一种中小型风力风电机升压电源装置

摘要

本发明公开了一种中小型风力风电机升压电源装置，包括主板电路，风机发电输出电路，整流滤波电路，升压电路，温度检测电路，电压电流取样电路、电压电流保护电路以及调制驱动电路，所述主板电路与所述风机发电输出电路输出的三相交流电连接至所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接有升压电路，所述升压电路的输出共同连接有电压电流取样电路、温度检测电路以及调制驱动电路，所述电压电流取样电路与所述调制驱动电路之间连接有电压电流保护电路。本发明可以在低风速下对风力发电进行升压处理，从而提高了风力电机的发电效率，增强了中小型风力发电机的适用性，使中小型风力发电机有着广阔的领域具有商业推广价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种升压电源装置，具体涉及一种应用于中小型风力风电机的升压电源装 置。

背景技术

随着世界工业的迅猛发展，石油、煤等一次能源的消耗越来越多，导致地球上一次能源 的储量在不断的减少。因此大力发展风力发电等新能源成了全球的绕门话题，它改变了住户 和小型企业用电的现状，但是中小型风力发电机利用率低且输入电压不稳定等问题成为其得 到更广泛运用的瓶颈。

正常风力发电机在切人风速3m/s时才能启动发电，额定转速12.5m/s，当风速为25m/s 时风力发电机就有可能发生飞车危险输出电压升高等不稳定现象出现，反之当切入风速小于 3m/s时或无风时常规风力发电机的有效电量低对蓄电池无法充电，从而降低了发电效率。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种结构设计合理、保护 功能齐全、在中小型风力发电系统在风力不足的情况下能将风力发电机发出微小的电压升压 成系统所需要的电压对蓄电池补充能量的插入式升压电源装置。

技术方案：本发明所述的一种中小型风力风电机升压电源装置，包括主板电路，风机发 电输出电路，整流滤波电路，升压电路，温度检测电路，电压电流取样电路、电压电流保护 电路以及调制驱动电路，所述主板电路与所述风机发电输出电路输出的三相交流电连接至所 述整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接有升压电路，所述升压电路的输出共同连接 有电压电流取样电路、温度检测电路以及调制驱动电路，所述电压电流取样电路与所述调制 驱动电路之间连接有电压电流保护电路；所述整流滤波电路还连接有辅助电源，所述辅助电 源连接有风扇，所述升压电路输出还连接有负载，所述负载还连接有蓄电池。

作为优化，所述升压电路由两路相互并联的电感、二极管以及场效应管组成，该升压电 路可将电压升高40-80V。

作为优化，所述电感采用EE55电感，所述二极管采用MBR3060二极管，所述场效应管采 用K40T202场效应管。

作为优化，所述场效应管安装在散热片上，散热片通过风扇进行散热。

作为优化，所述温度检测电路检测的温度信号与电流信号一同送入所述调制驱动电路控 制驱动脉冲宽度。

作为优化，所述电压电流取样电路是由霍尔传感器CS020构成的检测电路。

作为优化，所述电压电流保护电路是由若干电阻构成的保护电路，该电路与所述调制驱 动电路的输入端连接。

作为优化，所述调制驱动电路是由固定频率脉宽调制芯片TL494CN构成的控制电路，该 控制电路还包括PWM电路，三角波发生器，电池电压检测以及+5V基准电路。

作为优化，所述整流滤波电路的并联输出两路升压电路，每路分别是由串联连接的电感、 两块场效应管以及二极管构成，两路升压电路输出经霍尔传感器CS020检测输出电流、电压 并对蓄电池进行补充能量；同时所述霍尔传感器CS020的输出脚对电流、电压进行检测，并 分别通过电阻送至TL494CN的16脚和1脚进行过流、过压保护。

有益效果：本升压电源装置能在中小型风力发系统在风力不足的情况下，不但不能对蓄 电池充电，而且要消耗电池的性能。其主要由控制系统及偏航系统消耗一定的电能，以10KW 风电系统为例，风能系统需消耗约为500W功率，该装置是插入式电源对现有的中小型风力发 电系统在风力不足的情况下能将风力发电机发出微小的电压升压成系统所需要的电压对蓄电 池补充能量，采用插入方式结构设计合理、保护功能齐全不会影响或改变原有的风力发电系 统功能。

该装置就有效地提高了风力发电机在低速下的发电量对蓄电池充电，大大提高了中小型 风力发电机的适用性，使中小型风力发电机有着广阔的领域具有商业推广价值。该装置能使 风力发电机发出微弱的电压升高成可进行充电，增加电量有效地延长了电池使用寿命，提高 了风力发电机全年有效的发电量。

该升压电路装置将风力发电机的三相交流电压经三相整流后再经二次倍压整流将电压升 高40-80V。有效地解决了中小型风力发系统在风力不足的情况下不能对蓄电池充电，补充 电池能量消耗的问题。这样当风机转速低时利用插入式电源装置也有充电电流，由升压电源 提供充电电流及控制系统能量。当风机转速高时输出电压超过260V升压检测系统自动切断。 由原风机系统提供能量，如果由于某种特殊原因升压电路损坏时，风机系统仍正常工作。

附图说明

图1为本发明的控制电路结构图。

图2为本发明的控制电路原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种中小型风力风电机升压电源装置，包括主板电路，风机发电输 出电路，整流滤波电路，升压电路，温度检测电路，电压电流取样电路、电压电流保护电路 以及调制驱动电路，所述主板电路与所述风机发电输出电路输出的三相交流电连接至所述整 流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接有升压电路，所述升压电路的输出共同连接有电 压电流取样电路、温度检测电路以及调制驱动电路，所述电压电流取样电路与所述调制驱动 电路之间连接有电压电流保护电路；所述整流滤波电路还连接有辅助电源，所述辅助电源连 接有风扇，所述升压电路输出还连接有负载，所述负载还连接有蓄电池。

具体电路如图1所示，主板电路与所述风机发电输出电路输出的三相交流电共同连接至 整流桥电路BRG1，整流桥电路BRG1输出分两路升压电路，其中一路为串联的电感L1、场效 应管Q1、二极管D1，另一路为串联的电感L2、场效应管Q2、二极管D2，二极管D1以及 二极管D2共同连接有霍尔传感器CS020。霍尔传感器CS020的输出连接有蓄电池组，霍尔 传感器CS020的输出还连接有TL494，其中一路通过电阻R19、R6、R9到达TL494的3脚 进行过流保护，另一路通过电阻R4、R3、R5、R7到达TL494的1脚机械过压保护。同时 TL494的各脚还连接有各种旁路，分别包括PWM电路，三角波发生器，电池电压检测以及+5V 基准电路。

本装置的场效应管因为装在散热板上，而散热板需要产生大量的热量，所以需要进行散 热处理。如图1，整流滤波电路的输出连接由开关电源，开关电源的输出连接有三端稳压器 LM7812，三端稳压输出稳定电压供给给风扇，风扇可以进行散热处理。同时三端稳压器的还 连接有温度检测电路，温度检测电路的输出与上述过流保护线路连接，通过电阻R19、R6、 R9到达TL494的3脚进行温度检测保护。

本装置的升压工作原理为：

风力发电机发出三相交流电经主板三相整流通过电感滤波后分成两路输出一路通过电感 L1-场效应管Q1-二极管D1升压。另一路通过电感L2-场效应管Q2-二极管D2升压后 两路并联放大经电流检测器CS020输出电压对电池组充电补充能量。

本装置的电流、电压保护原理为：

负载过流时由电流传感器CS020的3脚检测的过流信号-R19-R6-R9-TL494的16脚， 流过负载电流越大电位器R6中点电压越低，TL494的16脚电压随之下降，使得3脚电压升 高送入脉冲宽调制器，将TL494驱动脉冲宽度逐渐减小，从而达到过流保护目的，C8，R20为 误差放大器的反馈原件。

传感器CS020输出检测的过压信号-R4-R3-R5-R7-TL494的1脚，流过负载电压越 高电位器R5中点电压越低，TL494的1脚电压随之下降，使得3脚电压升高送入脉冲宽调制 器，将TL494驱动脉冲宽度逐渐减小，从而达到过压保护目的。

该电路放大部分采用了4只性能较高的MOSFET场效应管装在一块散热片上，长时间工作 散热片温度较高，为了避免功率管因温度升高而损坏采用了两种保护功能：1)通过辅助电源 接通12V电风扇对散热板吹风降低散热板温度。2)通过温度传感器检测散热板温度信号与电 流信号一同送入TL494芯片控制驱动脉冲宽度从而保护了功率管因温度升高的损坏，使得放 大电路稳定可靠。

该升压电路装置将风力发电机的三相交流电压经三相整流后再经二次倍压整流将电压升 高40-80V。有效地解决了中小型风力发系统在风力不足的情况下不能对蓄电池充电，补充 电池能量消耗的问题。这样当风机转速低时利用插入式电源装置也有充电电流，由升压电源 提供充电电流及控制系统能量。当风机转速高时输出电压超过260V升压检测系统自动切断。 由原风机系统提供能量，如果由于某种特殊原因升压电路损坏时，风机系统仍正常工作。(该 电源最高电压定为260V，可根据电池配置而定)该电源输出经过大功率二极管输出与输出电 路相连，这样可以避免相互之间的干扰。

正常风力发电机在切人风速3m/s时才能启动发电，额定转速12.5m/s，当风速为25m/s 时风力发电机就有可能发生飞车危险输出电压升高等不稳定现象出现，反之当切入风速小于 3m/s时或无风时常规风力发电机的有效电量低对蓄电池无法充电，该装置就有效地提高了风 力发电机在低速下的发电量对蓄电池充电，大大提高了中小型风力发电机的适用性，使中小 型风力发电机有着广阔的领域具有商业推广价值。该装置能使风力发电机发出微弱的电压升 高成可进行充电，增加电量有效地延长了电池使用寿命，提高了风力发电机全年有效的发电 量。

中小型风力发系统在风力不足的情况下，不但不能对蓄电池充电，而且要消耗电池的性 能。其主要由控制系统及偏航系统消耗一定的电能，以10KW风电系统为例，风能系统需消耗 约为500W功率，该装置是插入式电源对现有的中小型风力发电系统在风力不足的情况下能将 风力发电机发出微小的电压升压成系统所需要的电压对蓄电池补充能量，采用插入方式结构 设计合理、保护功能齐全不会影响或改变原有的风力发电系统功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本 发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在 不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变 化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施 例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。