一種內燃機驅動的逆變發電裝置製造方法
2023-07-11 13:43:51 2
一種內燃機驅動的逆變發電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及發電機控制【技術領域】，公開了一種內燃機驅動的逆變發電裝置包括整流單元、逆變單元、輸出濾波單元、取樣單元和控制單元；整流單元的輸入端連接發電機的輸出端，整流單元將整流後的電壓輸入逆變單元的電源輸入端；逆變單元中逆變橋4個臂的功率開關電晶體分別接收控制單元產生的4路PWM信號；逆變單元的輸出端與輸出濾波單元連接。輸出濾波單元的輸出端與取樣單元連接，將取樣電壓信號衰減後輸入控制單元的電壓信號輸入端，將取樣電流信號放大後輸入控制單元的電流信號輸入端；控制單元對輸入信號進行處理獲得4路頻率為f的PWM信號。本實用新型在不增加功率管開關頻率的情況下提高了輸出頻率，同時減小了輸出濾波電感降低了成本。
【專利說明】—種內燃機驅動的逆變發電裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發電機控制【技術領域】的倍頻逆變，具體是一種內燃機驅動的逆變發電裝置。
【背景技術】
[0002]目前倍頻逆變方法廣泛用於各種場合的逆變裝置，能夠減小逆變裝置輸出濾波電感的電感量，從而減小逆變裝置的體積，降低逆變裝置的成本。
[0003]專利號為201110060848.X公開了一種內燃機驅動發電機的倍頻逆變方法和裝置。從該專利不難看出他實現倍頻的方法實質上是採用的一種單極性正弦脈寬調製方法。該方法還可以詳細參見陳道煉編著的由機械工業出版社出版的教科書:《DC-AC逆變技術及其應用》的介紹。該方法所對應的裝置的核心部分是一個正弦波發生器和一個三角波發生器和一個比較器組成，該電路存在結構複雜調試困難的缺陷。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種電路結構簡單的能實現倍頻逆變的內燃機驅動的逆變發電裝置。
[0005]為了實現上述目的本實用新型採用如下技術方案:一種內燃機驅動的逆變發電裝置包括整流單元、逆變單元、輸出濾波單元、取樣單元和控制單元；
[0006]其中所述整流單元的輸入端連接發電機的輸出端，整流單元將整流後的電壓輸入逆變單元的電源輸入端；逆變單元中逆變橋4個臂的功率開關電晶體分別接收控制單元產生的4路頻率為f的PWM信號，然後輸出頻率為2f的PWM電壓波；逆變單元的輸出端與輸出濾波單元連接。
[0007]取樣單元的輸入端與輸出濾波單元連接，對輸出濾波單元的輸出進行電壓和電流取樣，並對取樣的電壓信號進行衰減，輸入控制單元的電壓信號輸入端；對取樣的電流信號進行放大，輸入控制單元的電流信號輸入端；控制單元對輸入信號進行處理獲得4路頻率為f的PWM信號。
[0008]具體地，控制單元對電壓和電流進行模數轉換，計算獲得電壓和電流的有效值或電壓和電流的平均值；然後將該有效值或平均值與預設的目標值進行比較而獲得偏差，根據該偏差和預存的正弦表值進行PI調節計算，將PI調節計算結果輸入PWM信號發生器中，產生兩路互補的PWM信號，將PI調節計算結果再進行移相180°計算後的結果輸入另一PWM信號發生器中，產生另兩路互補的PWM信號，從而得到4路頻率為f的PWM信號。
[0009]為了更優地實現上述技術方案，上述整流單元的電壓輸出端還與控制單元連接，控制單元設置有油門控制信號輸出端，輸出控制信號到油門。控制單元接收整流單元整流後的電壓，對該電壓以及發動電轉速進行實時檢測，如果發電機的功率小於預設值，則通過控制單元調整輸出電壓降低從而減小輸出功率，同時通過油門控制信號控制發動機降低轉速，保護髮動機。[0010]具體地，上述取樣單元通過放大器對取樣電流進行放大，放大器的同相輸入端與控制單元的MCU供電電壓5V的中點電壓2.5V連接，同時與本裝置輸出端之一 A端連接，還與電流取樣電阻R4的一端連接；電流取樣電阻R4的另一端與輸出濾波電感LI連接，該端還通過電阻R3連接到放大器的反相輸入端；放大器的輸出端與控制單元的電流信號輸入端連接。
[0011]所述取樣單元通過電阻R7、R6組成的衰減器對電壓信號進行分壓衰減，R7的一端連接到本裝置的輸出端B端，R7另一端與R6 —端連接，R6的另一端連接到本裝置的另一輸出端A端；R7與R6的連接端連接到控制單元的電壓信號輸入端；或R7與R6的連接端通過放大器後再連接到控制單元的信號輸入端。
[0012]更進一步，上述整流單元增加相線尖峰電壓吸收電路，具體為:發電機的輸出三相線分別連接二極體D8、D9、D10的正極，電阻R8和電容C6並聯後，一端與二極體D8、D9、D10的負極連接，另一端與整流電橋的可控矽SCRl的負極連接，或與二極體D5正極端連接。
[0013]上述輸出濾波單元由LC濾波電路構成。
[0014]為了更優地實現上述技術方案，本裝置還設置有與所述控制單元連接的溫度傳感器，當溫度傳感器檢測到的溫度大於預設值時，則通過控制輸出端電壓降低來減小輸出功率。
[0015]本實用新型的優點是摒棄了三角波發生器和比較器及繁雜的正弦波發生器電路，採用4路頻率為f的PWM信號，使逆變橋輸出端的PWM波頻率變為輸入PWM信號頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開關頻率的情況下提高了輸出頻率，減小了輸出濾波電感降低了成本。採用上述取樣放大電路使電流取樣可以由大功率無感電阻完成，省去了成本較高的電流互感器，降低了成本。電壓取樣由簡單的電阻分壓即可實現，省去了傳統的差分放大電路，並且不用進行正極性變換電路。電路大幅度簡化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結構框圖；
[0017]圖2為本實用新型整流單元的電路連接圖；
[0018]圖3為本實用新型逆變單元、輸出濾波單元、取樣單元和控制單元的電路連接圖；
[0019]圖4為4路PWM信號波形示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，本實用新型的裝置包括與內燃機和發電機7連接整流單元1、逆變單元
2、輸出濾波單元3、取樣單元4和控制單元5。
[0021 ] 所述整流單元I，對內燃機和發電機7輸出的電壓進行整流，並將整流後的電壓輸入逆變單元2的電源輸入端。
[0022]所述逆變單元2中逆變橋4個臂的功率開關電晶體分別接收控制單元產生的4路頻率為f的PWM信號，從而輸出頻率為2f的PWM電壓波，該PWM電壓波輸入到輸出濾波單元3，由輸出濾波單元3進行濾波後輸出50Hz或60Hz交流電。
[0023]所述取樣單元4，對輸出濾波單元3的輸出進行電壓和電流取樣，並對取樣的電壓信號進行衰減，輸入控制單元5的電壓信號輸入端，和對取樣的電流信號進行放大，輸入控制單元5的電流信號輸入端。
[0024]所述控制單元5，對電壓信號和電流信號進行模數轉換，計算獲得電壓和電流的有效值或電壓和電流的平均值；然後將該有效值或平均值與預設的目標值(電壓和電流)進行比較而獲得偏差，根據該偏差和預存的正弦表值進行PI調節計算，將PI調節計算結果輸入PWM信號發生器(該PWM信號發生器為控制器MCU自帶的模塊)中，產生兩路互補的PWM信號，同時將PI調節計算結果再進行移相180°計算後結果輸入另一PWM信號發生器中，產生另兩路互補的PWM信號，從而得到4路頻率為f的PWM信號。如圖4所示I路PWM信號與2路PWM信號是互補的(I路為高電平時2路為低電平，反之I路為低電平時2路為高電平)。3路PWM信號與4路PWM信號互補，3路PWM信號與2路PWM信號相位差180°，4路PWM信號與I路PWM信號相位差180°。這樣逆變單元中的4個功率管就避免了同時開通，變成了輪流開關，使得逆變橋輸出端的PWM波頻率變為輸入PWM信號頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開關頻率的情況下提高了輸出頻率。這樣減小了輸出濾波電感降低了成本。
[0025]如圖2所示，整流單元中由可控矽SCR1、SCR2、SCR3和二極體D5、D6、D7構成對的發電機的輸出三相線的整流電路，在此基礎上增加相線尖峰電壓吸收電路，可有效吸收磁電機輸出相線上的尖峰電壓，保護可控矽和整流二極體的安全。具體結構為:三相線分別連接二極體D8、D9、DlO的正極，電阻R8和電容C6並聯後，一端與二極體D8、D9、DlO的負極連接，另一端與整流電橋的可控娃SCRl的負極連接。
[0026]如圖3所示，由開關電晶體161、162、163、164和二極體01、02、03、04構成逆變單元的逆變電橋電路。電感L1、L2和電容C5構成LC輸出濾波單元。取樣單元由電阻R4對電流進行取樣，對取樣電流進行放大的放大器為IC1A。MCU的工作電壓為5V，放大器IClA的同相輸入端與MCU供電電壓5V的中點2.5V連接，還與電容C5和取樣電阻R4的連接端連接。放大器的反相輸入端通過電阻R3與取樣電阻R4和電感LI的連接端連接。放大器的反相輸入端和輸出端之間連接反饋電阻R1，運算放大器的輸出端與控制單元的電流信號輸入端連接。電阻R7、R6組成電壓取樣的衰減器，R7的一端連接到本裝置的輸出端B端，R7另一端與R6連接，該連接端再連接到控制單元的電壓信號輸入端。R6的另一端連接到本裝置的另一輸出端A端。MCU供電電壓5V的中點2.5V與本裝置輸出端之一 A端連接在一起，使取樣單元的輸出信號波形的過零點即為2.5V，不再需要正幅度值變換，即可滿足MCU內置模數轉換器的需要。這樣簡化了輸出電壓取樣衰減電路，尤其簡化了輸出電流取樣放大電路，使電流取樣可以由大功率無感電阻完成，省去了成本較高的電流互感器。本裝置中MCU供電電壓5V的中點2.5V由電阻R2、R5分壓得到。
[0027]微控制器MCU實時檢測直流母線的電壓(即整流單元整流後的電壓)，綜合當前發電機轉速，判斷發電機功率是否足夠。如果功率不夠時自動降低輸出電壓，控制油門6減小輸出功率，從而保護髮動機安全。
【權利要求】
1.一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:包括整流單元(I)、逆變單元(2)、輸出濾波單元(3)、取樣單元(4)和控制單元(5)； 其中所述整流單元(I)的輸入端連接發電機的輸出端，整流單元(I)將整流後的電壓輸入逆變單元(2)的電源輸入端；逆變單元(2)中逆變橋4個功率開關電晶體分別接收控制單元(5)產生的4路頻率為f的PWM信號，然後輸出頻率為2f的PWM電壓波；逆變單元(2)的輸出端與輸出濾波單元(3)連接； 取樣單元(4)的輸入端與輸出濾波單元(3)連接，對輸出濾波單元(3)的輸出進行電壓和電流取樣，並對取樣的電壓信號進行衰減，輸入控制單元(5)的電壓信號輸入端；對取樣的電流信號進行放大，輸入控制單元(5)的電流信號輸入端；控制單元(5)對輸入信號進行處理獲得4路頻率為f的PWM信號。
2.根據權利要求1所述一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:所述整流單元(I)的電壓輸出端還與控制單元(5)連接，控制單元(5)設置有油門控制信號輸出端，輸出控制信號到油門(6)。
3.根據權利要求1所述一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:所述取樣單元(4)通過放大器IClA對取樣電流信號進行放大；放大器的同相輸入端與控制單元的MCU供電電壓5V的中點電壓2.5V連接，同時與本裝置輸出端之一 A端連接，還與電流取樣電阻R4的一端連接；電流取樣電阻R4的另一端與輸出濾波電感LI連接，該端還通過電阻R3連接到放大器的反相輸入端；放大器的輸出端與控制單元的電流信號輸入端連接； 所述取樣單元通過電阻R7、R6組成的衰減器對電壓信號進行分壓衰減，R7的一端連接到本裝置的輸出端B端，電阻R7另一端與R6 —端連接，電阻R6的另一端連接到本裝置的另一輸出端A端；R7與R6的連接端連接到控制單元的電壓信號輸入端；或電阻R7與R6的連接端通過放大器後再連接到控制單元的信號輸入端。
4.根據權利要求1所述一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:所述整流單元(I)增加相線尖峰電壓吸收電路，具體為:發電機的輸出三相線分別連接二極體D8、D9、D10的正極，電阻R8和電容C6並聯後，一端與二極體D8、D9、D10的負極連接；另一端與整流電橋的可控矽SCRl的負極連接，或與二極體D5正極端連接。
5.根據權利要求1所述一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:所述輸出濾波單元(3)由LC濾波電路構成。
6.根據權利要求1-5任一項所述一種內燃機驅動的逆變發電裝置，其特徵在於:本裝置設置有與所述控制單元(5)連接的溫度傳感器。
【文檔編號】H02M5/458GK203708118SQ201320888614
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】何林, 陳斌 申請人:重慶力華科技有限責任公司