风力发电机磁粉刹车系统.pdf

本发明涉及一种风力发电机磁粉刹车系统，包括控制器、电源转换模块、数字风速仪、转速信号模块、驱动模块、风力发电机轴和磁粉制动器。它以磁粉为介质，通过以单片机元件为核心的控制器，调控磁粉制动器的输出制动转矩，对风力发电机轴无级减速刹车，并且在环境风速小于上限风速时，风力发电机在刹车过程中仍然能继续发电。本发明提高了风力发电机的发电效率，减少能源浪费，具有冲击力小，摩擦材料能重复利用，寿命长，安全稳定的优点，特别是为风力发电机提供一种新的刹车方式，拓宽了风力发电机刹车方式。

权利要求书
1.  风力发电机磁粉刹车系统，包括控制器、电源转换模块、数字风速仪、转速信号模块、 驱动模块、风力发电机轴，其特征在于还包括磁粉制动器；
所述的数字风速仪和转速信号模块连接控制器，所述的控制器连接驱动模块，所述的驱 动模块连接磁粉制动器，所述的电源转换模块连接数字风速仪、转速信号模块、控制器和磁 粉制动器，所述的磁粉制动器与风力发电机轴连接；
所述的控制器包括型号为PIC16F873单片机，控制器的输出端与第一电阻(R1)的一端 连接；
所述的驱动模块包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、场效应管(Q)和二极管(D)，场 效应管(Q)的栅极连接第一电阻(R1)的一端和第二电阻(R2)的一端，场效应管(Q)的 漏极与激磁线圈(LF)的一端连接，场效应管(Q)的源极与电源转换模块的负极连接，二 极管(D)的阴极与场效应管(Q)的漏极连接，二极管(D)的阳极与场效应管(Q)的源极 连接，第二电阻(R2)的另一端与电源转换模块的负极连接；
所述的磁粉制动器包括激磁线圈(LF)、磁粉、制动架和转子轴，激磁线圈(LF)的另 一端与48V电源的正极连接；
所述的电源转换模块输入端连接48V电源的正极和负极，电源转换模块的48V负极、12V 负极和5V负极连接在一起，数字风速仪连接12V电源的正极和负极，转速信号模块连接12V 电源的正极和负极，控制器连接5V电源的正极和负极。

2.  根据权利要求1所述的的风力发电机磁粉刹车系统，其特征在于所述的磁粉在激磁线 圈(LF)产生的磁场作用下形成磁粉链，磁粉链连接制动架和转子轴，转子轴连接风力发电 机轴。

说明书风力发电机磁粉刹车系统
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，特别是涉及风力发电机磁粉刹车系统。
背景技术
随着人们对无污染可再生能源的不断需求，风力发电行业日益受到人们的重视。近 年来人们在快速发展风电产业的同时，对风力发电机的控制技术和安全要求越来越高。
风力发电机由于处于自然环境中，一年四季风速变化大。当风速超大时，如果不及 时对风力发电机采取减速刹车制动措施，那么风力发电机将超过最高运行转速，导致其损坏。 因此风力发电机必须安装刹车制动保护系统。
目前风力发电机安装的刹车制动保护系统，主要有电磁刹车盘制动系统、电子刹车 制动系统、液压刹车制动系统三种方式。
授权公告号为CN 201474876U，申请日2009.07.31，实用新型专利名称为风力发电 机的软制动装置，该专利提供一种风力发电机的软制动装置，虽然能使风力发电机在超速运 转时实现柔性减速，进而通过刹车片与刹车盘摩擦使发电机逐步停转，但是此实用新型专利 不足之处是利用液压系统控制刹车片与刹车盘面产生摩擦力实现制动，刹车片在刹车过程中 易磨损，并且刹车制动后停止发电。
授权公告号为CN 102312776B，申请日2011.08.22，发明专利名称为一种风力发电 机电磁刹车装置，该发明虽然是在刹车过程中，采用分级递增双窄脉冲方式控制开关闭合， 使刹车持续一段时间，然后放开，反复进行；产生制动力的原理是当进行电磁刹车时，利用 风机线圈通电，产生了与发电机定子磁场方向相反新磁场，阻碍转子的运动，对轮毂产生一 个制动力。但是此发明不足之处是有级减速刹车。
授权公告号为CN 102094754B，申请日为2009.12.14，发明专利名称为风力发电机 电子刹车系统，该发明在电子刹车过程中，采用多次点刹方式刹车，不足之处是属于有级减 速刹车方式，并且有机械刹车接口。
发明内容
本发明目的就是针对现有技术不足，提供一种风力发电机磁粉刹车系统，它通过以单 片机元件为核心的控制器，以磁粉为介质，调控磁粉制动器的输出制动转矩，控制风力发电 机轴无级减速刹车，从而实现风力发电机的无级减速刹车软制动。
技术方案：本发明的风力发电机磁粉刹车系统，包括控制器、电源转换模块、数字 风速仪、转速信号模块、驱动模块、磁粉制动器和风力发电机轴；
所述的数字风速仪和转速信号模块连接控制器，所述的控制器连接驱动模块，所述 的驱动模块连接磁粉制动器，所述的电源转换模块连接数字风速仪、转速信号模块、控制器 和磁粉制动器，所述的磁粉制动器与风力发电机轴连接；
所述的控制器包括型号为PIC16F873单片机，控制器的输出端与第一电阻R1的一端 连接；
所述的驱动模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、场效应管Q和二极管D，场效应管 Q的栅极连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，场效应管Q的漏极与激磁线圈L F 的一端连接，场效应管Q的源极与电源转换模块的负极连接，二极管D的阴极与场效应管Q 的漏极连接，二极管D的阳极与场效应管Q的源极连接，第二电阻R2的另一端与电源转换模 块的负极连接；
所述的磁粉制动器包括激磁线圈LF、磁粉、制动架和转子轴，激磁线圈L F的另一 端与48V电源的正极连接；
所述的电源转换模块输入端连接48V电源的正极和负极，电源转换模块的48V负极、 12V负极和5V负极连接在一起，数字风速仪连接12V电源的正极和负极，转速信号模块连接 12V电源的正极和负极，控制器连接5V电源的正极和负极。
所述的磁粉在激磁线圈LF产生的磁场作用下形成磁粉链，磁粉链连接制动架和转子 轴，转子轴连接风力发电机轴。
工作原理：以单片机为核心元件的控制器，负责对接收到的数据处理。数字风速仪 监测环境风速，并把其输出的环境风速信号送给控制器，风力发电机轴的转速经转速信号模 块形成转速数字信号送给控制器，当风力发电机轴的转速大于其额定转速时，控制器输出脉 宽逐渐增大的PWM信号送给驱动模块，驱动模块驱动激磁线圈使其电流逐渐增大，磁场逐渐 增强，此时处于该磁场中的磁粉被磁化成磁粉链，磁粉链在制动架和转子轴之间形成结合力， 结合力随着磁场的增强而增大，结合力越大，传递到转子轴和风力发电机轴上的制动转矩也 越大，从而风力发电机逐渐刹车减速，直至使其维持在额定转速状态并且继续运转发电。当 控制器接收到环境风速大于上限风速信号时，控制器增大输出的PWM信号脉冲宽度，增大流 经激磁线圈的电流，增大磁场的磁感应强度，增大磁粉链所形成的结合力，增大转子轴和风 力发电机轴上的制动转矩，使风力发电机再刹车减速，直至减速停止。当控制器接收到环境 风速小于上限风速信号时，控制器逐渐减小输出的PWM信号脉冲宽度，使流经激磁线圈的电 流逐渐减小，使其产生的磁场逐渐减弱，逐渐减小磁粉链在制动架和转子轴之间形成的结合 力，逐渐减小转子轴和风力发电机轴上的制动转矩，使风力发电机转速逐渐增大直至达到其 额定转速。当风力发电机轴的转速再次大于其额定转速时，则系统进入下一个控制周期，周 而复始。
有益效果：与现有技术相比本发明优点是为风力发电机提供一种新的刹车方式，拓 宽了风力发电机刹车方式。它以磁粉为介质，通过以单片机元件为核心的控制器，调控磁粉 制动器的输出制动转矩，对风力发电机轴无级减速刹车，并且在环境风速小于上限风速时， 风力发电机在刹车过程中仍然能继续发电。本发明提高了风力发电机的发电效率，减少能源 浪费，具有冲击力小，摩擦材料能重复利用，寿命长，安全稳定的优点。
附图说明
图1为本发明的风力发电机磁粉刹车系统结构框图；
图2为本发明的风力发电机磁粉刹车系统部分电路图；
图3为本发明的风力发电机磁粉刹车系统的磁粉制动器结构框图。
图中有：电源转换模块1，数字风速仪2，转速信号模块3，控制器4，驱动模块5， 磁粉制动器6，风力发电机轴7；激磁线圈6-1，磁粉6-2，制动架6-3，转子轴6-4。
具体实施方式
下面结合附图并用最佳的实施例对本发明作详细说明。
参见图1，本发明结构包括电源转换模块1、数字风速仪2、转速信号模块3、控制 器4、驱动模块5、磁粉制动器6、风力发电机轴7；数字风速仪2和转速信号模块3连接控 制器4，控制器4再连接驱动模块1，驱动模块1再连接磁粉制动器6，电源转换模块1连接 数字风速仪2、转速信号模块3、控制器4和磁粉制动器6，磁粉制动器6与风力发电机轴7 连接；
参见图1和图2，控制器4包括型号为PIC16F873单片机，控制器4的输出端与第 一电阻R1的一端连接；
参见图1和图2，驱动模块5包括第一电阻R1、第二电阻R2、场效应管Q和二极管 D，场效应管Q的栅极连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，场效应管Q的漏极与激 磁线圈L F的一端连接，场效应管Q的源极与电源转换模块的负极连接，二极管D的阴极与 场效应管Q的漏极连接，二极管D的阳极与场效应管Q的源极连接，第二电阻R2的另一端与 电源转换模块的负极连接；
参见图2和图3，磁粉制动器6包括激磁线圈6-1、磁粉6-2、制动架6-3和转子轴 6-4，激磁线圈6-1的另一端与48V电源的正极连接；
参见图1和图2，电源转换模块1的输入端连接48V电源的正极和负极，48V电源的 负极、电源转换模块1的12V负极和5V负极连接在一起，数字风速仪2连接电源转换模块1 的12V电源的正极和负极，转速信号模块3连接电源转换模块1的12V电源的正极和负极， 控制器4连接电源转换模块1的5V电源的正极和负极。
参见图1和图3，磁粉6-2在激磁线圈6-1产生的磁场作用下形成磁粉链，磁粉链 连接制动架6-3和转子轴6-4，转子轴6-4连接风力发电机轴7。
工作过程：以型号为PIC16F873单片机为核心元件的控制器4，负责对接收到的数 据处理。数字风速仪2监测环境风速，并把其输出的环境风速信号送给控制器4，风力发电 机轴7的转速经转速信号模块3形成转速数字信号送给控制器4，当风力发电机轴7的转速 大于其额定转速时，控制器4输出脉宽逐渐增大的PWM信号送给驱动模块5，驱动模块5驱 动激磁线圈LF使其电流逐渐增大，磁场逐渐增强，此时处于该磁场中的磁粉6-2被磁化成磁 粉链，磁粉链在制动架6-3和转子轴6-4之间形成结合力，结合力随着磁场的增强而增大， 结合力越大，传递到转子轴6-4和风力发电机轴7上的制动转矩也越大，从而风力发电机逐 渐刹车减速，直至使其维持在额定转速状态并且继续运转发电。当控制器4接收到环境风速 大于上限风速信号时，控制器4增大输出的PWM信号脉冲宽度，增大流经激磁线圈LF的电流， 增大磁场的磁感应强度，增大磁粉链所形成的结合力，增大转子轴6-4和风力发电机轴7上 的制动转矩，使风力发电机再次减速，直至减速停止。当控制器4接收到环境风速小于上限 风速信号时，控制器4输出逐渐减小脉冲宽度的PWM信号，使流经激磁线圈LF的电流逐渐减 小，使其产生的磁场逐渐减弱，逐渐减小磁粉链在制动架6-3和转子轴6-4之间形成的结合 力，逐渐减小转子轴6-4和风力发电机轴7上的制动转矩，使风力发电机转速逐渐增大直至 达到其额定转速。当风力发电机轴7的转速再次大于其额定转速时，则系统进入下一个控制 周期，周而复始。
以上所述仅为本发明的最佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变换，皆应纳入权利 要求书中记载的保护范围内。