發電機逆變裝置的製作方法

2023-04-24 17:04:56 1

專利名稱：發電機逆變裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機控制技術，尤其涉及逆變控制式發電機。
技術背景在發電機逆變器裝置中，需要對發動機的轉速進行調節。專利申請CN03120778公開了 一種依據負載大小控制發動機轉速的方法，並通過檢測介質溫度來調整所設定的發動機轉 速。對於開窗式(無封閉隔音箱)逆變控制式發電機，溫度檢測元件所檢測的溫度與發電 機的實際溫度有一定的差別。發動機的工作並不只是受溫度的影響，還與負載性質以及發 動機的狀況等有關。專利申請CN1407223公開了一種依據負載大小控制發動機轉速的方法，並通過檢測交 流-直流變換中可控矽導通角的大小來調整所設定的發動機轉速的方法。以上方法均需要 通過其它硬體信號來調整所設定的發動機轉速。由於需要對發動機的轉速進行調節，因此在輕載時發動機工作在低轉速區，發電機輸 出電壓較低。為了在發動機低轉速區也能保證控制電源的穩定，申請號200310121519的 中國專利申請公開了一種獲得多路輸出電源的方法用三相主繞組輸出進行全波整流，以RCC方式獲得多路控制用電源。RCC方式是一種自激振蕩方式，工作頻率依據輸入電壓的 高低、負載大小的變化而變化。由於用三相主繞組輸出進行全波整流，工作電壓較高，再 加之分布參數的影響，可靠性相對較低。該專利也提出了用發電機副繞組供電並用倍壓整 流來獲得控制電源方式的不足。 發明內容本實用新型根據負載-節氣門曲線控制節氣門開度，縮短負載變化時的調節時間；根據 發動機轉速一負載特性曲線確定目標轉速，由比例-積分-微分PID調節器調節節氣門開度， 通過判斷發動機轉速的穩定性來修改所確定的目標轉速，在直流一交流變換中通過電流內 環反饋減少輸出交流電的失真。因此，本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種發電 機逆變控制裝置，該裝置能夠根據負載的變化快速地調整發動機的轉速，高效穩定地輸出 交流電。本實用新型設計了一種發電機逆變裝置，該裝置的基本構成為，發動機的化油器上安 裝有調節節氣門開度的步進電機，發電機單相副繞組的輸出端通過轉速檢測單元連接調速
控制器，在直流-交流變換器輸出與調速控制器輸入之間連接有電流檢測單元，調速控制 器的輸出端分別連接步進電機、直流-交流變換器、交流-直流變換器，調速控制器的控制端還連接狀態轉換開關sw，控制電源部分連接在發電機的單相副繞組的輸出端，控制電源 部分中採用蕭特基二極體構成整流電路。直流-交流變換器中控制部分由微處理器MCU作 為控制處理器，直流-交流變換器中的整流濾波電路連接微處理器MCU的A/D轉換器輸入 端，MCU的D/A轉換器輸出端連接放大電路輸入端，在濾波電路的電感端還連接電流採樣 單元，電流採樣單元的兩路輸出分別輸入保護電路和放大電路，濾波電路的輸出端連接電 壓採樣單元，電壓採樣單元的兩路輸出分別連接整流濾波電路和放大電路，放大電路的輸 出端連接脈寬調製電路輸入端，脈寬調製電路輸出控制驅動電路，脈衝寬度調製、電壓電 流波形反饋等由模擬電路實現，由微處理器實現電壓反饋外環，而模擬電路的一部分實現 電流反饋內環。發電機的三相主繞組之間分別連接有過零採樣電路，過零採樣電路由限流 電阻、二極體及光電藕合器的串聯支路構成。本實用新型的有益效果是，由於具有電流反饋內環及電壓反饋外環的控制方式，保證 輸出波形質量，能夠對負載的變化做出快速反應。根據負載的變化快速地調整發動機的轉 速，高效穩定地輸出交流電，具有低的失真、相對低的成本以及低噪音和低的燃油消耗的 特點。

圖1所示為本發明的發電機逆變裝置的系統構成框圖 圖2所示為交流-直流變換器及控制電路構成框圖。 圖3為交流-直流變換器過零採樣電路圖。 圖4為直流-交流變換器及控制部分構成框圖。 圖5為控制電源電路圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發明的實施進行詳細說明。圖1為發電機逆變裝置的系統構成框圖。 發動機1驅動發電機9，發電機9定子上繞有三相主繞組91 (輸出帶載)和單相副繞組92 (控制用)。發動機l的化油器上安裝有調節節氣門開度的步進電機ll。發電機9的轉子 具有多極永久磁鐵，當轉子由發動機l驅動時，發電機的單相副繞組輸出與發動機轉速相 對應頻率的交流電，同時三相主繞組也輸出與發動機轉速相對應的頻率的三相交流電。三 相主繞組輸出的三相交流電經過交流-直流變換器2處理後，輸出電壓穩定的直流電，該 直流電經過直流-交流變換器3轉換為所要求頻率的幅值穩定的交流電。
發電機9的單相副繞組92輸出的交流電經轉速採樣轉換為與交流電同頻率的方波信 號，其頻率與發動機的轉速相對應。該方波信號送到調速控制器4中，由調速控制器完成 對發動機的轉速控制。在發動機l後動初期，轉速較低，單相副繞組輸出的交流電也較低，為了使DC-DC轉 換電路能夠工作，需提高發電機9的輸出電壓，因而通過調速控制器4對發動機的轉速調 節來啟動DC-DC轉換電路。將負載一節氣門曲線、發動機轉速一負載特性曲線、比例-積分-微分PID調節單元控 制參數存儲在調速控制器的存儲器中。調速控制器將發動機的整個負載範圍分成若干個區 域，對不同的區域，控制器對其設置不同的控制參數。這樣的變參數PID控制能夠使發動 機的轉速在整個負載範圍內具有較小的超調和較快的動態響應能力。當負載改變時，不經 過PID (比例-積分-微分)控制器控制，而是根據負載-節氣門曲線，直接向步進電機控制 單元發送運行的步數和方向控制步進電機運行，同時更改比例-積分-微分PID調節單元控 制參數。這樣可提高發動機對負載變化的響應速度。另外，在發動機的單相副繞組的輸出與調速控制器的輸入之間連接有轉速檢測單元6， 通過處理單相副繞組所提供的交流電，轉速檢測單元獲得與發動機轉速相對應的頻率的矩 形波，將該矩形波信號發送到調速控制器，使其獲得發動機的轉速數據。在直流-交流變 換器輸出與調速控制器輸入之間連接有電流檢測單元7，電流檢測單元通過電流互感器獲 得負載電流的大小，變換為直流後將其輸入到調速控制器，以確定負載的大小。同時，直 流-交流變換器還向調速控制器提供負載短路、輸出過壓等信號時。調速控制器輸出端分 別連接交流-直流變換器與直流-交流變換器，控制交流-直流變換器與直流-交流變換器關 閉。調速控制器的輸出端還連接步迸電機ll，控制端連接狀態轉換開關SW，輸出端外接顯示器SP。調速控制器控制安裝於發動機1的化油器上的調節節氣門開度的步進電機u， 以控制發動機的轉速。根據外接控制開關sw的狀態控制發動機的目標轉速為額定轉速還 是隨負載變化的經濟運行。通過熱保護電路8獲得過熱保護信號，通過直流-交流變換獲 得負載短路、輸出過壓等信號，調速控制器確定過載信號的大小，識別發電機的工作狀態 並將其輸出到外接顯示器SP上顯示，同時確定是否需要關閉發動機。圖2所示為發電機逆變裝置中的交流-直流變換器及電源控制部分的構成框圖。 發電機的三相主繞組輸出連接有由整流二極體20廣206構成的三相半控橋式整流器， 在橋式整流器的輸出端連接有濾波電容207，來自發電機三相主繞組的三相交流電，經由
三相半控整流橋整流後，由電容器濾波輸出穩定的直流電給穩壓電路單元214。在三相主繞組的輸出端通過過零採樣單元208連接有整形電路單元209,來自三相主 繞組的三相交流電，經過零採樣單元以及整形電路單元整形後獲得與交流電同步的矩形 波，該矩形波送入鋸齒波電路單元213控制鋸齒波電路的充放電過程，形成與矩形波信號 同步的鋸齒波信號，鋸齒波電路的輸出控制穩壓電路單元，穩壓電路單元214採樣橋式整 流電路輸出的直流電壓，在鋸齒波信號的控制下，穩壓電路輸出與鋸齒波信號比較，產生 可控矽的觸發信號，送入驅動放大電路212對觸發信號放大後形成可控矽電路的驅動信號。 如圖3所示過零採樣電路原理框圖。發電機9的三相主繞組之間分別連接有過零採樣 電路，每一條過零採樣電路支路由限流電阻R31-R33分別經過二極體D31-D33串聯光電藕 合器U31-U33構成。三相交流電由限流電阻R3廣R33限流後，通過光電藕合器U31 U33控制輸出。在交流 電正半周，光電藕合器輸出正信號，在交流電負半周，光電藕合器輸出為零，由此得到一 系列與交流電同步的矩形波信號，通過整形，送入鋸齒波電路後產生可控矽的控制信號。 鋸齒波電路輸出與穩壓電路輸出進行比較，當穩壓電路輸出電壓高於鋸齒波電路的峰值電 壓時無觸發信號輸出。圖4所示為發電機逆變裝置中的直流-交流變換部分及控制電路的構成框圖。直流-交 流變換器包括由IGBT 301 304構成的橋式變換電路，以及連結在橋式變換電路輸出端的 由電感305、電容306串聯構成的濾波電路。交流-直流變換2輸出的直流電向直流-交流 變換供電，經橋式變換電路變換，電感、電容濾波後，向負載提供要求頻率的交流電。直 流-交流變換部分的控制電路包括，電壓採樣電路的兩路輸出分別連接整流濾波電路和放 大電路，整流濾波電路輸出連接微處理器MCU312的A/D轉換器輸入端，MCU的D/A轉換器 輸出端連接放大電路313輸入端，放大電路的輸出端連接脈寬調製電路輸入端。在濾波電 路中還串聯有電流採樣電路，電流採樣的兩路輸出分別連接保護電路311和放大電路。單 片微型機的輸出分別連接三角波電路和驅動電路，三角波電路的輸出通過脈寬調製電路後 也連接驅動電路。電壓採樣309將輸出電壓分壓， 一路經整流濾波器310處理後獲得與輸出電壓大小相 對應的直流電，另一路直接輸出與電壓波形相對應的交流信號送到放大電路313,實現電 壓波形反饋。上述整流濾波器的輸出送入單片微型機MCU312的A/D轉換端進行A/D轉換。 單片微型機MCU312根據A/D轉換的輸出，採用PI (比例-積分)控制算法，控制D/A轉換 電路輸出模擬的正弦波信號的幅值，單片微型機輸出的正弦波信號送入放大電路進行放 採用通用型單片微型機MCU產生與正弦波，電壓採樣後的輸出送入單片微型機MCU內 的8位A/D轉換器中，對電壓採樣信號進行A/D變換，通過計算對其正弦波的幅值進行控 制，然後經D/A轉換輸出，實施對輸出交流電的穩壓；而脈衝寬度調製(PWM)、電壓電流 波形反饋等由模擬電路實現。由於具有電流反饋內環，能夠對負載的變化做出快速反應。電流採樣部件308完成對電感305的電流採樣， 一路送保護電路實施短路保護功能， 另一路送放大電路進行放大。放大電路對電壓採樣輸出、電流採樣輸出以及單片微型機輸 出的三路信號進行合成及放大後，送入脈寬調製電路進行調製。單片微型機312輸出一路 方波信號，控制三角波產生電路314的起振時刻和振蕩頻率，使其保持與正弦波信號的同 步。三角波產生電路的輸出與放大電路的輸出同時輸入脈寬調製電路315進行正弦波脈衝 寬度調製，其輸出送入驅動電路316實現IGBT變換電路的驅動。保護電路311除實施短 路保護外還要完成輸出過壓保護，當發生電路短路或過電壓時，其輸出信號一路送驅動電 路316，以關閉IGBT橋式變換電路的驅動信號，另一路送單片MCU進行處理，根據預定方 案確定是否向調速控制器4發送關機信號以及是否重新開放IGBT橋式變換電路的驅動信 號等。由上述可知，電流反饋較電壓反饋速度更快，與電壓波形反饋一起能夠較好地對整流 性負載或具有較大冷態衝擊負載進行波形校正，以減小輸出正弦波的失真。電壓波形反饋 在輕載時比電流反饋作用強，而在重載時電流反饋作用強於電壓波形反饋。調速控制器4 在調節時會產生轉速波動，發動機l的爆發衝程也會使發電機9的輸出電壓產生波動，因 此交流-直流變換器輸出的直流電會受這一波動的影響而被調製，如果在交流-直流變換器 中消除這樣的調製波，電路會相當複雜，而在直流-交流變換器中加入電流反饋與電壓波 形反饋來消除這一影響則相對簡單。在功率大且具有較大冷態衝擊負載突加時，短路保護 容易保護，為了滿足這類負載的加載，需加大IGBT的功率容量。而加入電流反饋後，由 於響應速度快，能瞬間將脈寬調製電路輸出的脈寬減小，這有利於短路保護做出正確的反 應，因而有利於減小IGBT的功率容量，降低產品成本。圖5為發電機逆變器裝置中控制用電源電路圖。該電源連接在發電機的單相副繞組的 輸出端，採用由蕭特基二極體D1 D4構成的整流電路進行整流，虛線框內為DC-DC轉換電 路圖。整流電路的輸出經電容器C1、 C2濾波後，經線性穩壓器U1穩壓輸出電壓穩定的直 流電為歩進電機ll供電，再經線性穩壓器U2穩壓，電容器C3濾波輸出3V直流，為調速 控制器4和DC-DC DC-DC轉換電路為電流型反激方式的多路輸出電源。其+15V與-12V組成一組向IGTB 驅動電路供電。NS2繞組的輸出同時還向直流-交流變換器3提供電源。NS1繞組與其後電 路輸出5V電源向交流-直流變換器2供電。繞組NB在電源啟動後通過D6、 R9向控制晶片 U3供電，在電源啟動前以及發動機1在高轉速區時通過D5供電。該電源工作電壓的範圍 寬，不影響工作效率。本實用新型能夠根據負載的變化快速地調整發動機的轉速，高效穩定地輸出交流電。
權利要求1、一種發電機逆變裝置，其特徵在於，該裝置中發動機(1)的化油器上安裝有調節節氣門開度的步進電機(11)，發電機(9)單相副繞組的輸出端通過轉速檢測單元(6)連接調速控制器(4)，在直流-交流變換器輸出與調速控制器輸入之間連接有電流檢測單元(7)，調速控制器的輸出端分別連接步進電機、直流-交流變換器、交流-直流變換器的控制端，調速控制器的控制端連接狀態轉換開關SW，控制電源部分連接在發電機單相副繞組的輸出端。
2、 根據權利要求1所述的發電機逆變裝置，其特徵在於，直流-交流變換器中控制部 分由微處理器MCU作為控制處理器，直流-交流變換器輸出經電壓採樣後的整流濾波電路 連接微處理器MCU的A/D轉換器輸入端，MCU的D/A轉換器輸出端連接放大電路輸入端， 在濾波電路的電感端還連接電流採樣單元，電流採樣單元的兩路輸出分別輸入保護電路和 放大電路，濾波電路的輸出端連接電壓採樣單元，電壓採樣單元的兩路輸出分別連接整流 濾波電路和放大電路，放大電路的輸出端連接脈寬調製電路輸入端，脈寬調製電路輸出控 制驅動電路。
3、 根據權利要求l所述的發電機逆變裝置，其特徵在於，控制電源部分中採用蕭特基 二極體構成整流電路。
4、 根據權利要求1所述的發電機逆變裝置，其特徵在於，三相主繞組的輸出端信號經 交流-直流變換器控制電路中過零採樣電路單元、整形電路單元、鋸齒波電路、驅動放大電 路處理後，輸出到可控矽電路控制端。
5、 根據權利要求4所述的發電機逆變裝置，其特徵在於，過零採樣電路由限流電阻、 二極體及光電藕合器的串聯支路構成。
專利摘要本實用新型請求保護一種發電機逆變裝置，涉及電機控制技術，該裝置在發動機的化油器上安裝有調節節氣門開度的步進電機，發電機單相副繞組的輸出端通過轉速檢測單元連接調速控制器，在直流-交流變換器輸出與調速控制器輸入之間連接有電流檢測單元，調速控制器的輸出端分別連接步進電機、直流-交流變換器、交流-直流變換器，調速控制器的控制端連接狀態轉換開關SW，控制電源部分連接在發電機的單相副繞組的輸出端。調速控制器能夠根據負載的變化快速地輸出控制信號調整發動機的轉速，高效穩定地輸出交流電，具有低的失真、相對低的成本以及低噪音和低的燃油消耗的特點。
文檔編號H02P9/04GK201018447SQ200720123648
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者吳德峰, 唐力強 申請人:吳德峰