一种电动机伺服控制器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电动机伺服控制器，包括伺服电动机、后备电源、软启及卸荷电路和连接在交流电上的可控整流电路，还包括PWM逆变桥和直流-直流半桥软开关高频电路，所述直流-直流半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路、高频变压器和高压侧半桥电路，所述低压侧半桥电路通过高频变压器与高压侧半桥电路连接，所述后备电源与低压侧半桥电路连接，所述高压侧半桥电路与PWM逆变桥的直流端连接，PWM逆变桥的交流端与伺服电动机连接，所述整流电路与PWM逆变桥的直流端连接。本发明专利技术在电网电压波动时，后备电源能够向伺服电动机提供充足的电能，保证桨叶电动机转速控制的精度要求，增强整个系统工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种电动机伺服控制器及其控制方法
本专利技术涉及到风力发电
，尤其涉及一种适用于风力发电机变桨系统的电动机伺服控制器及其控制方法。
技术介绍
电动机伺服控制器是变浆系统的重要组成部分，变浆系统又是风力发电机的重要组成部分，变桨系统的所有部件都安装在轮毂上，风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。风机的叶片通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时，为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置。当变桨系统的主电源供电失效后，就需要备用电池供电进行变桨操作，以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机。现有技术的电动机伺服控制器存在诸多不足之处，如：不具备给备用电池充电的功能，必须要外部再安装充电器；在电网电压波动时，特别在电网电压深度跌落时，会影响转速控制；在完全由备用电池供电时，会因为备用电池放电电压下降而造成速度控制精度下降；需要软启电阻和卸荷电阻两个功率电阻。公开号为CN101510749，公开日为2009年08月19日的中国专利文献公开了一种基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器，其特征在于：包括主控和从控单元，主控和从控单元包括各自的DSP芯片、光耦驱动隔离模块、全桥功率驱动模块、电流传感器模块、位置传感器模块，主控单元的DSP芯片给出PWM信号，经光耦隔离后，控制全桥功率驱动模块输出六相平面电机驱动电流，通过激光位置传感器采集两路平面电机X轴位置；从控单元的DSP芯片给出PWM信号，经光耦隔离后，控制全桥功率驱动模块输出六相平面电机驱动电流，通过激光位置传感器采集一路平面电机Y轴位置；主从DSP通过CAN总线实时交换同步控制信号，使用3自由度同步控制策略控制平面电机实现X轴、Y轴、θZ自由度的快速准确定位。该专利文献公开的基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器，虽然能够实现X轴、Y轴、θZ自由度的快速准确定位，但是，用于风力发电机变桨系统时，不能给备用电池充电，在电网电压波动时，特别在电网电压深度低落时，会影响转速控制，导致整个系统工作稳定性变差。公开号为CN102042167A，公开日为2011年05月04日的中国专利文献公开了一种变桨装置，其特征在于，包括：伺服电机驱动器、变桨电机和超级电容；所述伺服电机驱动器包括主电回路、控制器和充放电电路；所述主电回路与所述变桨电机连接，用于向变桨电机提供电能；所述充放电电路与所述超级电容连接，所述充放电电路为脉冲宽度调制电路；所述控制器用于根据变桨参数控制所述变桨电机进行变桨操作。该专利文献公开的变桨装置，伺服电机驱动器中设置有脉冲宽度调制充放电电路，虽然能够对超级电容进行充放电，但在完全由超级电容供电时，会因为超级电容放电电压下降而造成速度控制精度下降，影响整个变桨装置的工作稳定性。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种电动机伺服控制器及其控制方法，本专利技术在电网电压波动时，特别在电网电压深度跌落时，后备电源能够向伺服电动机提供充足的电能，保证桨叶电动机转速控制的精度要求，增强整个系统工作稳定性。本专利技术通过下述技术方案实现：一种电动机伺服控制器，包括伺服电动机、后备电源、软启电路、卸荷电路和连接在交流电上的整流电路，其特征在于：还包括脉冲宽度调制逆变桥和用于给所述后备电源进行充放电的直流-直流半桥软开关高频电路，所述直流-直流半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路、高频变压器和高压侧半桥电路，所述低压侧半桥电路通过高频变压器与高压侧半桥电路连接，所述后备电源与低压侧半桥电路连接，所述高压侧半桥电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接，脉冲宽度调制逆变桥的交流端与伺服电动机连接，所述整流电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接。还包括功率电阻，所述软启电路包括软启电阻，卸荷电路包括卸荷电阻，软启电阻和卸荷电阻共用一个功率电阻，形成软启卸荷电路。所述后备电源为锂电池或超级电容。一种电动机伺服控制器的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：a、过压保护步骤，上电阶段，软启继电器K1断开，功率电阻R1给直流母线电容C3、C4充电,充满电后，软启继电器K1闭合；运行阶段，直流母线电容C3、C4两端电压达到绝缘栅双极性晶体管的设定最大保护门限电压值时，通过功率电阻R1泄放能量，完成过压保护；b、后备电源电网充电步骤，后备电源电量不足时，直流-直流半桥软开关高频电路从直流母线取电，通过高频变压器将高压电转化为低压直流电为后备电源充电；c、后备电源能量回馈充电步骤,当能量需要从伺服电动机向后备电源传递时，脉冲宽度调制逆变桥形成的逆变电路将交流电变成直流电，再通过高频变压器将高压直流电斩波成低压直流电压，完成充电；d、后备电源放电步骤，当能量需要从后备电源传到伺服电动机时，高频变压器将后备电源提供的低直流电压升压成额定直流母线电压，通过脉冲宽度调制逆变桥将直流电压逆变成交流电，完成放电。所述步骤b、步骤c和步骤d中所采用的高频变压器均是带有漏感的高频隔离变压器。本专利技术所述脉冲宽度调制逆变桥，即PWM逆变桥。本专利技术所述DSP控制器，即数字信号处理控制器。本专利技术的工作原理如下：电动机伺服驱动器由采样控制电路、伺服电动机、后备电源、软启电路、卸荷电路、软启和卸荷公用的功率电阻，以及连接在交流电上的整流电路、脉冲宽度调制逆变桥和低压侧半桥电路、高频变压器、高压侧半桥电路构成。当使用外部电网供电时，连接在输入交流电上的整流电路将交流电整流为直流电，通过软启电阻给母线电容充电，完成充电过程后，闭合软启继电器，通过脉冲宽度调制逆变桥将直流电逆变成交流电驱动伺服电动机运行。当外部交流电网深度跌落或者断电时，立即启动后备电源供电，通过控制高频变压器两边低压侧半桥电路和高压侧半桥电路的相位，完成能量由低压侧向高压侧转换，再通过脉冲宽度调制逆变桥将后备电源提供的直流电转换成交流电驱动伺服电动机。当母线电压超过额定保护值时，打开卸荷回路开关，通过卸荷电阻完成卸荷。在运行中，随时检查后备电源电量，当电量低于额定电量的90％时，通过控制高频变压器两边低压侧半桥电路和高压侧半桥电路的相位，完成能量由高压侧向低压侧转换，对后备电源进行充电。运行过程中，当伺服电动机制动产生过大的能量时，脉冲宽度调制逆变桥可以作为整流器用，将交流电整流为直流电供应给母线电容和后备电源。本专利技术的有益效果主要表现在以下几个方面：一、本专利技术，“直流-直流半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路、高频变压器和高压侧半桥电路，所述低压侧半桥电路通过高频变压器与高压侧半桥电路连接，所述后备电源与低压侧半桥电路连接，所述高压侧半桥电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接，脉冲宽度调制逆变桥的交流端与伺服电动机连接，所述整流电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接”，采用直流-直流半桥软开关高频电路拓扑可以完成能量的双向流动，将直流-直流半桥软开关高频电路和后级的脉冲宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机伺服控制器，包括伺服电动机、后备电源、软启电路、卸荷电路和连接在交流电上的整流电路，其特征在于：还包括脉冲宽度调制逆变桥和用于给所述后备电源进行充放电的直流‑直流半桥软开关高频电路，所述直流‑直流半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路、高频变压器和高压侧半桥电路，所述低压侧半桥电路通过高频变压器与高压侧半桥电路连接，所述后备电源与低压侧半桥电路连接，所述高压侧半桥电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接，脉冲宽度调制逆变桥的交流端与伺服电动机连接，所述整流电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接。

【技术特征摘要】
1.一种电动机伺服控制器，包括伺服电动机、后备电源、软启电路、卸荷电路和连接在交流电上的整流电路，其特征在于：还包括脉冲宽度调制逆变桥和用于给所述后备电源进行充放电的直流-直流半桥软开关高频电路，所述直流-直流半桥软开关高频电路包括低压侧半桥电路、高频变压器和高压侧半桥电路，所述低压侧半桥电路通过高频变压器与高压侧半桥电路连接，所述后备电源与低压侧半桥电路连接，所述高压侧半桥电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接，脉冲宽度调制逆变桥的交流端与伺服电动机连接，所述整流电路与脉冲宽度调制逆变桥的直流端连接。2.根据权利要求1所述的一种电动机伺服控制器，其特征在于：还包括功率电阻，所述软启电路包括软启电阻，卸荷电路包括卸荷电阻，软启电阻和卸荷电阻共用一个功率电阻，形成软启卸荷电路。3.根据权利要求1所述的一种电动机伺服控制器，其特征在于：所述后备电源为锂电池或超级电容。4.根据权利要求1所述的一种电动机伺服控制器的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：a、过压保护步骤，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵泽生，蒋驰雷，陈辉，何光俊，向阳，项勤建，张甜甜，
申请(专利权)人：四川东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51