一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及發(fā)電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)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(fā)電機的輸出端，整流單元將整流后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(guān)晶體管分別接收控制單元產(chǎn)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后輸入控制單元的電壓信號輸入端，將取樣電流信號放大后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(guān)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(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】的倍頻逆變，具體是一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前倍頻逆變方法廣泛用于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(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機的倍頻逆變方法和裝置。從該專利不難看出他實現(xiàn)倍頻的方法實質(zhì)上是采用的一種單極性正弦脈寬調(diào)制方法。該方法還可以詳細參見陳道煉編著的由機械工業(yè)出版社出版的教科書:《DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用》的介紹。該方法所對應(yīng)的裝置的核心部分是一個正弦波發(fā)生器和一個三角波發(fā)生器和一個比較器組成，該電路存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜調(diào)試困難的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單的能實現(xiàn)倍頻逆變的內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)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(fā)電機的輸出端，整流單元將整流后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(guān)晶體管分別接收控制單元產(chǎn)生的4路頻率為f的PWM信號，然后輸出頻率為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，并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(shù)轉(zhuǎn)換，計算獲得電壓和電流的有效值或電壓和電流的平均值；然后將該有效值或平均值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值進行比較而獲得偏差，根據(jù)該偏差和預(yù)存的正弦表值進行PI調(diào)節(jié)計算，將PI調(diào)節(jié)計算結(jié)果輸入PWM信號發(fā)生器中，產(chǎn)生兩路互補的PWM信號，將PI調(diào)節(jié)計算結(jié)果再進行移相180°計算后的結(jié)果輸入另一PWM信號發(fā)生器中，產(chǎn)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(yōu)地實現(xiàn)上述技術(shù)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(shè)置有油門控制信號輸出端，輸出控制信號到油門?？刂茊卧邮照鲉卧骱蟮碾妷海瑢υ撾妷阂约鞍l(fā)動電轉(zhuǎn)速進行實時檢測，如果發(fā)電機的功率小于預(yù)設(shè)值，則通過控制單元調(diào)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(fā)動機降低轉(zhuǎn)速，保護發(fā)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后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(fā)電機的輸出三相線分別連接二極管D8、D9、D10的正極，電阻R8和電容C6并聯(lián)后，一端與二極管D8、D9、D10的負極連接，另一端與整流電橋的可控硅SCRl的負極連接，或與二極管D5正極端連接。
[0013]上述輸出濾波單元由LC濾波電路構(gòu)成。
[0014]為了更優(yōu)地實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本裝置還設(shè)置有與所述控制單元連接的溫度傳感器，當(dāng)溫度傳感器檢測到的溫度大于預(yù)設(shè)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(yōu)點是摒棄了三角波發(fā)生器和比較器及繁雜的正弦波發(fā)生器電路，采用4路頻率為f的PWM信號，使逆變橋輸出端的PWM波頻率變?yōu)檩斎隤WM信號頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開關(guān)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。采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(xiàn)，省去了傳統(tǒng)的差分放大電路，并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(jié)構(gòu)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(nèi)燃機和發(fā)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(nèi)燃機和發(fā)電機7輸出的電壓進行整流，并將整流后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(guān)晶體管分別接收控制單元產(chǎn)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進行濾波后輸出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，并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(shù)轉(zhuǎn)換，計算獲得電壓和電流的有效值或電壓和電流的平均值；然后將該有效值或平均值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值(電壓和電流)進行比較而獲得偏差，根據(jù)該偏差和預(yù)存的正弦表值進行PI調(diào)節(jié)計算，將PI調(diào)節(jié)計算結(jié)果輸入PWM信號發(fā)生器(該PWM信號發(fā)生器為控制器MCU自帶的模塊)中，產(chǎn)生兩路互補的PWM信號，同時將PI調(diào)節(jié)計算結(jié)果再進行移相180°計算后結(jié)果輸入另一PWM信號發(fā)生器中，產(chǎn)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(guān)，使得逆變橋輸出端的PWM波頻率變?yōu)檩斎隤WM信號頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開關(guān)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，整流單元中由可控硅SCR1、SCR2、SCR3和二極管D5、D6、D7構(gòu)成對的發(fā)電機的輸出三相線的整流電路，在此基礎(chǔ)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，保護可控硅和整流二極管的安全。具體結(jié)構(gòu)為:三相線分別連接二極管D8、D9、DlO的正極，電阻R8和電容C6并聯(lián)后，一端與二極管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(guān)晶體管161、162、163、164和二極管01、02、03、04構(gòu)成逆變單元的逆變電橋電路。電感L1、L2和電容C5構(gòu)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(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)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(即整流單元整流后的電壓)，綜合當(dāng)前發(fā)電機轉(zhuǎn)速，判斷發(fā)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，從而保護發(fā)動機安全。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于: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(fā)電機的輸出端，整流單元(I)將整流后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(guān)晶體管分別接收控制單元(5)產(chǎn)生的4路頻率為f的PWM信號，然后輸出頻率為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，并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(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于: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(shè)置有油門控制信號輸出端，輸出控制信號到油門(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于: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后再連接到控制單元的信號輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于:所述整流單元(I)增加相線尖峰電壓吸收電路，具體為:發(fā)電機的輸出三相線分別連接二極管D8、D9、D10的正極，電阻R8和電容C6并聯(lián)后，一端與二極管D8、D9、D10的負極連接；另一端與整流電橋的可控硅SCRl的負極連接，或與二極管D5正極端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于:所述輸出濾波單元(3)由LC濾波電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述一種內(nèi)燃機驅(qū)動的逆變發(fā)電裝置，其特征在于:本裝置設(shè)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】何林, 陳斌 申請人:重慶力華科技有限責(zé)任公司