一种变桨专用防雷板的制作方法

1.本发明涉及变桨领域，具体是一种变桨专用防雷板。


背景技术：

2.变桨系统是安装在轮毂内作为空气制动或通过改变叶片角度(螺距)对机组运行进行功率控制的装置。
3.传统变桨电气控制，外围电路均采用单独的防雷、继电器、端子分散的安装在变桨控柜制内，不利于维护且故障率高。其次传统方案多采用压敏电阻对电路中存在的过电压、静电等现象抑制。压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路且反应速度比较慢，需要改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种变桨专用防雷板，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种变桨专用防雷板，包括：
7.供电单元，用于供给电压；
8.变桨工作单元，用于对机组运行功率控制，控制变桨工作；
9.防雷板单元，用于对变桨工作单元的工作电压进行限定，防止损坏变桨工作单元器件；防雷板单元包括：
10.低压保护电路，用于防止变桨工作单元工作电压低于下限阈值；
11.高压判断电路，用于判断供电单元供给的电压是否超出上限阈值，超出时发送信号给高压补偿电路；
12.高压补偿电路，用于接收到信号时，在供电单元供给变桨工作单元的回路中添加电阻，降低变桨工作单元输入电压，完成电压补偿；
13.超阈值防雷电路，用于对变桨工作单元的电压进行电压补偿后，变桨工作单元的电压依旧超出上限阈值时，为变桨工作单元提供接地回路，防止变桨工作单元器件损坏；超阈值防雷电路包括：
14.安全链保护模块，用于对安全链回路的过压泄入大地；
15.通讯保护模块，用于对通讯总线回路的过压泄入大地；
16.外部传感器保护模块，用于对外部传感器回路中的过压泄入大地；
17.继电器保护模块，用于对继电器回路中的过压泄入大地；
18.供电单元的输出端连接低压保护电路的输入端、高压判断电路的输入端、高压补偿电路的第一输入端，高压判断电路的输出端连接高压补偿电路的第二输入端，高压补偿电路的输出端连接超阈值防雷电路的输入端、变桨工作单元的输入端，安全链保护模块、通讯保护模块、外部传感器保护模块、继电器保护模块四个模块并联。
19.作为本发明再进一步的方案：供电单元包括变压器w、整流器t、滤波器y、电容c2、开关s2、电阻r4，变压器w的输入端连接220v交流电，变压器w的输出端一端连接整流器t的1号引脚，变压器w的输出端另一端连接整流器t的3号引脚，整流器t的2号引脚连接滤波器y的2号引脚，整流器t的4号引脚连接滤波器y的1号引脚，滤波器y的3号引脚连接开关s2、电容c2，滤波器y的4号引脚连接电容c2的另一端，开关s2的另一端连接电阻r4，电阻r4的另一端连接低压保护电路的输入端、高压判断电路的输入端、高压补偿电路的第一输入端。
20.作为本发明再进一步的方案：低压保护电路包括电阻r2、电阻r3、电容c1、二极管d1、电位器rp1、集成电路u1、电阻r1、继电器j1、二极管d2、二极管d3，电阻r2的一端连接供电单元的输出端，电阻r2的另一端连接电阻r3、二极管d1的正极，电阻r3的另一端连接电路负极，二极管d1的负极连接电容c1、电位器rp1，电容c1的另一端连接电路负极，电位器rp1的另一端连接电路负极，电位器rp1的滑动端连接集成电路u1的5号引脚，集成电路u1的4号引脚连接电路负极，集成电路u1的2号引脚通过电阻r1连接电路负极，集成电路u1的1号引脚连接继电器j1、二极管d2的负极、二极管d3的正极，继电器j1的另一端连接电路负极，二极管d2的正极连接电路负极，二极管d3的负极连接电路负极，集成电路u1型号为twh8778。
21.作为本发明再进一步的方案：高压判断电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9、反相器x1、反相器x2、反相器x3，电阻r5的一端连接电阻r7、电阻r9、供电单元的输出端，电阻r5的另一端连接二极管d4的负极，二极管d4的正极连接电阻r6、反相器x1的输入端，电阻r6的另一端接地，电阻r7的另一端连接二极管d5的负极，二极管d5的正极连接二极管d6的负极，二极管d6的正极连接电阻r8、反相器x2的输入端，电阻r8的另一端接地，电阻r9的另一端连接二极管d7的负极，二极管d7的正极连接二极管d8的负极，二极管d8的正极连接二极管d9的负极，二极管d9的正极连接电阻r10、反相器x3的输入端。
22.作为本发明再进一步的方案：高压补偿电路包括电阻r11、电阻r12、电阻r13、开关s1、mos管v1、mos管v2、mos管v3，电阻r11的一端连接mos管v1的d极、供电单元的输出端，电阻r11的另一端连接电阻r12、mos管v1的s极、mos管v2的d极，电阻r12的另一端连接电阻r13、mos管v2的s极、mos管v3的d极，电阻r13的另一端连接mos管v3的s极、开关s1，开关s1的另一端连接超阈值防雷电路的输入端、变桨工作单元的输入端，mos管v1的g极连接反相器x1的输出端，mos管v2的g极连接反相器x2的输出端，mos管v3的g极连接反相器x3的输出端。
23.作为本发明再进一步的方案：安全链保护模块包括集成电路zgxm_m1j-24c、tvs管阵列，安全链信号通过集成电路zgxm_m1j-24c连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
24.作为本发明再进一步的方案：通讯保护模块包括集成电路zgxm_m1j-5c、tvs管阵列，通讯总线通过集成电路zgxm_m1j-5c连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
25.作为本发明再进一步的方案：外部传感器保护模块包括tvs管阵列，外部传感器连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
26.作为本发明再进一步的方案：继电器保护模块包括tvs管阵列，继电器常开触点回路连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将外部控制回路集成在一块电路板上(防雷板单元)，有限降低系统故障率，便于维护，同时克服了压敏电阻的缺点，防雷板响应速度快(为ns级)、瞬态功率大、漏电流低，其10/1000μs波脉冲功率从400w～30kw脉冲
峰值电流最大可到544a，击穿电压最大可到550v。
附图说明
28.图1为一种变桨专用防雷板的原理图。
29.图2为供电单元的电路图。
30.图3为低压保护电路的电路图。
31.图4为高压判断电路的电路图。
32.图5为高压补偿电路的电路图。
33.图6为防雷电路的原理图。
34.图7为集成电路zgxm_m1j-24c的内部结构图。
35.图8为tvs管阵列的电路图。
36.图9为继电器保护模块的电路图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1和图6，一种变桨专用防雷板，包括：
39.供电单元1，用于供给电压；
40.变桨工作单元2，用于对机组运行功率控制，控制变桨工作；
41.防雷板单元3，用于对变桨工作单元2的工作电压进行限定，防止损坏变桨工作单元2器件；防雷板单元3包括：
42.低压保护电路31，用于防止变桨工作单元2工作电压低于下限阈值；
43.高压判断电路32，用于判断供电单元1供给的电压是否超出上限阈值，超出时发送信号给高压补偿电路33；
44.高压补偿电路33，用于接收到信号时，在供电单元1供给变桨工作单元2的回路中添加电阻，降低变桨工作单元2输入电压，完成电压补偿；
45.超阈值防雷电路34，用于对变桨工作单元2的电压进行电压补偿后，变桨工作单元2的电压依旧超出上限阈值时，为变桨工作单元2提供接地回路，防止变桨工作单元2器件损坏；超阈值防雷电路34包括：
46.安全链保护模块341，用于对安全链回路的过压泄入大地；
47.通讯保护模块343，用于对通讯总线回路的过压泄入大地；
48.外部传感器保护模块344，用于对外部传感器回路中的过压泄入大地；
49.继电器保护模块342，用于对继电器回路中的过压泄入大地；
50.供电单元1的输出端连接低压保护电路31的输入端、高压判断电路32的输入端、高压补偿电路33的第一输入端，高压判断电路32的输出端连接高压补偿电路33的第二输入端，高压补偿电路33的输出端连接超阈值防雷电路34的输入端、变桨工作单元2的输入端，安全链保护模块341、通讯保护模块343、外部传感器保护模块344、继电器保护模块342四个
模块并联。
51.在具体实施例中：压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路且反应速度比较慢的缺点。防雷板(防雷板单元3)响应速度快(为ns级)，瞬态功率大，漏电流低，其10/1000μs波脉冲功率从400w～30kw脉冲峰值电流最大可到544a，击穿电压最大可到550v。变桨工作单元2工作电压高于上限阈值，防雷电路泄出电压，原因可能为谐波干扰、静电释放、雷电时、线路中的电压、电流超过系统的耐受值等。
52.在本实施例中：请参阅图2，供电单元1包括变压器w、整流器t、滤波器y、电容c2、开关s2、电阻r4，变压器w的输入端连接220v交流电，变压器w的输出端一端连接整流器t的1号引脚，变压器w的输出端另一端连接整流器t的3号引脚，整流器t的2号引脚连接滤波器y的2号引脚，整流器t的4号引脚连接滤波器y的1号引脚，滤波器y的3号引脚连接开关s2、电容c2，滤波器y的4号引脚连接电容c2的另一端，开关s2的另一端连接电阻r4，电阻r4的另一端连接低压保护电路31的输入端、高压判断电路32的输入端、高压补偿电路33的第一输入端。
53.变压器w将220v交流电转化为低伏交流电，整流器t将低伏交流电转化为直流电，滤波器y对直流电进行滤波处理，开关s2为电路总开关。
54.在本实施例中：请参阅图3，低压保护电路31包括电阻r2、电阻r3、电容c1、二极管d1、电位器rp1、集成电路u1、电阻r1、继电器j1、二极管d2、二极管d3，电阻r2的一端连接供电单元1，电阻r2的另一端连接电阻r3、二极管d1的正极，电阻r3的另一端连接电路负极，二极管d1的负极连接电容c1、电位器rp1，电容c1的另一端连接电路负极，电位器rp1的另一端连接电路负极，电位器rp1的滑动端连接集成电路u1的5号引脚，集成电路u1的4号引脚连接电路负极，集成电路u1的2号引脚通过电阻r1连接电路负极，集成电路u1的1号引脚连接继电器j1、二极管d2的负极、二极管d3的正极，继电器j1的另一端连接电路负极，二极管d2的正极连接电路负极，二极管d3的负极连接电路负极，集成电路u1型号为twh8778。
55.集成电路twh8778的5号引脚处的电压达到1.6v时，集成电路twh8778的1号引脚输出高电平，使得继电器j1得电工作，控制供电单元1供给电压给变桨工作单元2所在线路的开关s1闭合，使得供电单元1为变桨工作单元2供电；在集成电路twh8778的5号引脚处的电压未达到1.6v时，供电单元1不在为变桨工作单元2供电，防止低电压使得变桨工作单元2工作存疑。1.6v电压为采集电压，开始时通过调控电位器rp1的位置，使得供电单元1供给电压vcc在下限阈值时，集成电路u1的5号引脚处为1.6v。
56.在本实施例中：请参阅图4，高压判断电路32包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9、反相器x1、反相器x2、反相器x3，电阻r5的一端连接电阻r7、电阻r9、供电单元1的输出端，电阻r5的另一端连接二极管d4的负极，二极管d4的正极连接电阻r6、反相器x1的输入端，电阻r6的另一端接地，电阻r7的另一端连接二极管d5的负极，二极管d5的正极连接二极管d6的负极，二极管d6的正极连接电阻r8、反相器x2的输入端，电阻r8的另一端接地，电阻r9的另一端连接二极管d7的负极，二极管d7的正极连接二极管d8的负极，二极管d8的正极连接二极管d9的负极，二极管d9的正极连接电阻r10、反相器x3的输入端。
57.在供电单元1输出的电压未超出上限阈值时，这时稳压二极管d4、d5、d7都不导通，反相器x1、x2、x3输入端都为低电平，输出端都为高电平；在供电单元1输出的电压超出上限
阈值时，假使超出10％-20％之间，这时稳压二极管d4导通；超出20％-30％时，稳压二极管d5、d6也导通；超出30％以上时，稳压二极管d7、d8、d9也导通；以超出20％-30％举例，这时反相器x1、x2的输入端为高电平，反相器x3的输入端为低电平，使得反相器x1、x2的输出端为低电平，反相器x3的输出端为高电平。
58.在本实施例中：请参阅图5，高压补偿电路33包括电阻r11、电阻r12、电阻r13、开关s1、mos管v1、mos管v2、mos管v3，电阻r11的一端连接mos管v1的d极、供电单元1的输出端，电阻r11的另一端连接电阻r12、mos管v1的s极、mos管v2的d极，电阻r12的另一端连接电阻r13、mos管v2的s极、mos管v3的d极，电阻r13的另一端连接mos管v3的s极、开关s1，开关s1的另一端连接超阈值防雷电路34的输入端、变桨工作单元2的输入端，mos管v1的g极连接反相器x1的输出端，mos管v2的g极连接反相器x2的输出端，mos管v3的g极连接反相器x3的输出端。
59.在供电单元1输出的电压未超出上限阈值时，反相器x1、x2、x3都输出高电平，使得mos管v1、mos管v2、mos管v3都导通，电阻r11、电阻r12、电阻r13分别和mos管v1、mos管v2、mos管v3并联，电路阻值极小，可认为供电单元1输出电压vcc直接为变桨工作单元2供电；在供电单元1输出的电压vcc超出上限阈值时，以超出20％-30％举例，这时反相器x1、x2的输出端为低电平，反相器x3的输出端为高电平，这时电阻r13和mos管v3并联，电阻r11、电阻r12加入供电单元1为变桨工作单元2供电的回路中，电压vcc经过电阻r11、电阻r12降压，使得输出给变桨工作单元2的电压低于上限阈值，确保在电压超出上限阈值时电路依旧正常运行，减少变桨工作单元2停止运行的损失。
60.在供电单元1输出的电压vcc超出上限阈值30％以上时，这时供电单元1输出电压vcc经过电阻r11、电阻r12、电阻r13为变桨工作单元2供电，如果经过三个电阻降压后的电压还是超出上限阈值，这时超阈值防雷电路34工作，内部的tvs管导通接地，防止对变桨工作单元2造成损坏。
61.在本实施例中：请参阅图6、图7和图8，安全链保护模块341包括集成电路zgxm_m1j-24c、tvs管阵列，安全链信号通过集成电路zgxm_m1j-24c连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
62.集成电路zgxm_m1j-24c内部结构如4所示，变桨工作单元2内部工作时，主控芯片为变桨发送安全链信号，安全链信号过大会损坏变桨，因此通过集成电路zgxm_m1j-24c、tvs管阵列采集安全链信号，在安全链信号过大时，tvs管阵列导通，使得安全链信号通过tvs管阵列接地，防止损坏变桨。
63.在本实施例中：请参阅图6、图7和图8，通讯保护模块343包括集成电路zgxm_m1j-5c、tvs管阵列，通讯总线通过集成电路zgxm_m1j-5c连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
64.在变桨工作单元2工作时，会存在与外界信息交互，例如通过canopen通讯总线，为防止输出信息交互电压过大损坏外界通信器件，通讯总线通过集成电路zgxm_m1j-5c连接tvs管阵列，在输出信息交互电压过大还是，tvs管阵列导通接地，完成电压泄出。集成电路zgxm_m1j-24c和集成电路zgxm_m1j-5c内部结构相似，采用中光制造。
65.在本实施例中：请参阅图6和图8，外部传感器保护模块344包括tvs管阵列，外部传感器连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
66.变桨工作单元2通过多个外部传感器来获取环境信息，为防止外部传感器输入电压过大，造成变桨工作单元2主控芯片损坏，通过tvs管阵列接地，防止电压过大。单个外部传感器连接主控芯片和tvs管阵列，环境电压信号正常时外部传感器为主控芯片传输环境电压信号，环境电压信号过大时，tvs管阵列接地，使得输出给主控芯片的环境电压信号从大地泄出，不损坏器件。而且单个外部传感器通过一个tvs管接地，在单个外部传感器故障时，不影响其他外部传感器工作为主控芯片输出环境电压信号。
67.在本实施例中：请参阅图6、图8和图9，继电器保护模块342包括tvs管阵列，继电器常开触点回路连接tvs管阵列，tvs管阵列的另一端接地。
68.变桨工作单元2设有多个继电器，继电器得电工作，控制常开触点回路的开关闭合，使得继电器常开触点回路所在线路导通，同时该回路连接tvs管阵列，防止继电器常开触点回路电压过大。
69.本发明的工作原理是：在供电单元1正常供电时，供电单元1直接为变桨工作单元2供电，变桨工作单元2得电工作；在供电单元1供电低于下限阈值时，低压保护电路31断开变桨工作单元2和供电单元1之间的回路，防止低压状况下变桨工作单元2工作存疑；在供电单元1供电电压vcc超出上限阈值(通过高压判断电路32检测)，假使该供电电压vcc经过高压补偿电路33补偿后变为正常供电，这时经电压补偿后为变桨工作单元2供电；在供电电压vcc经过电压补偿后依旧超出上限阈值，这时超阈值防雷电路34工作，通过接地将电压泄出。
70.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
71.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。