專利名稱：發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器及調(diào)速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機控制技術(shù)，尤其是一種發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器及對應(yīng)的調(diào)速方法，屬于發(fā)動機調(diào)速領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)電機組做為常用或備用電源在現(xiàn)代社會中廣泛應(yīng)用。發(fā)電機組的重要控制裝置調(diào)速器的主要功能是控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在需要的范圍內(nèi)。即當(dāng)發(fā)電機組的負荷發(fā)生變化時，能自動調(diào)節(jié)發(fā)動機的燃料供給量，以保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速的波動盡可能的小。隨著發(fā)電機組
技術(shù)的進步，調(diào)速器也經(jīng)歷了機械式調(diào)速器、液壓式調(diào)速器、氣動式調(diào)速器、模擬式電子調(diào)速器和數(shù)字式電子調(diào)速器幾個階段。其中數(shù)字式電子調(diào)速器主要由轉(zhuǎn)速傳感器、輸入電路、微處理器、驅(qū)動電路、執(zhí)行器、通信電路和電源電路組成。轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換后，送入微處理器；微處理器對轉(zhuǎn)速信號進行PID (比例積分微分算法)運算后輸出控制信號；控制信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后控制執(zhí)行器轉(zhuǎn)動；執(zhí)行器轉(zhuǎn)動引起發(fā)動機燃料供給量的變化，從而改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。以上這些控制過程形成了一個閉環(huán)控制。數(shù)字式電子調(diào)速器的優(yōu)點在于它的參數(shù)可以方便的調(diào)試從而適用不同的發(fā)動機的調(diào)速要求，因此被廣泛使用。眾所周知，發(fā)電機組的主要負荷是我們常見的異步電機，如冰箱、空調(diào)和洗衣機等都是由異步電機驅(qū)動的。因為異步電機的啟動電流是它額定電流的2倍以上。例如對于冰箱而言，配發(fā)電機組的功率應(yīng)該是冰箱本身功率的4倍；對于洗衣機而言，配發(fā)電機組的功率應(yīng)該是洗衣機本身功率的3倍；對于空調(diào)而言，配發(fā)電機組的功率應(yīng)該是空調(diào)本身功率的2倍。當(dāng)發(fā)電機組帶上異步電機時，發(fā)電機的電流會突然增加，而由于慣性的作用發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會間隔一定時間后才會開始下降。而目前所有調(diào)速器都是檢測到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低后，才會增加燃料，這在控制上來說，已經(jīng)滯后了。另外由于發(fā)動機的燃燒特性，即便燃料增加，發(fā)動機的扭矩也不會迅速增加，以至發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會接著下降一定時間后才會開始上升，這很容易造成異步電動機啟動的時候拖死發(fā)動機。所以在給異步電機這樣的負載選配發(fā)電機組時要求留有足夠的功率冗余，這無疑是大馬拉小車，造成使用成本增大。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器及對應(yīng)的調(diào)速方法，本發(fā)明能夠預(yù)判發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化趨勢，從而在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化前開始控制，以防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅度波動，達到提高發(fā)電機組帶異步電機負荷的能力。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，包括轉(zhuǎn)速傳感器、運行/怠速開關(guān)、輸入電路和微處理器，該轉(zhuǎn)速傳感器和運行/怠速開關(guān)分別與所述輸入電路的輸入端連接，該輸入電路的輸出端與所述微處理器的輸入端連接，該微處理器的輸出端通過步進電機驅(qū)動電路與步進電機執(zhí)行器連接，其特征在于，還包括用于對發(fā)電機組電流取樣的電流取樣電路，該電流取樣電路的輸出端與所述輸入電路的輸入端連接。轉(zhuǎn)速傳感器、運行/怠速開關(guān)分別實時將發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、運行/怠速信號傳輸?shù)捷斎腚娐罚l(fā)動機轉(zhuǎn)速信號經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換為矩形波信號后傳輸?shù)轿⑻幚砥?，微處理器對轉(zhuǎn)速信號進行PID運算后輸出控制信號到步進電機驅(qū)動電路，該步進電機驅(qū)動電路對輸入的信號進行放大后控制步進電機執(zhí)行器對發(fā)動機供油量進行控制，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速。發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，步進電機執(zhí)行器工作引起發(fā)動機燃料供給量的變化，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機運行在額定轉(zhuǎn)速。以上控制過程形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。運行/怠速開關(guān)用于切換發(fā)電機組的工作狀態(tài)。微處理器實時監(jiān)測電流取樣電路輸出的發(fā)電機組電流取樣信號。當(dāng)發(fā)電機組電流取樣信號突然大幅增加，微處理器立即控制提高發(fā)動機供油量，使發(fā)電機組的發(fā)動機有足夠的能力來阻止由于負荷突然增加引起的轉(zhuǎn)速大幅下降；同理當(dāng)負荷電流大幅減小時，調(diào)速器能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速未上升前就開始大幅減小燃油供給，防止由于負荷突卸引起的轉(zhuǎn)速大幅上升，從而提高發(fā)電機組帶負荷的能力，特別是帶異步電機負荷的能力。 本電子調(diào)速器還包括通信電路，該通信電路與所述微處理器雙向通信連接。通信電路使用戶可以通過上位機瀏覽、設(shè)置本調(diào)速器的控制參數(shù)、運行狀態(tài)參數(shù)。發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速方法，使用上述的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，其特征在于，按如下步驟進行
步驟I、所述輸入電路實時將輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和發(fā)電機組電流取樣信號進行處理后傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎?br> 步驟2、微處理器對輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號進行PID運算后輸出控制信號到步進電機驅(qū)動電路，該步進電機驅(qū)動電路通過步進電機執(zhí)行器控制發(fā)動機燃油供給量，控制發(fā)動機運行在額定轉(zhuǎn)速；
步驟3、微處理器實時監(jiān)測發(fā)電機組電流取樣信號，通過監(jiān)測該發(fā)電機組電流取樣信號來判斷發(fā)動機的負荷狀況；
當(dāng)檢測到發(fā)電機取樣電流變化幅度超過設(shè)定值X時，微處理器一方面根據(jù)負荷電流的變化率調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，另一方面改變設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速以加大微處理器的控制輸出量，最后通過步進電機驅(qū)動電路控制步進電機執(zhí)行器改變?nèi)加凸┙o量；
當(dāng)檢測到電流取樣信號的電流變化率小于設(shè)定值X時，微處理器判定負荷為穩(wěn)定狀態(tài)，微處理器根據(jù)負荷電流的大小調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，以便調(diào)速器控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)；
微處理器改變調(diào)速器設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速運行一定時間后，再恢復(fù)以前設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。延時時間一般都很短，在需要大電流啟動的異步電機啟動后，即可控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速回到原來的額定轉(zhuǎn)速。此時只需要發(fā)動機運轉(zhuǎn)在原來既定的額定轉(zhuǎn)速即可提供電器運行所需要的功率。發(fā)電機組電流取樣信號電流變化幅度超過設(shè)定值X時，微處理器將設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速提高或降低五分之一。本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明的電子調(diào)速裝置及調(diào)速方法，是在異步電機啟動需要大電流時，提前提高發(fā)動機的供油量，阻止發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅降低，從而提高了發(fā)電機組帶異步電機負荷的能力。從而使得小功率的發(fā)電機組能夠帶動大啟動功率的用電器，避免了使用大功率的發(fā)電機組造成成本的增大，且避免了平時使用時候冗余功率的浪費。當(dāng)負荷電流大幅減小時，調(diào)速器能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速未上升前就開始大幅減小燃油供給，防止由于負荷突卸引起的轉(zhuǎn)速大幅上升，使得輸出電壓頻率穩(wěn)定，提高電子調(diào)速裝置的穩(wěn)定性和通用性。當(dāng)負荷電流變化較小時(如變化率在6%以內(nèi))，微處理器判定負荷為穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)速器能相應(yīng)的調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，以便調(diào)速器在任何負荷狀況及工況下都能控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明在發(fā)電機輸出電流突然增加時能夠迅速增大發(fā)動機燃料供給量，達到迅速增大發(fā)動機輸出扭矩，而無需額外增大發(fā)電機組冗余扭矩的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器及 其調(diào)速方法，從而大大節(jié)約了購置設(shè)備的成本和使用成本。同樣這種調(diào)速器能通過檢測發(fā)電機輸出電流來判斷發(fā)動機的負荷變化情況，無論負荷突加、突卸、還是穩(wěn)定，都能根據(jù)發(fā)動機的負荷狀況來自動調(diào)整調(diào)整器的參數(shù)，以便調(diào)速器在任何負荷狀況下都能控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動率保持在最優(yōu)狀態(tài)。


圖I為本發(fā)明的電路原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明通過檢測發(fā)電機組電流取樣信號變化來預(yù)判發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化趨勢，從而達到在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化前開始控制，以防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅度波動，達到提高發(fā)電機組帶異步電機負荷的能力，最終實現(xiàn)降低用戶的使用成本，降低材料、能源消耗的目的。其具體實現(xiàn)方案如圖I所示，一種發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，包括轉(zhuǎn)速傳感器、運行/怠速開關(guān)、輸入電路和微處理器，該轉(zhuǎn)速傳感器和運行/怠速開關(guān)分別與所述輸入電路的輸入端連接，該輸入電路的輸出端與所述微處理器的輸入端連接，該微處理器的輸出端通過步進電機驅(qū)動電路與步進電機執(zhí)行器連接，還包括用于對發(fā)電機組電流取樣的電流取樣電路，該電流取樣電路的輸出端與所述輸入電路的輸入端連接。還包括通信電路，該通信電路與微處理器雙向通信連接。電源電路為本發(fā)明的電子調(diào)速器提供穩(wěn)定可靠的電源。發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速方法，使用上述的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，按如下步驟進行
步驟I、所述輸入電路實時將輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和發(fā)電機組取樣電流信號進行處理后傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎?br> 步驟2、微處理器對輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號進行PID運算后輸出控制信號到步進電機驅(qū)動電路，該步進電機驅(qū)動電路通過步進電機執(zhí)行器控制發(fā)動機燃油供給量，控制發(fā)動機運行在額定轉(zhuǎn)速；步驟3、微處理器實時監(jiān)測發(fā)電機組電流取樣信號，通過監(jiān)測該發(fā)電機組電流取樣信號來判斷發(fā)動機的負荷狀況；
當(dāng)檢測到發(fā)電機取樣電流突然大幅變化，變化幅度超過設(shè)定值X時(一般情況下，X取值為5% 6%)，微處理器一方面根據(jù)負荷電流的變化率調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，另一方面改變設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速以加大微處理器的控制輸出量，最后通過步進電機驅(qū)動電路控制步進電機執(zhí)行器改變?nèi)加凸┙o量；
當(dāng)檢測到電流取樣信號的電流變化率小于設(shè)定值X時，微處理器一方面根據(jù)負荷電流的大小調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，以便調(diào)速器控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)；
發(fā)電機組電流取樣信號突然大幅變化超過設(shè)定值X時，微處理器將設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速提高或降低五分之一。 本發(fā)明工作原理轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)輸入電路(輸入電路即整形濾波電路)轉(zhuǎn)換為矩形波后，送入微處理器；微處理器對轉(zhuǎn)速信號進行PID (比例積分微分)運算后輸出控制信號；控制信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后控制執(zhí)行器轉(zhuǎn)動；步進電機執(zhí)行器轉(zhuǎn)動引起內(nèi)燃發(fā)動機燃料供給量的變化，從而改變內(nèi)燃發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。以上這些控制過程形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。運行/怠速開關(guān)用于切換發(fā)電機組的工作狀態(tài)，電源電路為電子調(diào)速器提供穩(wěn)定可靠的電源。通信電路使用戶可以通信上位機軟件瀏覽、設(shè)置本調(diào)速器的控制參數(shù)、運行狀態(tài)參數(shù)。調(diào)速器實時檢測發(fā)電機負荷電流(發(fā)電機組取樣電流)的變化，通過檢測發(fā)電機組取樣電流的大小來判斷發(fā)動機的負荷狀況，當(dāng)檢測到負荷電流突然大幅變化時(變化幅度可預(yù)先設(shè)定和修改)，調(diào)速器一方面根據(jù)負荷電流的變化情況調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機驅(qū)動電路的步距角；另一方面當(dāng)負荷電流突然增大時，調(diào)速器的設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速從1500轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分提高到1800轉(zhuǎn)/分或3600轉(zhuǎn)/分。而當(dāng)負荷電流突然減小時，調(diào)速器的設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速從1500轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分減小到1200轉(zhuǎn)/分或2400轉(zhuǎn)/分，延時一段時間后再恢復(fù)到以前的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。通過上述手段，當(dāng)負荷電流大幅增加時，調(diào)速器能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速未下降前就開始大幅增加燃料供給，使發(fā)電機組發(fā)動機有足夠的能力來阻止由于負荷突加引起的轉(zhuǎn)速大幅下降；同理當(dāng)負荷電流大幅減小時，調(diào)速器能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速未上升前就開始大幅減小燃料供給，防止由于負荷突卸引起的轉(zhuǎn)速大幅上升，從而提高發(fā)電機組帶負荷的能力和穩(wěn)定性，特別是帶異步電機的能力。另外由于發(fā)動機在不同負荷狀況下的調(diào)速性能有較大的差異，單一的調(diào)速器參數(shù)只能在固定的負荷狀況下保證發(fā)動機頻率波動率的最優(yōu)。本調(diào)速器能根據(jù)負荷的大小調(diào)整調(diào)速器的PID參數(shù)及步進電機的驅(qū)動頻率和驅(qū)動步距角，從而保證發(fā)電機組在多種負荷的情況下頻率波動率達到最優(yōu)。舉例說明現(xiàn)有額定功率為25KW的發(fā)電機組，發(fā)電機組的發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，此時輸出50HZ交流電，用于給家用用電設(shè)備供電。家用用電設(shè)備的額定功率低于25KW，但是家用用電設(shè)備的啟動總功率為30KW。在啟動用電設(shè)備時，啟動功率達到30KW，發(fā)電機組輸出電流大幅變化。但是發(fā)電機組的額定功率已經(jīng)不能滿足啟動電流需求。此時微處理器提前控制步進電機執(zhí)行器加大供油量，提高發(fā)電機組的發(fā)動機轉(zhuǎn)速到3600轉(zhuǎn)/分，輸出60HZ的交流電。60HZ的交流電不影響電器的正常使用。發(fā)動機輸出大功率帶動發(fā)電機組運轉(zhuǎn)，當(dāng)電器啟動完畢后，通過步進電機執(zhí)行器控制發(fā)電機組的發(fā)動機回到在額定轉(zhuǎn)速。由此可見由于發(fā)電機組電流大幅變化時，提前控制發(fā)動機提高轉(zhuǎn)速或降低轉(zhuǎn)速，阻止發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅波動，從而提高發(fā)電機組帶異步電機負荷的能力。而且使得小功率的發(fā)電機組能夠啟動大啟動功率的用電器，避免了使用大功率的發(fā)電機組造成成本的增大，且避免了平時使用時候冗余功率的浪費，具有良好的使用價值，便于產(chǎn)品的推廣使用。本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施 方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，包括轉(zhuǎn)速傳感器、運行/怠速開關(guān)、輸入電路和微處理器，該轉(zhuǎn)速傳感器和運行/怠速開關(guān)分別與所述輸入電路的輸入端連接，該輸入電路的輸出端與所述微處理器的輸入端連接，該微處理器的輸出端通過步進電機驅(qū)動電路與步進電機執(zhí)行器連接，其特征在于，還包括用于對發(fā)電機組電流取樣的電流取樣電路，該電流取樣電路的輸出端與所述輸入電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，其特征在于，還包括通信電路，該通信電路與所述微處理器雙向通信連接。
3.發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速方法，使用權(quán)利要求I或2所述的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器，其特征在于，按如下步驟進行 步驟I、所述輸入電路實時將輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和發(fā)電機組電流取樣信號進行處理后傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎? 步驟2、微處理器對輸入的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號進行PID運算后輸出控制信號到步進電機驅(qū)動電路，該步進電機驅(qū)動電路通過步進電機執(zhí)行器控制發(fā)動機燃油供給量，控制發(fā)動機運行在額定轉(zhuǎn)速； 步驟3、微處理器實時監(jiān)測發(fā)電機組電流取樣信號，通過監(jiān)測該發(fā)電機組電流取樣信號來判斷發(fā)動機的負荷狀況； 當(dāng)檢測到電流取樣信號的電流變化率超過設(shè)定值X時，微處理器一方面根據(jù)負荷電流的變化率調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，另一方面改變設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速以加大微處理器的控制輸出量，最后通過步進電機驅(qū)動電路控制步進電機執(zhí)行器改變?nèi)加凸┙o量； 當(dāng)檢測到電流取樣信號的電流變化率小于設(shè)定值X時，微處理器判定負荷為穩(wěn)定狀態(tài)，微處理器根據(jù)負荷電流的大小調(diào)整PID的參數(shù)及步進電機驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率和步進電機執(zhí)行器的步距角，以便調(diào)速器控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速方法，其特征在于，發(fā)電機組電流取樣信號電流變化率超過設(shè)定值時，微處理器將設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速提高或降低五分之一。
全文摘要
發(fā)電機組預(yù)知式電子調(diào)速器及調(diào)速方法，是在現(xiàn)有的裝置基礎(chǔ)上增加對發(fā)電機組電流取樣的電流取樣電路，微處理器實時監(jiān)測電流取樣電路輸出的發(fā)電機組電流取樣信號。當(dāng)發(fā)電機組電流取樣信號突然大幅增加，微處理器立即控制提高發(fā)動機供油量，使發(fā)電機組的發(fā)動機有足夠的能力來阻止由于負荷突然增加引起的轉(zhuǎn)速大幅下降；同理當(dāng)負荷電流大幅減小時，調(diào)速器能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速未上升前就開始大幅減小燃油供給，防止由于負荷突卸引起的轉(zhuǎn)速大幅上升，從而提高發(fā)電機組帶負荷的能力，特別是帶異步電機負荷的能力，以便調(diào)速器在任何負荷狀況下都能控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動率保持在最優(yōu)狀態(tài)。
文檔編號F02D1/02GK102797566SQ20121032927
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者吳家亮, 陶春, 唐平, 吉月紅 申請人:重慶嘉競電子設(shè)備有限公司