与断开，即，根据刹车驱动信号来控制是否通过电源101向电磁刹车线圈L2供电，从而控制风力发电机组变桨电机的刹车。

图2示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器200的框图。

与图1所示的电磁刹车驱动器100相比，如图2所示的电磁刹车驱动器200还可包括由接近开关和继电器K1构成的第二开关装置。

图2和图1中的电源101、第一开关装置102、刹车驱动信号输入装置103相似，为了简洁在此将省略对其的描述，仅描述第二开关装置和电磁刹车线圈L2。

参照图2，第二开关装置的接近开关与继电器K1的线圈(即，4与5之间的线圈)连接，继电器K1的第一触点1与第一开关装置102的第二端连接，继电器K1的第三触点3与电磁刹车线圈L2的第一端连接，接近开关响应于桨叶位置信息控制继电器K1的第一触点1和第三触点3的导通与断开。

接近开关可感知桨叶位置信息，当桨叶位置未达到预定角度(例如，但不限于，92度)时，接近开关输出高电平驱动继电器K1使得第一触点1与第三触点3吸合导通，第一开关装置102的第二端与电磁刹车线圈L2的第一端连接，从而电磁刹车线圈L2的供电受第一开关装置102的控制(即，主要通过第一开关装置102来实现风力发电机组变桨电机刹车的控制)；当第一开关装置102发生损坏时，桨叶将持续向预定角度变桨，当达到预定角度时接近开关输出低电平使得继电器K1的第一触点1与第三触点3断开连接(即，继电器K1的第一触点1连接到第二触点2)，第一开关装置102的第二端与电磁刹车线圈L2的第一端断开连接，从而切断电磁刹车线圈L2的供电，使风力发电机组变桨电机刹车，保护风力发电机组的安全。

图3示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器300的框图。

图3所示的电磁刹车驱动器300与图2所示的电磁刹车驱动器200的区别在于第二开关装置的位置不同，为了简洁，在此省略其他元件的重复描述。

参照图3，第二开关装置的继电器K1的第一触点1与电源101连接，第一开关装置102的第一端连接到继电器K1的第三触点3，接近开关响应于桨叶位置信息控制继电器K1的第一触点1与第三触点3的导通与断开。

与图2类似，当桨叶位置未达到预定角度(例如，但不限于，92度)时，接近开关输出高电平驱动继电器K1使得第一触点1与第三触点3吸合导通，第一开关装置102的第一端可从电源101接收电源电压，从而电磁刹车线圈L2的供电受第一开关装置102的控制；当第一开关装置102发生损坏并且桨叶持续变桨达到预定角度时，接近开关输出低电平使得继电器K1的第一触点1与第三触点3断开连接，第一开关装置102的第一端无法从电源101接收电源电压，从而直接切断整个电磁刹车驱动器的供电，即，电磁刹车线圈L2的供电也被切断，使得风力发电机组变桨电机刹车。

图4示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器400的详细的框图。

在图4中，可通过24V电源来实现图1至图3中的电源101，并且可通过功率型场效应管Q1来实现图1至图3中的第一开关装置102。参照图4，功率型场效应管Q1的栅极可以为第一开关装置102的控制端，功率型场效应管Q1的漏极可以为第一开关装置102的第一端，功率型场效应管Q1的源极为第一开关装置102的第二端。刹车驱动信号输入装置103的第一输出端和第二输出端可分别连接到功率型场效应管Q1的栅极和源极。图4中的接近开关和继电器K1的工作与图2相同，为了简洁，在此省略其重复描述。

此外，图4还示出实现刹车驱动信号输入装置103的电路结构。

参照图4，刹车驱动信号输入装置103可包括：第一电阻器R1、第一电容器C1、第一二极管D1、光电耦合器U4。

第一电容器C1的正极和第一二极管D1的阳极连接24V电源，第一电容器C1的负极和第一二极管D1的阴极连接到第一电阻器R1的一端，第一二极管D1的阳极和阴极分别连接光电耦合器U4的输入端，第一电阻器R1的另一端作为接收刹车驱动信号的输入端。光电耦合器U4的输出分别为刹车驱动信号输入装置103的第一输出端和第二输出端。

第一电阻器R1、第一电容器C1、第一二极管D1可实现限流、滤波和保护的作用，从而可以向光电耦合器U4提供合适的电流。

在该实施例中，在功率型场效应管Q1(即，第一开关装置101)正常工作的情况下，当刹车驱动信号为低电平信号时，光电耦合器U4导通，从而向功率型场效应管Q1的栅极提供高电压，使得功率型场效应管Q1导通(即，第一开关装置101的第一端和第二端的导通)，从而可以向电磁刹车线圈L2供电，风力发电机组变桨电机正常工作。当刹车驱动信号为高电平信号时，光电耦合器U4截止，从而无法向功率型场效应管Q1的栅极提供电压，使得功率型场效应管Q1截止(即，第一开关装置101的第一端和第二端的连接断开)，从而断开电磁刹车线圈L2的供电，实现风力发电机组变桨电机的刹车。

可选地，电磁刹车驱动器400还可包括电磁兼容性(EMC，Electro MagneticCompatibility)保护电路405。EMC保护电路405可与电磁刹车线圈L2并联。具体地，参照图4，EMC保护电路405可包括电感器L1、气体放电管D2、电容器C5、稳压管D1。其中，串联连接的电感器L1和气体放电管D2与并联连接的电容器C5和稳压管D3并联连接，然后再并联连接到电磁刹车线圈L2。EMC保护电路405可在电路中发生过流、短路、浪涌冲击(例如，4KV)等异常时均可以保护器件不发生损坏，提高电磁刹车驱动器的抗干扰能力。

仅作为一个示例示出功率型场效应管Q1、刹车驱动信号输入装置103和EMC保护电路405的电路结构，然而本实用新型的范围不限于此，其他可以实现上述相似功能的元件、器件或电路结构也是可行的。

可选地，电磁刹车驱动器400还可包括：依次连接的刹车电流采样电路401、比较电路402与单稳态触发电路403。刹车电流采样电路401的输入端连接第一开关装置102的第一端(功率型场效应管Q1的漏极)，单稳态态触发电路403的输出端连接第一开关装置102的控制端(功率型场效应管Q1的栅极)。可选地，电磁刹车驱动器400还可包括电压改变装置404，单稳态触发电路403的输出端可通过电压改变装置404连接第一开关装置102的控制端。

刹车电流采样电路401采集流入电磁刹车线圈L2的电流并输出第一电流I_OUT；比较电路402接收第一电流I_OUT并将第一电流I_OUT与预定的参考电流进行比较，其中，预定的参考电流可通过比较电路402的内部电路结构提供；单稳态触发电路404接收比较电路403的比较结果，并且根据比较结果确定输出状态。电压改变装置404接收单稳态触发电路403的输出状态，并且根据输出状态改变第一开关装置102的控制端的电压，从而控制第一开关装置101的第一端和第二端的导通与断开。

具体地说，当第一电流I_OUT小于预定的参考电流(即，电磁刹车线圈L2被正常其安全供电)时，比较电路402可输出高电平，单稳态触发电路403的输出状态处于低电平的稳态，电压改变装置404不改变功率型场效应管Q1的栅极电压，即，功率型场效应管Q1导通，电磁刹车线圈L2被正常供电。当第一电流I_OUT大于预定的参考电流(即，电磁刹车线圈L2存在过流现象或者电路中存在短路)时，比较电路402可输出低电平，从而触发单稳态触发电路403的单稳态并输出高电平，电压改变装置404响应于高电平而降低功率型场效应管Q1的栅极电压，使得功率型场效应管Q1截止，即，进入保护状态，断开电磁刹车线圈L2的供电。

在该示例实施例中，在单稳态触发电路403的单稳态被触发而输出高电平之后，经过预定时间(该预定时间可根据单稳态触发电路403的特性而改变)后单稳态触发电路403恢复为低电平的稳态，如果此时第一电流I_OUT未超过预定的参考电流，则电压改变装置404不改变功率型场效应管Q1的栅极，使得电压功率型场效应管Q1导通，电磁刹车线圈L2被正常供电；如果此时第一电流I_OUT依然大于预定的参考电流，功率型场效应管Q1仍截止，再次进入保护状态，经过预定时间后根据第一电流I_OUT重新确定单稳态触发电路403的输出状态，直至第一电流I_OUT不超过预定的参考电流。

根据另一示例实施例，电磁刹车驱动器400也可不包括电压改变装置404，从而直接将单稳态态触发电路403的输出状态施加到第一开关装置102的控制端，以控制第一开关装置102的导通与断开。

上述刹车电流采样电路401、比较电路402、单稳态触发电路403和电压改变装置404是根据电磁刹车中的电流变化设计的短路和过流保护电路，此电路同时还具备自恢复和错误重试的功能，提高电磁刹车驱动器的健壮性及抗干扰能力。

图5示出根据另一示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器500的详细的框图。

图5所示的电磁刹车驱动器500与图4所示的电磁刹车驱动器400的区别在于接近开关和继电器K1的位置不同。图5中的接近开关和继电器K1的位置与图3所示的相同。图3和图4的描述也可应用于图5，为了简洁，在此省略关于图5的详细描述。

此外，根据图1至图5所描述的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器可设置在风力发电机组变桨系统中。

根据示例实施例的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器可以采用第一开关装置(例如，功率型场效应管)作为主回路实现电磁刹车线圈供电的切换，减小电磁继电器触点在频繁的切换过程中的机械和电气寿命的损耗，可以极大的提高电磁刹车驱动器的使用寿命；采用电磁继电器作为第一开关装置故障时的保护切换回路，可以实现电磁刹车驱动器在故障模式下仍然可以可靠的切断电磁刹车线圈的供电。

对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可对本实用新型做出各种修改和变型。因此，预期的是，本实用新型涵盖所提供的落入权利要求及其等同物的范围内的本实用新型的修改和变型。

Claims

1.一种风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器包括第一开关装置、电磁刹车线圈以及刹车驱动信号输入装置，

其中，所述第一开关装置的第一端连接电源；

所述刹车驱动信号输入装置的第一输出端与所述第一开关装置的控制端连接，所述刹车驱动信号输入装置的第二输出端与所述第一开关装置的第二端连接，所述刹车驱动信号输入装置的输入端从外部接收刹车驱动信号，从而控制所述第一开关装置的第一端和第二端的导通与断开，

所述第一开关装置的第二端还与所述电磁刹车线圈的第一端连接，所述电磁刹车线圈的第二端接地。

2.如权利要求1所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器还包括第二开关装置，

其中，所述第二开关装置包括接近开关和继电器，所述接近开关与所述继电器的线圈连接，其中，所述继电器的第一触点与所述第一开关装置的第二端连接，所述继电器的第三触点与所述电磁刹车线圈的第一端连接，所述接近开关响应于桨叶位置信息控制所述继电器的第一触点与第三触点的导通与断开，

其中，当所述继电器的第一触点与第三触点导通时，所述第一开关装置的第二端与所述电磁刹车线圈的第一端连接；当所述继电器的第一触点与第三触点断开时，所述第一开关装置的第二端与所述电磁刹车线圈的第一端断开连接。

3.如权利要求1所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器还包括第二开关装置，

其中，所述第二开关装置包括接近开关和继电器，所述接近开关与所述继电器的线圈连接，其中，所述继电器的第一触点与所述电源连接，所述第一开关装置的第一端连接到所述继电器的第三触点，所述接近开关响应于桨叶位置信息控制所述继电器的第一触点与第三触点的导通与断开，

其中，当所述继电器的第一触点与第三触点导通时，所述第一开关装置的第一端接收所述电源电压；当所述继电器的第一触点与第三触点断开时，所述第一开关装置的第一端不接收所述电源电压。

4.如权利要求1所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述刹车驱动信号输入装置包括：第一电阻器、第一电容器、第一二极管、光电耦合器，

其中，所述第一电容器的正极和所述第一二极管的阳极连接所述电源，所述第一电容器的负极和所述第一二极管的阴极连接所述第一电阻器的一端，所述第一二极管的阳极和阴极分别连接所述光电耦合器的输入端，

所述第一电阻器的另一端作为接收所述刹车驱动信号的输入端，

所述光电耦合器的输出分别为所述刹车驱动信号输入装置的第一输出端和第二输出端。

5.如权利要求1所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器还包括：依次连接的刹车电流采样电路、比较电路与单稳态触发电路，

其中，所述刹车电流采样电路的输入端连接所述第一开关装置的第一端，所述单稳态态触发电路的输出端连接所述第一开关装置的控制端。

6.如权利要求5所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器还包括：电压改变装置，所述单稳态触发电路的输出端通过所述电压改变装置连接所述第一开关装置的控制端。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述电磁刹车驱动器还包括：电磁兼容性保护电路，与所述电磁刹车线圈并联。

8.如权利要求1所述的电磁刹车驱动器，其特征在于，所述第一开关装置为功率型场效应管。

9.一种风力发电机组变桨系统，其特征在于，设置有如权利要求1-8中任一项所述的风力发电机组变桨电机的电磁刹车驱动器。