CN201527339U

CN201527339U - 一种基于dsp的风力机特性模拟装置

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Publication number: CN201527339U
Application number: CN2009202500270U
Authority: CN
Inventors: 周雪松; 杨海珊; 马幼捷; 李季; 许立瑾; 问虎龙; 张书瑞; 武磊
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2019-11-09

Abstract

一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于它是由三相交流电源、调压器、整流滤波电路、PWM控制器、电流放大电路、霍尔电流传感器、DSP控制单元、功率驱动电路、上位机、直流电动机和光电编码器构成；其优越性在于：①不依赖于实际环境和风力机的情况下模拟风力机特性，利用DSP控制直流电机的转速；②只需改***件的参数，就能得到任意设定风速的变化曲线；③节省了实验费用，又节省了实验时间。

Description

一种基于DSP的风力机特性模拟装置

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种风力机控制装置，尤其是一种基于DSP的风力机特性模拟装置。

(二)背景技术：

从可再生能源的发展和利用来看，风能是世界上增长最快的能源。风速是自然界随机变化人力难以控制的，其具有间歇性和波动性，导致风机的工作状态也是变化的，常见的基于转矩、转速特性的仿真研究方法，很难遍历被模拟风机的每个运行状态；而且，在研究风力发电时，大多数实验室都不可能有风电场或风力机，在没有风的情况下或在实验室就无法进行这些实验和研究，这很不利于一些新式的理论和技术验证。

用通常意义上的转矩、转速特征曲线评价风机模拟控制装置也是不完全的，不能充分考核模拟器处于真实随机运行环境下的性能；其次，若在研究风机模拟装置时，不考虑装置在充分激励下的响应，也是不完善的。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于设计一种基于DSP的风力机特性模拟装置，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单，易于实现，可不受场地的限制，可较好简化目前风电***研究的实验过程，加速新方法、新技术的研究周期的装置。

本实用新型的技术方案：一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于它是由三相交流电源、调压器、整流滤波电路、PWM控制器、电流放大电路、霍尔电流传感器、DSP控制单元、功率驱动电路、上位机、直流电动机和光电编码器构成；其中所说的调压器的输入端连接三相交流电源的输出端，将输入端220V50Hz交流电调成整流滤波电路所用的电压值输出给整流滤波电路；所说的整流滤波电路的输出端分别与直流电动机的输入端和PWM控制器的输入端连接；所说的PWM控制器的输入端还与功率驱动电路的输出端连接，其输出端与霍尔电流传感器的输入端连接；所说的霍尔电流传感器的输出端分别与电流放大电路的输入端和直流电动机的输入端连接；所说的电流放大电路的输出端与DSP控制单元的输入端连接；所说的DSP控制单元的输入端还与光电编码器的输出端以及上位机的输出端连接，其输出端与功率驱动电路的输入端连接；所说的直流电动机的输出端与光电编码器的输入端连接。

上述所说的DSP控制单元采用美国德州仪器公司生产的TMS320LF2407A芯片，它包括PWM输出口、ADCIN00引脚、边界扫描仿真接口JTAG、捕获管脚QEP1和捕获管脚QEP2；所说的上位机通过边界扫描仿真接口JTAG与DSP控制单元连接。

上述所说的整流滤波电路是由桥式二极管不可控整流模块和耐压450V且电容量为470uF的电解电容构成；其中所说的桥式二极管不可控整流模块为富士公司的三相整流模块6RISOG-120，标称为30A/1200V，该桥式二极管不可控整流模块作为直流电源，其输入端连接调压器的输出端，将调压器输出的交流电信号转换为直流电信号输入给直流电动机和PWM控制器。

上述所说的PWM控制器采用的是有制动电流通路的不可逆PWM控制器，它是由晶闸管VT1和晶闸管VT2构成；上述所说的功率驱动电路由两个GTR功率驱动模块构成；所说的两个GTR功率驱动模块分别包括高速光耦隔离器HCPL4504、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4；其中所说的PWM控制器中晶闸管VT1的基极b1和晶闸管VT2的基极b2分别由功率驱动电路中的两个GTR的集电极c1和集电极c2驱动，通过其导通和关断将直流电压变成连续的脉冲信号，并输出给霍尔传感器。

上述所说的电流放大电路由两个运算放大器LM324、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6构成，其连接为常规连接；所说的电流放大电路的输出端连接DSP控制单元的ADCIN0引脚。

上述所说的霍尔电流传感器是LEM公司的LA55-P；其原边额定有效值电流为50A，副边额定有效值电流为50mA；所说的霍尔电流传感器的输入端连接PWM控制器的输出端，检测PWM控制器输出的脉冲信号，并将其输入给电流放大电路中的运算放大器LM324。

上述所说的光电编码器是增量式光电编码器，其输入端接收由直流电动机输入的转速信号，经捕获管脚QEP1和捕获管脚QEP2将其输送给DSP控制单元。

本实用新型的工作原理：该装置输入电压为AC220V，50Hz的交流电，电源后面接调压器后经整流滤波电路使得交流电变为直流电，然后通过功率开关管的导通与截止将直流电压变成连续的脉冲。而且本装置是一个具有反馈的双闭环控制装置。装置参数由上位机通过USB接口传递给下位机即DSP，采用增量式光电编码器检测电动机的转速变化，经QEP1、QEP2引脚输入给DSP，获得速度反馈信号。DSP控制器将采样到的反馈信号通过算法得到PWM1，PWM2输出的控制信号，再经光耦隔离器，驱动放大后来控制功率开关器件的导通与截止，从而控制电动机输出转矩。

本实用新型的优越性在于：①不依赖于实际环境和风力机的情况下模拟风力机特性，利用DSP控制直流电机的转速；②若要模拟不同的风力机，只需改***件的参数，就能得到任意设定风速的变化曲线；③方便实验室对风力发电装置的研究，节省了实验费用，又节省了实验时间。

(四)附图说明：

图1为本实用新型所涉一种基于DSP的风力机特性模拟装置的装置结构框图。

图2为本实用新型所涉一种基于DSP的风力机特性模拟装置中的功率驱动电路结构图。

图3为本实用新型所涉一种基于DSP的风力机特性模拟装置中的PWM变换器电路结构图。

图4为本实用新型所涉一种基于DSP的风力机特性模拟装置中的电流放大电路结构图。

图5为本实用新型所涉一种基于DSP的风力机特性模拟装置中的电流传感器结构图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种基于DSP的风力机特性模拟装置(见图1、图2)，其特征在于它是由三相交流电源、调压器、整流滤波电路、PWM控制器、电流放大电路、霍尔电流传感器、DSP控制单元、功率驱动电路、上位机、直流电动机和光电编码器构成；其中所说的调压器的输入端连接三相交流电源的输出端，将输入端220V50Hz交流电调成整流滤波电路所用的电压值输出给整流滤波电路；所说的整流滤波电路的输出端分别与直流电动机的输入端和PWM控制器的输入端连接；所说的PWM控制器的输入端还与功率驱动电路的输出端连接，其输出端与霍尔电流传感器的输入端连接；所说的霍尔电流传感器的输出端分别与电流放大电路的输入端和直流电动机的输入端连接；所说的电流放大电路的输出端与DSP控制单元的输入端连接；所说的DSP控制单元的输入端还与光电编码器的输出端以及上位机的输出端连接，其输出端与功率驱动电路的输入端连接；所说的直流电动机的输出端与光电编码器的输入端连接。

上述所说的PWM控制器(见图3)采用的是有制动电流通路的不可逆PWM控制器，它是由晶闸管VT1和晶闸管VT2构成；上述所说的功率驱动电路由两个GTR功率驱动模块构成；所说的两个GTR功率驱动模块分别包括高速光耦隔离器HCPL4504、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4；其中所说的PWM控制器中晶闸管VT1的基极b1和晶闸管VT2的基极b2分别由功率驱动电路中的两个GTR的集电极c1和集电极c2驱动，通过其导通和关断将直流电压变成连续的脉冲信号，并输出给霍尔传感器。

上述所说的电流放大电路(见图4)由两个运算放大器LM324、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6构成，其连接为常规连接；所说的电流放大电路的输出端连接DSP控制单元的ADCIN0引脚。

上述所说的霍尔电流传感器(见图5)是LEM公司的LA55-P；其原边额定有效值电流为50A，副边额定有效值电流为50mA；所说的霍尔电流传感器的输入端连接PWM控制器的输出端，检测PWM控制器输出的脉冲信号，并将其输入给电流放大电路中的运算放大器LM324。

Claims

1.一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于它是由三相交流电源、调压器、整流滤波电路、PWM控制器、电流放大电路、霍尔电流传感器、DSP控制单元、功率驱动电路、上位机、直流电动机和光电编码器构成；其中所说的调压器的输入端连接三相交流电源的输出端，将输入端220V50Hz交流电调成整流滤波电路所用的电压值输出给整流滤波电路；所说的整流滤波电路的输出端分别与直流电动机的输入端和PWM控制器的输入端连接；所说的PWM控制器的输入端还与功率驱动电路的输出端连接，其输出端与霍尔电流传感器的输入端连接；所说的霍尔电流传感器的输出端分别与电流放大电路的输入端和直流电动机的输入端连接；所说的电流放大电路的输出端与DSP控制单元的输入端连接；所说的DSP控制单元的输入端还与光电编码器的输出端以及上位机的输出端连接，其输出端与功率驱动电路的输入端连接；所说的直流电动机的输出端与光电编码器的输入端连接。

2.根据权利要求1中所述一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于所说的DSP控制单元采用美国德州仪器公司生产的TMS320LF2407A芯片，它包括PWM输出口、ADCIN00引脚、边界扫描仿真接口JTAG、捕获管脚QEP1和捕获管脚QEP2；所说的上位机通过边界扫描仿真接口JTAG与DSP控制单元连接。

3.根据权利要求1中所述一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于所说的整流滤波电路是由桥式二极管不可控整流模块和耐压450V且电容量为470uF的电解电容构成；其中所说的桥式二极管不可控整流模块为富士公司的三相整流模块6RISOG-120，标称为30A/1200V，该桥式二极管不可控整流模块作为直流电源，其输入端连接调压器的输出端，将调压器输出的交流电信号转换为直流电信号输入给直流电动机和PWM控制器。

4.根据权利要求1或3中所述一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于所说的PWM控制器采用的是有制动电流通路的不可逆PWM控制器，它是由晶闸管VT1和晶闸管VT2构成；上述所说的功率驱动电路由两个GTR功率驱动模块构成；所说的两个GTR功率驱动模块分别包括高速光耦隔离器HCPL4504、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4；其中所说的PWM控制器中晶闸管VT1的基极b1和晶闸管VT2的基极b2分别由功率驱动电路中的两个GTR的集电极c1和集电极c2驱动，通过其导通和关断将直流电压变成连续的脉冲信号，并输出给霍尔传感器。

5.根据权利要求1或4中所述一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于所说的霍尔电流传感器是LEM公司的LA55-P；其原边额定有效值电流为50A，副边额定有效值电流为50mA；所说的霍尔电流传感器的输入端连接PWM控制器的输出端，检测PWM控制器输出的脉冲信号，并将其输入给电流放大电路中的运算放大器LM324。

6.根据权利要求1中所述一种基于DSP的风力机特性模拟装置，其特征在于所说的光电编码器是增量式光电编码器，其输入端接收由直流电动机输入的转速信号，经捕获管脚QEP1和捕获管脚QEP2将其输送给DSP控制单元。