一种小型风力发电机低风速充电控制器

摘要

一种小型风力发电机低风速充电控制器，包括有整流滤波电路、转速测试电路、开关电路和受控升压稳压电路，交流电通过整流滤波电路与所述的转速测试电路连接，所述的转速测试电路的输出端与所述的开关电路的输入端连接，所述的开关电路的输出端与所述的受控升压稳压电路的输入端连接，所述的受控升压稳压电路输出至发电机控制器，稳压电路为转速测试电路提供稳定的工作电源，稳压电路的输入端与所述的整流滤波电路的输出端连接，其优点在于稳压电路的输入端与所述的整流滤波电路的输出端连接，避免了稳压电路直接从蓄电池中取电，当风机不工作时，整流滤波电路的输出端电压为零，稳压电路及系统电路停止工作，实现了静态工作时的电流零损耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是涉及一种小型风力发电机低风速充电控制器。

背景技术

大部分风力发电机所发出的电能都是直接向蓄电池充电并由蓄电池储能，当发电机的转速未达到额定的转速时所输出的电压低于蓄电池的电压，此时发电机不能向蓄电池充电，只有发电机的电压高于蓄电池的电压时才能向蓄电池充电，风力发电机在实际使用时并不是每时每刻都能使发电机的转速达到额定转速，无风或低风力的天气使风力发电机不转或转速不够，使发电机的输出电压低于蓄电池的电压，而不能向蓄电池充电，为此风力发电机的风能利用率不高。

如果降低发电机的额定转速，使发电机在低转速时发电。但是低转速发电机的体积大、造价过高，而且低风力时驱动扭力过低很难驱动发动机转动达到额定的转速，为此低转速发电机并不能有效提高风力发电机的发电效率。

从提高发电机的发电效率的角度考虑去改善风力发电机，按目前现有的技术和材料要提高发电机的效率几个百分比也是不容易的，如通过对叶片的结构改造，使用高强度轻质量的新型材料等制造叶片并增大叶片的尺寸以增大低风速时的扭力，可以提高风力发电机的发电效率，但很难将发电效率大幅度提高。中国专利号为ZL200620054077.8的实用新型专利公开了一种名称为“风力发电机的升压装置”，其包括DC/DC升压电路、电压比较器和稳压电源；DC/DC升压电路串联在风力永磁发电机的输出端与蓄电池之间，电压比较器串联在风力永磁发电机的输出端与DC/DC升压电路的控制端之间，稳压电源并联在蓄电池的两端，稳压电压提供DC/DC升压电路和电压比较器的工作电压。其效果为当发电机输出低于蓄电池的电压，经电压比较器判断输出控制信号驱动DC/DC升压电路将发电机输出的电压升压，并向蓄电池充电，当发电机输出高于蓄电池的电压，经电压比较器判断输出控制信号关闭DC/DC升压电路，又风力永磁发电机直接向蓄电池充电。从而有效地提高了永磁发电机的发电效率。但也存在着缺点：稳压电源由蓄电池供电，当发电机不工作时，稳压电源及后续电路继续损耗蓄电池的电量，降低了发电效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种小型风力发电机低风速充电控制器，当发电机不工作时，稳压电源及后续电路不会损耗损耗蓄电池的电量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种小型风力发电机低风速充电控制器，包括有整流滤波电路、转速测试电路、开关电路和受控升压稳压电路，交流电通过整流滤波电路与所述的转速测试电路连接，所述的转速测试电路的输出端与所述的开关电路的输入端连接，所述的开关电路的输出端与所述的受控升压稳压电路的输入端连接，所述的受控升压稳压电路输出至发电机控制器，稳压电路为转速测试电路提供稳定的工作电源，稳压电路的输入端与所述的整流滤波电路的输出端连接。

稳压电路包括第一三极管，所述的第一三极管的集电极与整流滤波电路的正极输出端连接，所述的第一三极管的集电极分别通过第一电阻和第二电容接地，所述的第一三极管的基极通过第一二极管接地，所述的第一二极管的负极与第一三极管的基极连接，所述的第一二极管的正极接地。所述的第一三极管的发射极通过第三电容接地，所述的第一三极管的发射极与所述的电压比较器的第八引脚连接。

受控升压稳压器包括型号为LM2577T-ADJ的集成稳压芯片、电感和第五二极管，所述的电感和第五二极管串接在整流后的电源正极上，所述的场效应管的源极与集成稳压芯片的第五引脚连接，所述的集成稳压芯片的第一引脚分别通过第六电容和第二十电阻连接，所述的集成稳压芯片的第三引脚接地，所述的整流后的电源正极通过第四电容接地，所述的第四电容的正极与所述的电感一端连接，所述的集成稳压芯片的第四引脚与电感的另一端连接，所述的集成稳压芯片的第二引脚通过第二十一电阻与第五二极管的负极连接，所述的集成稳压芯片的第二引脚通过第二十二电阻接地。

转速测试电路包括电压比较器，经电阻网络设置二种比较电压，第二电阻和第三电阻为第一个比较分压点，输入至电压比较器的第二引脚，第四电阻和第五电阻为第二个比较分压点，输入至电压比较器的第五引脚，第八电阻和第九电阻分别输入至电压比较器的第六引脚和第三引脚，电压比较器提供基准电压，电压比较器的第一引脚与第三引脚之间设置有第十一电阻，电压比较器的第五引脚与第七引脚设置有第十电阻。

开关电路包括第二三极管和场效应管，所述的电压比较器的第一引脚通过第二三极管与三极管的基极连接，所述的第二二极管的负极与电压比较器的第一引脚连接，所述的第二二极管的正极与第二三极管的基极连接，所述的电压比较器的第七引脚通过第十二电阻与第二三极管的基极连接，所述的第二三极管的基极通过第十三电阻接地，所述的第二三极管的发射极通过第四二极管接地，所述的第二三极管的集电极通过第十五电阻与场效应管的栅极连接，所述的场效应管的漏极与整流后的电源正极连接，所述的场效应管的漏极与所述的场效应管的栅极之间并联设置有第三二极管和第十四电阻。

受控升压稳压器的正输出端上设置有第六二极管，所述的受控升压稳压器的正输出端通过第七电容接地。

与现有技术相比，本发明的优点在于稳压电路的输入端与所述的整流滤波电路的输出端连接，避免了稳压电路直接从蓄电池中取电，当风机不工作时，整流滤波电路的输出端电压为零，稳压电路及系统电路停止工作，实现了静态工作时的电流零损耗。

三相整流滤波电路其优点：成本低廉，结构简单。工作原理：利用二极的单向导通特性。

稳压电路其优点：体积小，便于装配，且成本低廉，有利于批量生产。工作原理：利用稳压管特性得到电源电压。

转速测试电路：电路器件成本低廉，而且便于更改参数以达到所需要工作点。工作原理：

1、关于下限转速：下限转速由电压比较器U1A的采样分压器R2、R3比值确定，当转换下降低速采样点电压低于比较基准时，U1A输出高电位，关闭升压器。

2、关于上限转速：上限转速由电压比较器U1B的采样分压器R4，R5比较确定当转速上升采样点电压高于比较基准时，U1B输出高电位，关闭升压器。

3、升压值：升压值由升压集成电路LM2577-ADJ输入采样分压器R8、R9的比值确定，升压值略低于蓄电池浮充电压。

开关电路其优点：电路与元件简单，成本低廉体积小，利于批量生产。工作原理：利用三极管的关断与导通提供LM2577T-ADJ的工作电源。

受控升压稳压器：优点：电路集成化，体积小，成本低廉，利于批量生产。工作原理：输入工作电压直接升压到所需要电压。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明的电路原理图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种小型风力发电机低风速充电控制器，包括有整流滤波电路1、转速测试电路3、开关电路4和受控升压稳压电路5，交流电通过整流滤波电路1与转速测试电路3连接，转速测试电路3的输出端与开关电路4的输入端连接，开关电路4的输出端与受控升压稳压电路5的输入端连接，受控升压稳压电路5输出至发电机控制器，稳压电路2为转速测试电路5提供稳定的工作电源，稳压电路2的输入端与整流滤波电路1的输出端连接。

稳压电路2包括第一三极管Q1，第一三极管Q1的集电极与整流后的电源正极连接，第一三极管Q1的集电极分别通过第一电阻R1和第二电容C2接地，第一三极管Q1的基极通过第一二极管D1接地，第一二极管D1的负极与第一三极管Q1的基极连接，第一二极管D1的正极接地。第一三极管Q1的发射极通过第三电容C3接地，第一三极管Q1的发射极与电压比较器U1的第八引脚连接。

受控升压稳压器5包括型号为LM2577T-ADJ的集成稳压芯片U3、电感L和第五二极管D5，电感L和第五二极管D5串接在整流后的电源正极上，场效应管Q3的源极与集成稳压芯片U3的第五引脚连接，集成稳压芯片U3的第一引脚分别通过第六电容C6和第二十电阻R20连接，集成稳压芯片U3的第三引脚接地，整流后的电源正极通过第四电容C4接地，第四电容C4的正极与电感L一端连接，集成稳压芯片U3的第四引脚与电感L的另一端连接，集成稳压芯片U3的第二引脚通过第二十一电阻R21与第五二极管D5的负极连接，集成稳压芯片U3的第二引脚通过第二十二电阻R22接地。

转速测试电路3包括电压比较器U1，经电阻网络设置二种比较电压，第二电阻R2和第三电阻R3为第一个比较分压点，输入至电压比较器U1的第二引脚，第四电阻R4和第五电阻R5为第二个比较分压点，输入至电压比较器U1的第五引脚，第八电阻R8和第九电阻R9分别输入至电压比较器U1的第六引脚和第三引脚，电压比较器U1提供基准电压，电压比较器U1的第一引脚与第三引脚之间设置有第十一电阻R11，电压比较器U1的第五引脚与第七引脚设置有第十电阻R10。

开关电路4包括第二三极管Q2和场效应管Q3，电压比较器U1的第一引脚通过第二二极管D2与第二三极管Q2的基极连接，第二二极管D2的负极与电压比较器U1的第一引脚连接，第二二极管D2的正极与第二三极管Q2的基极连接，电压比较器U1的第七引脚通过第十二电阻R12与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的基极通过第十三电阻R13接地，第二三极管Q2的发射极通过第四二极管D4接地，第二三极管Q2的集电极通过第十五电阻R15与场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的漏极与整流后的电源正极连接，场效应管Q3的漏极与场效应管Q3的栅极之间并联设置有第三二极管D3和第十四电阻R14。

受控升压稳压器5的正输出端上设置有第六二极管D6，受控升压稳压器5的正输出端通过第七电容C7接地。

工作原理：充电控制器的下限电压由电压比较器U1A的第二电阻R2和第三电阻R3比值确定，当风机转速下降使采样点电压低于比较基准时，电压比较器U1A输出高电位，关闭受控升压稳压器。充电控制器的上限电压由电压比较器U1B的第四电阻R4和第五电阻R5比值确定，当风机转速上升使采样点电压高于比较基准时，电压比较器U1B输出高电位，关闭受控升压稳压器。升压值由升压集成电路LM2577-ADJ输入第八电阻R8和第九电阻R9的比值确定，升压值略低于蓄电池浮充电压。

风机三相交流电压经A、B、C输入端进入整流电路，经过三相整流滤波为直流电压。

D点电压经过控制电源稳压后至E点为稳定的直流电压，为电压比较器U1提供稳定的工作电源。H点经第八电阻R8和第九电阻R9分压后为电压比较器U1A和U1B提供稳定的基准电压。F点是最高电压采样点G点是最低电压采样点。

1)当F点电压高于H点电压(风机转速高)时电压比较器U1A输出低电平，I点为低电位，第二三极管Q2截止，场效应管Q3截止。集成稳压芯片U3无供电电源不工作，使风机电能整流后通过电感L、第五二极管D5、第六二极管D6输出。

2)当G点电压小于H点(风机转速低)时电压比较器U1B输出低电平，I点为低电位，第二三极管Q2截止，场效应管Q3截止。集成稳压芯片U3无供电电源不工作。

3)当F点电压低于H点且G点电压高于H点(工作转速)时I点为高电位，第二三极管Q2导通，场效应管Q3导通。场效应管Q3为集成稳压芯片U3提供稳定电源，集成稳压芯片U3工作，输出为稳定高电压。