專利名稱：風(fēng)能電暖器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
風(fēng)能電暖器[0001]技術(shù)領(lǐng)域:[0002]本實用新型涉及一種以風(fēng)能為能源的取暖裝置。[0003]背景技術(shù):[0004]已有的蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓過高時，控制系統(tǒng)必須將風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的多余能量通過卸荷電阻釋放掉。普通的控制方式是采用全電阻卸荷方式，此時蓄電池一般還沒有充滿，但能量卻全部消耗在卸荷電阻上，從而造成了能量的浪費。有的則采用分級卸荷，級數(shù)越多，控制效果越好，但一般只能做到五六級左右，所以效果仍然不夠理想。[0005]發(fā)明內(nèi)容:[0006]本實用新型提供一種以風(fēng)能為能源的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的風(fēng)能電暖器控制器，能高效地利用風(fēng)光資源，發(fā)出電能給蓄電池充電，此外系統(tǒng)的過壓、欠壓、過溫等保護功能確保了系統(tǒng)的安全可靠性，采用PWM方式進行無級卸荷，即可以達到上千級的卸荷的新型風(fēng)能取暖器。[0007]本發(fā)明側(cè)目的是這樣實現(xiàn)的:[0008]一種風(fēng)能電暖器，其組成包括:風(fēng)力發(fā)電機、控制器、電暖器，所述的控制器包括蓄電池充電單元和直流到直流升壓穩(wěn)壓單元。[0009]所述的風(fēng)能電暖器，所述的直流到直流升壓穩(wěn)壓單元包括高頻變壓器和數(shù)字信號處理器、DC-DC變換采用DC-AC-AC-DC的變換電路，低壓側(cè)具有DC-AC變換單相全橋電路，AC-AC變換采用高頻變壓器，AC-DC變換采用整流和低通濾波電路，采用電壓霍爾傳感器作為對輸出的直流電壓進行采樣并進行電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)構(gòu)件，其輸出信號電連接到低壓側(cè)全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)功率開關(guān)管作為控制信號。[0010]所述的風(fēng)能電暖器，所述的控制器的控制單元采用數(shù)字信號處理器DSPTMS320F28124。[0011]所述的風(fēng)能電暖器，所述的蓄電池充電單元包括太陽能充電電路、風(fēng)力發(fā)電電路、脈寬調(diào)制PWM無級卸荷電路和保護電路，所述的保護電路包括過流保護、欠壓保護和過溫保護電路。[0012]所述的風(fēng)能電暖器，所述的PWM無級卸荷電路包括比較器CMPR0，與所述的比較器連接的功率驅(qū)動芯片IR2110和開關(guān)管VT，所述的開關(guān)管通過電路連接卸荷電阻。[0013]有益效果:[0014]1.本實用新型是以風(fēng)能為能源的取暖系統(tǒng)，功率為600w 2kw。該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機、控制器、電暖器以及卸荷裝置等組成，完成將風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能，然后再轉(zhuǎn)換為熱能的過程。本實用新型的工作過程具體的說就是控制風(fēng)力發(fā)電機給蓄電池充電，然后經(jīng)DC-DC升壓穩(wěn)壓處理后得到一個穩(wěn)定的直流電壓，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能。然后將直流電供給電暖器，將電能轉(zhuǎn)換成熱能。[0015]2、本實用新型采用(脈寬調(diào)制)PWM無級卸荷，在正常卸荷情況下，可以保證蓄電池電壓在浮充電壓附近，只是把多余的電能釋放到卸荷上，而且保證了最佳蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用，并確保了蓄電池壽命。具體說就是當(dāng)蓄電池電壓大于設(shè)定值時，比較器輸出為高電平，蓄電池電壓低于設(shè)定值時，比較器輸出為低電平，將比較器的輸出通過IR2110驅(qū)動，控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，將電壓過高時多余的電能加到卸荷電阻上，就可以防止蓄電池的電壓過高。本系統(tǒng)采用硬件保護措施，在芯片出現(xiàn)故障時仍然可以有效地保護蓄電池和控制裝置。[0016]3、本實用新型采用直流-直流變換器輸出，為穩(wěn)定直流電壓源，同時具有完備的保護功能，可以保證系統(tǒng)安全可靠地運行。具體做法是采用單閉環(huán)控制策略，直流輸出電壓的實測值Vt經(jīng)(模擬/數(shù)字)A/D采樣后與給定值進行電壓外環(huán)(比例積分)PI調(diào)節(jié)，(比例積分)PI調(diào)節(jié)的結(jié)果送給(比較控制寄存器)CMPRO,生成(脈寬調(diào)制)PWMO,(脈寬調(diào)制)PWMl輸出，經(jīng)功率驅(qū)動芯片IR2110驅(qū)動全橋功率開關(guān)器件VTf VT4。[0017]4.本實用新型具有良好的保護電路:[0018]過壓保護:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機輸出電能大于負載消耗的電能時，將把多余的電能儲存在蓄電池中。如果能量過剩就會使蓄電池電壓超過蓄電池的安全電壓，此時必須限制蓄電池電壓的進一步升高，因此必須加入卸荷負載，將多余的能量消耗在卸荷電阻上，從而保護蓄電池免受損害。[0019]過溫保護:任何電子元件以及功率器件都有一個工作范圍，溫度過高會影響系統(tǒng)的正常運行，本系統(tǒng)通過溫度開關(guān)控制，當(dāng)溫度達到溫度開關(guān)的動作點時，溫度開關(guān)閉合，風(fēng)扇開始工作，當(dāng)溫度降下來時，溫度開關(guān)斷開，風(fēng)扇停止工作。[0020]欠壓保護:本發(fā)明具有欠壓保護的功能，欠壓保護的目的是為了避免蓄電池出現(xiàn)過放電，否則容易損壞蓄電池。欠壓保護的實現(xiàn)是通過(數(shù)字信號處理器)DSP檢測蓄電池電壓來判斷是否欠壓，當(dāng)電池欠壓時系統(tǒng)停止工作。[0021 ] 5.本實用新型采用高頻變壓器的供電方式，高頻變壓器與常規(guī)工頻變壓器相比大大減小了變壓器的體積，同時由于變壓器能夠雙向勵磁，因此利用率較高。本實用新型中的輸出部分使用全波整流、低通濾波方式，由于采用高頻能量傳輸方式，也大大減小了濾波器的體積。[0022]6。本實用新型的是直接把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為熱能,不僅節(jié)約了寶貴的電能，同時從根本上解決了水暖系統(tǒng)跑、冒、滴、漏等問題，可廣泛地運用于住宅、辦公室、賓館、商場、醫(yī)院、學(xué)校、簡易活動房等各類民用與公共建筑。風(fēng)力發(fā)電機容量為600-2000W。在風(fēng)力大于二級風(fēng)的條件下即可發(fā)電，發(fā)出的電能經(jīng)控制器處理后得到穩(wěn)定的低電壓直流電給電暖器供電，從而提高了用電安全性。本實用新型具有節(jié)能、運行穩(wěn)定、安全可靠的特點，具有很好的推廣價值。[0023]
:[0024]圖1風(fēng)光互補逆變器系統(tǒng)框圖；[0025]圖2 (脈寬調(diào)制)PWM無極卸荷電路；[0026]圖3 (直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元；[0027]圖4 (直流到直流)DC-DC主電路；[0028]圖5自舉驅(qū)動電路；[0029]圖6 (直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓程序流程圖；[0030]圖7 (直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓(比例積分)PI子程序；[0031]圖8過流保護電路；[0032]圖9蓄電池電壓采樣電路；[0033]圖10輸出PI閉環(huán)控制。[0034]具體實施方式
:[0035]實施例1:[0036]風(fēng)能電暖器，其組成包括:風(fēng)力發(fā)電機、控制器、電暖器，所述的控制器包括蓄電池充電單元和直流到直流升壓穩(wěn)壓單元。[0037]本實用新型改進的關(guān)鍵部分包括蓄電池充電單元和DC-DC升壓穩(wěn)壓單元構(gòu)成，如圖1所示。[0038](I)蓄電池充電單元[0039]如圖1所示，蓄電池充電單元包括風(fēng)力發(fā)電和PWM無級卸荷裝置，PWM無級卸荷控制單元是對蓄電池電壓進行檢測，以防止蓄電池過充電。[0040]PWM無級卸荷方式，如圖2所示，在正常卸荷情況下，可確保蓄電池電壓始終穩(wěn)定在浮充電壓點。當(dāng)蓄電池電壓大于設(shè)定值時，(脈寬調(diào)制)PWM輸出的占空比增大，相當(dāng)于在蓄電池兩端并聯(lián)負載變大，風(fēng)力發(fā)電機輸出的多余電能消耗在卸荷電阻上，從而保證了蓄電池最佳的充電特性，并確保了蓄電池的使用壽命。[0041]蓄電池保護電路包括過壓保護、欠壓保護和過溫保護等。所述的過壓保護是指檢測蓄電池的端電壓，當(dāng)其大于上限值時啟用PWM無級卸荷，保護控制裝置。所述的欠壓保護是指當(dāng)蓄電池的端電壓低于下限值的時候，使DC-DC升壓穩(wěn)壓單元停止工作。[0042](2 ) DC-DC升壓穩(wěn)壓單元[0043]DC-DC變換采用DC-AC-AC-DC的變換模式，低壓側(cè)采用單相全橋工作方式實現(xiàn)DC-AC變換，AC-AC變換采用高頻變壓器，AC-DC變換采用整流和低通濾波實現(xiàn)。如圖3所示，DC-DC升壓穩(wěn)壓單元由高頻變壓器和數(shù)字信號處理器(TMS320F2812)為核心構(gòu)成，采用電壓霍爾傳感器對輸出的直流電壓進行采樣并進行電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)，其輸出作為低壓側(cè)全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)功率開關(guān)管的控制信號，實現(xiàn)了 DC-DC升壓穩(wěn)壓控制，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓。[0044](3)系統(tǒng)保護單元包括欠壓、過壓、過溫的保護。[0045]實施例2:[0046]如圖1所示，系統(tǒng)由以數(shù)字信號處理器DSP為核心的控制單元組成，風(fēng)力發(fā)電機輸出的變壓、變頻交流電經(jīng)整流后給蓄電池供電，再由(直流到直流)DC_DC進行升壓穩(wěn)壓處理后得到一個穩(wěn)定的直流電壓，該電壓給電暖器加熱。[0047]本裝置作為風(fēng)光互補控制逆變器包括蓄電池充電單元、(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元。[0048]I)蓄電池充電單元[0049]蓄電池充電單元包括太陽能充電、風(fēng)力發(fā)電和(脈寬調(diào)制)PWM無級卸荷。(脈寬調(diào)制)PWM無級卸荷控制單元是對蓄電池電壓進行檢測，以防止蓄電池過充電。[0050]2)(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元[0051 ](直流到直流)DC-DC變換采用(直流-交流-交流-直流)DC-AC-AC-DC的變換模式，低壓側(cè)采用單相全橋工作方式實現(xiàn)(直流-交流)DC-AC變換，(交流-交流)AC-AC變換采用高頻變壓器，(交流-直流)AC-DC變換采用整流和低通濾波實現(xiàn)。如圖3所示，(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元由高頻變壓器和以(數(shù)字信號處理器)DSP為核心器件構(gòu)成，采用電壓霍爾傳感器對輸出的直流電壓進行檢測，由(數(shù)字信號處理器)DSP進行直流母線電壓的(模擬/數(shù)字)A/D轉(zhuǎn)換、電壓環(huán)(比例積分)PI調(diào)節(jié)，其輸出作為低壓側(cè)全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)功率開關(guān)管VTrVT4的控制信號，實現(xiàn)了(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓控制，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓，本系統(tǒng)設(shè)定為110V。[0052]實施例3:[0053]本實用新型中能夠進行風(fēng)光互補控制器包括蓄電池充電單元、(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元。[0054](I)蓄電池充電單元[0055]如圖1所示，蓄電池充電單元包括風(fēng)力發(fā)電和(脈寬調(diào)制)PWM無級卸荷部分。[0056]蓄電池保護電路包括過壓保護、欠壓保護等，如圖2所示。所述的過壓保護是指檢測蓄電池的端電壓，當(dāng)其大于上限值時啟用(脈寬調(diào)制)PWM無極卸荷，保護控制裝置的安全。所述的欠壓保護是指當(dāng)蓄電池的端電壓低于一個下限值的時候，(數(shù)字信號處理器)DSP停止PWM的輸出，使(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元及逆變單元停止工作。[0057](2)(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元[0058]如圖3所示，(直流到直流)DC_DC變換采用(直流-交流-交流_直流)DC_AC_AC_DC的變換模式，低壓側(cè)采用單相全橋工作方式實現(xiàn)(直流到交流)DC-AC變換，(交流到交流)AC-AC變換采用高頻變壓器，(交流到直流)AC-DC變換采用整流和低通濾波實現(xiàn)。(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓單元由高頻變壓器和(數(shù)字信號處理器)DSP TMS320F2812為核心器件構(gòu)成，采用電壓霍爾傳感器對輸出的直流電壓進行檢測，由(數(shù)字信號處理器)DSP進行直流母線電壓的(模擬/數(shù)字)A/D轉(zhuǎn)換、電壓環(huán)(比例積分)PI調(diào)節(jié)，其輸出作為低壓側(cè)全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)功率開關(guān)管的控制信號，實現(xiàn)了(直流到直流)DC-DC升壓穩(wěn)壓控制，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓。[0059](3)保護單元[0060]通過檢測蓄電池的電壓實施過壓、欠壓保護，通過檢測系統(tǒng)的溫度控制風(fēng)扇的開通與關(guān)斷，從而保證系統(tǒng)工作在安全的溫度下。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)能電暖器，其組成包括:風(fēng)力發(fā)電機、控制器、電暖器，其特征是:所述的控制器包括蓄電池充電單元和直流到直流升壓穩(wěn)壓單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能電暖器，其特征是:所述的直流到直流升壓穩(wěn)壓單元包括高頻變壓器和數(shù)字信號處理器、DC-DC變換采用DC-AC-AC-DC的變換電路，低壓側(cè)具有DC-AC變換單相全橋電路，AC-AC變換采用高頻變壓器，AC-DC變換采用整流和低通濾波電路，采用電壓霍爾傳感器作為對輸出的直流電壓進行采樣并進行電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)構(gòu)件，其輸出信號電連接到低壓側(cè)全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)功率開關(guān)管作為控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)能電暖器，其特征是:所述的控制器的控制單元采用數(shù)字信號處理器DSP TMS320F28124。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)能電暖器，其特征是:所述的蓄電池充電單元包括太陽能充電電路、風(fēng)力發(fā)電電路、脈寬調(diào)制PWM無級卸荷電路和保護電路，所述的保護電路包括過流保護、欠壓保護和過溫保護電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)能電暖器，其特征是:所述的PWM無級卸荷電路包括比較器CMPRO，與所述的比較器連接的功率驅(qū)動芯片IR2110和開關(guān)管VT，所述的開關(guān)管通過電路連接卸荷電阻。
專利摘要本實用新型涉及一種風(fēng)能電暖器。已有的蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓過高時，控制系統(tǒng)必須將風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的多余能量通過卸荷電阻釋放掉。普通的控制方式是采用全電阻卸荷方式，此時蓄電池一般還沒有充滿，但能量卻全部消耗在卸荷電阻上，從而造成了能量的浪費。本實用新型包括風(fēng)力發(fā)電機(1)、控制器(2)、電暖器(3)，所述的控制器包括蓄電池充電單元和直流到直流升壓穩(wěn)壓單元。本實用新型可廣泛地運用于住宅、辦公室、賓館、商場、醫(yī)院、學(xué)校、簡易活動房等各類民用與公共建筑。
文檔編號H02J7/00GK202973323SQ20122069769
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者高旭東, 胡珍玉 申請人:黑龍江工程學(xué)院