CN219388066U - 一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及风力发电机转速检测，具体涉及一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，信号输入电路，接入待采样信号，并分离出正半周输入信号、负半周输入信号；正半周过零脉冲检测电路，通过将正弦波信号转换为电平信号，对信号输入电路采集正弦波信号中的正半周输入信号进行过零检测；负半周过零脉冲检测电路，通过将脉冲信号转换为PWM波形，对信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后形成的脉冲信号进行过零检测；三态RS锁存触发器输出与风力发电机输出波形具有相同周期的PWM波形；本实用新型提供的技术方案能够克服现有技术所存在的对风力发电机进行刹车保护时无法准确检测其转速的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机转速检测，具体涉及一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置。
背景技术
随着社会的不断发展，新能源越来越多的被人们开发使用。风能作为一种可持续性的清洁型新能源，亦符合“碳中和”的发展理念，因此被广泛使用。风力发电机作为风能发电的载体，其转速是其核心要素。为了研究风能的最大化利用，以及监控风速和风力发电机的工作状态，需要实时监测风力发电机的转速。
风力发电机在有风条件下对蓄电池进行充电，当蓄电池充满或者风速特别大时需要对风力发电机进行刹车保护。而刹车保护信号是一个高速的PWM信号，因此会叠加到风力发电机发电的正弦波波形上，最终形成一个脉冲波形。
对于正常发电时的正弦波波形，通过检测其过零点即可得到风力发电机当前的工作频率，从而能够计算出相应转速。而对于由刹车保护信号叠加形成的脉冲波形，现有的转速采样装置通过检测所有正向脉冲的过零信号来获取风力发电机当前的工作频率，然而采用这种方法获取到的工作频率并不是风力发电机内部真实的工作频率，因此在这种情况下无法对风力发电机的转速进行准确检测。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，能够有效克服现有技术所存在的对风力发电机进行刹车保护时无法准确检测其转速的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，包括信号输入电路、正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路和三态RS锁存触发器；
信号输入电路，接入待采样信号，并分离出正半周输入信号、负半周输入信号；
正半周过零脉冲检测电路，通过将正弦波信号转换为电平信号，对信号输入电路采集正弦波信号中的正半周输入信号进行过零检测；
负半周过零脉冲检测电路，通过将脉冲信号转换为PWM波形，对信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后形成的脉冲信号进行过零检测；
三态RS锁存触发器，接收正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路发送的信号，输出与风力发电机输出波形具有相同周期的PWM波形。
优选地，所述信号输入电路包括接口CON1，所述接口CON1与输出端UH之间连接有限流电阻R7、限流电阻R6和滤波电感L2，所述限流电阻R7、限流电阻R6并联，所述接口CON1与输出端VL、输出端VH之间分别连接有防回流二极管D2、防回流二极管D3；
所述输出端UH、输出端VL连接正半周过零脉冲检测电路，所述输出端UH、输出端VH连接负半周过零脉冲检测电路。
优选地，所述正半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U3、三极管Q1和三极管Q2，所述光耦芯片U3的输入端之间并联有滤波电容C3、滤波电容C4和反向保护二极管D1；
所述光耦芯片U3的一个输出端通过电阻R1接入电压源，所述光耦芯片U3的另一个输出端连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极通过电阻R2接入电压源，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的基极与发射极之间连接有下拉电阻R5；
所述三极管Q1的基极接入三极管Q2的集电极，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3接入电压源，所述三极管Q1的集电极通过电阻R4连接输出端R-A，所述三极管Q1的发射极接地。
优选地，所述光耦芯片U3中发光二极管的阳极接入输出端UH，所述所述光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端VL。
优选地，所述负半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U4、三极管Q4和三极管Q3，所述光耦芯片U4的输入端之间并联有滤波电容C8、滤波电容C9和反向保护二极管D4；
所述光耦芯片U4的一个输出端通过电阻R8接入电压源，所述光耦芯片U4的另一个输出端连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极通过电阻R9接入电压源，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的基极与发射极之间连接有下拉电阻R12；
所述三极管Q3的基极接入三极管Q4的集电极，所述三极管Q3的集电极通过电阻R10接入电压源，所述三极管Q3的集电极通过电阻R11连接输出端R-B，所述三极管Q3的发射极接地。
优选地，所述光耦芯片U4中发光二极管的阳极接入输出端VH，所述所述光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端UH。
优选地，所述正半周过零脉冲检测电路的输出端R-A、负半周过零脉冲检测电路的输出端R-B连接三态RS锁存触发器U2，所述三态RS锁存触发器U2在输出端R-A与输出端R-B输出的信号过零反相时驱动输出电平反相变化。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型所提供的一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，不仅能够对正弦波信号中的正半周输入信号进行过零检测，同时还能对正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后形成的脉冲信号进行过零检测，并输出与风力发电机输出波形具有相同周期的PWM波形，使得输出的PWM波形的一个完整周期与风力发电机输出波形的一个完整周期相对应，从而能够准确采样得到风力发电机内部真实的工作频率，进而准确计算出风力发电机的转速。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中信号输入电路的示意图；
图2为本实用新型中正半周过零脉冲检测电路的示意图；
图3为本实用新型中负半周过零脉冲检测电路的示意图；
图4为本实用新型中三态RS锁存触发器的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，如图1至图4所示，包括信号输入电路、正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路和三态RS锁存触发器；
信号输入电路，接入待采样信号，并分离出正半周输入信号、负半周输入信号；
正半周过零脉冲检测电路，通过将正弦波信号转换为电平信号，对信号输入电路采集正弦波信号中的正半周输入信号进行过零检测；
负半周过零脉冲检测电路，通过将脉冲信号转换为PWM波形，对信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后形成的脉冲信号进行过零检测；
三态RS锁存触发器，接收正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路发送的信号，输出与风力发电机输出波形具有相同周期的PWM波形。
①信号输入电路包括接口CON1，接口CON1与输出端UH之间连接有限流电阻R7、限流电阻R6和滤波电感L2，限流电阻R7、限流电阻R6并联，接口CON1与输出端VL、输出端VH之间分别连接有防回流二极管D2、防回流二极管D3；
输出端UH、输出端VL连接正半周过零脉冲检测电路，输出端UH、输出端VH连接负半周过零脉冲检测电路。
如图1所示，风力发电机一般是三相交流发电机，记为U、V、W三相信号，由于两两之间的相位相同，因此只需检测任意两相的正弦波信号就能够知道风力发电机的工作频率。
接口CON1接入U、V两相信号，R6、R7为限流电阻，L2为滤波电感，D2、D3分别为两相信号正负半周的防回流二极管，正半周信号从U流出经过信号输入电路后流入V，负半周信号从V流出经过信号输入电路后流入U。
②正半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U3、三极管Q1和三极管Q2，光耦芯片U3的输入端之间并联有滤波电容C3、滤波电容C4和反向保护二极管D1；
光耦芯片U3的一个输出端通过电阻R1接入电压源，光耦芯片U3的另一个输出端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R2接入电压源，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与发射极之间连接有下拉电阻R5；
三极管Q1的基极接入三极管Q2的集电极，三极管Q1的集电极通过电阻R3接入电压源，三极管Q1的集电极通过电阻R4连接输出端R-A，三极管Q1的发射极接地。
光耦芯片U3中发光二极管的阳极接入输出端UH，光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端VL。
如图2所示，对于信号输入电路采集正弦波信号中的正半周输入信号，从输出端UH经过光耦芯片U3内部的发光二极管流向输出端VL，点亮内部二极管，从而驱动光耦芯片U3内部的光敏三极管导通，使得+3.3V高电平通过电阻R1输出至光耦芯片U3的3脚，驱动三极管Q2导通，三极管Q2的集电极拉低至低电平，三极管Q1处于截止状态，电阻R4通过电阻R3上拉输出高电平至输出端R-A。
当进入负半周输入信号时，光耦芯片U3内部的发光二极管无驱动，光耦芯片U3的3脚开漏输出，下拉电阻R5将三极管Q2的基极拉低至低电平，三极管Q2截止，三极管Q1导通，电阻R4输出低电平至输出端R-A。
③负半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U4、三极管Q4和三极管Q3，光耦芯片U4的输入端之间并联有滤波电容C8、滤波电容C9和反向保护二极管D4；
光耦芯片U4的一个输出端通过电阻R8接入电压源，光耦芯片U4的另一个输出端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极通过电阻R9接入电压源，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极与发射极之间连接有下拉电阻R12；
三极管Q3的基极接入三极管Q4的集电极，三极管Q3的集电极通过电阻R10接入电压源，三极管Q3的集电极通过电阻R11连接输出端R-B，三极管Q3的发射极接地。
光耦芯片U4中发光二极管的阳极接入输出端VH，光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端UH。
如图3所示，对于信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号，从输出端VH经过光耦芯片U4内部的发光二极管流向输出端UH，点亮内部二极管，从而驱动光耦芯片U4内部的光敏三极管导通，使得+3.3V高电平通过电阻R8输出至光耦芯片U4的3脚，驱动三极管Q4导通，三极管Q4的集电极拉低至低电平，三极管Q3处于截止状态，电阻R11通过电阻R10上拉输出高电平至输出端R-B。
当进入正半周输入信号时，光耦芯片U4内部的发光二极管无驱动，光耦芯片U4的3脚开漏输出，下拉电阻R12将三极管Q4的基极拉低至低电平，三极管Q4截止，三极管Q3导通，电阻R11输出低电平至输出端R-B。
当有刹车保护信号加载时，信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后会形成脉冲信号，负半周过零脉冲检测电路最终输出PWM波形至输出端R-B。
④正半周过零脉冲检测电路的输出端R-A、负半周过零脉冲检测电路的输出端R-B连接三态RS锁存触发器U2，三态RS锁存触发器U2在输出端R-A与输出端R-B输出的信号过零反相时驱动输出电平反相变化。
如图4所示，三态RS锁存触发器U2的6脚接入输出端R-B，7脚接入输出端R-A。当输出端R-B为高电平，输出端R-A为低电平时，9脚输出高电平锁存信号，反之则9脚输出低电平锁存信号。所以无论风力发电机输出波形是否加载了刹车保护信号，都只有在输出端R-A与输出端R-B输出的信号过零反相时，三态RS锁存触发器U2才会驱动输出电平反相变化，也就是9脚输出的PWM波形的一个完整周期与风力发电机输出波形的一个完整周期相对应，从而能够准确采样得到风力发电机内部真实的工作频率fw，进而准确计算出风力发电机的转速Rw：
Rw＝60*fw/Pole
其中，Pole为风力发电机的磁极对数，转速Rw的单位为RPM(转/分钟)。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：包括信号输入电路、正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路和三态RS锁存触发器；
信号输入电路，接入待采样信号，并分离出正半周输入信号、负半周输入信号；
正半周过零脉冲检测电路，通过将正弦波信号转换为电平信号，对信号输入电路采集正弦波信号中的正半周输入信号进行过零检测；
负半周过零脉冲检测电路，通过将脉冲信号转换为PWM波形，对信号输入电路采集正弦波信号中的负半周输入信号与刹车保护的PWM信号叠加后形成的脉冲信号进行过零检测；
三态RS锁存触发器，接收正半周过零脉冲检测电路、负半周过零脉冲检测电路发送的信号，输出与风力发电机输出波形具有相同周期的PWM波形。
2.根据权利要求1所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述信号输入电路包括接口CON1，所述接口CON1与输出端UH之间连接有限流电阻R7、限流电阻R6和滤波电感L2，所述限流电阻R7、限流电阻R6并联，所述接口CON1与输出端VL、输出端VH之间分别连接有防回流二极管D2、防回流二极管D3；
所述输出端UH、输出端VL连接正半周过零脉冲检测电路，所述输出端UH、输出端VH连接负半周过零脉冲检测电路。
3.根据权利要求2所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述正半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U3、三极管Q1和三极管Q2，所述光耦芯片U3的输入端之间并联有滤波电容C3、滤波电容C4和反向保护二极管D1；
所述光耦芯片U3的一个输出端通过电阻R1接入电压源，所述光耦芯片U3的另一个输出端连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极通过电阻R2接入电压源，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的基极与发射极之间连接有下拉电阻R5；
所述三极管Q1的基极接入三极管Q2的集电极，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3接入电压源，所述三极管Q1的集电极通过电阻R4连接输出端R-A，所述三极管Q1的发射极接地。
4.根据权利要求3所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述光耦芯片U3中发光二极管的阳极接入输出端UH，所述光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端VL。
5.根据权利要求2所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述负半周过零脉冲检测电路包括光耦芯片U4、三极管Q4和三极管Q3，所述光耦芯片U4的输入端之间并联有滤波电容C8、滤波电容C9和反向保护二极管D4；
所述光耦芯片U4的一个输出端通过电阻R8接入电压源，所述光耦芯片U4的另一个输出端连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极通过电阻R9接入电压源，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的基极与发射极之间连接有下拉电阻R12；
所述三极管Q3的基极接入三极管Q4的集电极，所述三极管Q3的集电极通过电阻R10接入电压源，所述三极管Q3的集电极通过电阻R11连接输出端R-B，所述三极管Q3的发射极接地。
6.根据权利要求5所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述光耦芯片U4中发光二极管的阳极接入输出端VH，所述光耦芯片U3中发光二极管的阴极接入输出端UH。
7.根据权利要求2所述的基于双向过零检测的风力发电机转速采样装置，其特征在于：所述正半周过零脉冲检测电路的输出端R-A、负半周过零脉冲检测电路的输出端R-B连接三态RS锁存触发器U2，所述三态RS锁存触发器U2在输出端R-A与输出端R-B输出的信号过零反相时驱动输出电平反相变化。
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