專利名稱：一種緩起動速度控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及柴油發(fā)電機組的電子速度控制器，特別是一種采用緩起動方式的 緩起動速度控制器，它能使發(fā)電機組在寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期存在 的起動困難問題得以順利解決；這種起動方式速度控制器也使發(fā)電機組在起動時黑煙大大 減小，噪音大大降低。
背景技術：
康明斯柴油發(fā)電機組在我國已經(jīng)有20多年的廣泛應用，但將該種發(fā)電機組在寒 冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)使用時長期存在起動困難的問題，因而不適用于北 方地區(qū)、青藏高原的工程發(fā)電機組。究其原因，是柴油發(fā)電機組使用的速度控制器在啟動方 式上存在缺陷，起動性能很不好噪聲大、黑煙濃，在寒冷、高原地區(qū)，起動后還常常不能升 速到預定轉速，停滯在1200RPM左右冒著陣陣黑煙，轉速上不去了。這是因為發(fā)動機在起 動、引燃時油門是全開的，汽缸里有油，轉速很快升速到怠速或高速，但很多燃油并沒有燃 燒，排出一團團很濃的黑煙，噪聲也極大。這種情況，在南方寒冷季節(jié)或北方寒冷地區(qū)，特別 是在空氣稀薄的青藏高原地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生，十分嚴重，嚴重耽誤工作。極大的噪聲和極濃的 黑煙還造成環(huán)境污染，在城市高樓、居民小區(qū)的備用機組，令人厭惡，被環(huán)保部門勒令停止。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本實用新型的目的是提供一種緩起動速度控制
ο為實現(xiàn)上述目的而采用的技術方案是這樣的，即一種緩起動速度控制器，包括與 速度傳感器輸出端連接的轉速采樣電路，采樣電路將信號整形成標準方波信號后經(jīng)頻率/ 電壓電路轉換成正比于轉速的電壓Vn連接至加法器的輸入端；還包括轉速設定電路，轉速設定電路由轉速微調電位器及怠/高速開關組成，輸 出轉速設定信號\連接至加法器輸入端；還包括執(zhí)行器的電流采樣電路，將采樣電流通過放大電路、調速率電位器處理成 為與主發(fā)電機負載相對應的負反饋信號Vd連接至加法器的輸入端；加法器對輸入信號進行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調節(jié)器進行 靜、動態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器輸出 端連接，比較器的輸出端連接驅動電路，由驅動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā)動機的 燃油量，從而調節(jié)轉速；還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括緩起動電路包括調速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時選擇開關，其 中緩起動信號發(fā)生器接收來自轉速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過 調速率控制電路連接至調速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時輸出，另 一路通過轉速設定電路控制轉速設定信號Vk的延時輸出，延時選擇開關與緩起動信號發(fā)生器的延時信號輸出控制端連接，提供七檔延時時間的選擇。本實用新型由于所述電路結構而產(chǎn)生的基極效果是非常顯著的，即由于在調速控 制器中采用了緩起動電路，能使發(fā)電機組在寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期 存在的起動困難問題得以順利解決，使發(fā)電機組能夠適用于北方地區(qū)、青藏高原。也解決了 發(fā)電機組在起動時黑煙大，噪音大大的弊端，改善人體感受，提升環(huán)保品質。

本實用新型的結構可以通過附圖給出的非限定性的實施例進一步說明。本實用新型有如下附圖附圖1為發(fā)電機組轉速控制的基本原理框圖；附圖2為現(xiàn)有技術中發(fā)電機組速度控制器的結構框圖；為廣泛使用的美國康明斯 零件號3044196模擬式控制器的結構框圖；附圖3為本實用新型緩起動速度控制器的結構框圖；附圖4為緩起動速度控制器的緩起動電路圖；附圖5為緩起動速度控制器的執(zhí)行器短路保護電路圖；附圖6為緩起動速度控制器的抗干擾電路圖；附圖7為本實用新型緩起動速度控制器的電路原理圖；附圖8為起動過程的轉速和供油情況實驗曲線。
具體實施方式
參見附圖3，本實用新型包括與速度傳感器輸出端連接的轉速采樣電路，采樣電路 將信號整形成標準方波信號后經(jīng)頻率/電壓電路轉換成正比于轉速的電壓Vn連接至加法 器的輸入端；還包括轉速設定電路，轉速設定電路由轉速微調電位器及怠/高速開關組成，輸 出轉速設定信號\連接至加法器輸入端；還包括執(zhí)行器的電流采樣電路，將采樣電流通過放大電路、調速率電位器處理成 為與主發(fā)電機負載相對應的負反饋信號Vd連接至加法器的輸入端；加法器對輸入信號進行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調節(jié)器進行 靜、動態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端連接，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器 輸出端連接，比較器的輸出端連接驅動電路，由驅動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā) 動機的燃油量，調節(jié)轉速；還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括緩起動電路包括調速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時選擇開關，其 中緩起動信號發(fā)生器接收來自轉速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過 調速率控制電路連接至調速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時輸出，另 一路通過轉速設定電路控制轉速設定信號Vk的延時輸出，延時選擇開關與緩起動信號發(fā)生 器的延時信號輸出控制端連接，向緩起動信號發(fā)生器提供七檔延時時間的預置選擇；在實施例中，還包括執(zhí)行器短路保護電路，該電路的輸入端通過采樣電阻分別連 接驅動電路的輸出端和輸出端，其輸出端連接至比較器的正向輸入端；當采樣電阻檢測到輸入信號存在而輸出信號短路時，則輸出一高電平關閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流 過；在實施例中，還包括抗干擾電路轉速傳感器通過高頻穿芯電感抗干擾輸入電路 與轉速采樣電路連接；轉速微調電位器及怠/高速開關串聯(lián)電感器后與轉速設定電路連 接；驅動電路的輸出端通過高頻穿芯電感輸出電路與執(zhí)行器連接；電瓶通過過高頻穿芯電 感抗干擾輸入電路與電源電路連接。參見附圖4，上述緩起動電路中，緩起動信號發(fā)生器由信號可選擇為C8051F330的 PC芯片IC7、石英振蕩定時電路及輸入、輸出電路構成，其中由電壓放大器IC6B及其外圍電阻R72-R77及電容C41-C45構成緩起動信號 發(fā)生器的轉速輸入電路，其中電阻R72與電容C41、電阻R74串聯(lián)后與IC6B的輸入1端連 接，IC6B的輸出端與電阻R76串聯(lián)后與IC7連接，R77及C45分別并聯(lián)在R76輸出端與負極 之間；C44并聯(lián)在IC6B輸出端與負極之間，R75與C42分別并聯(lián)在IC6B輸入端與負極之間； R73連接在R72出端與負極之間。該輸入電路中的R72，R73，R74，R75，C41組成轉速信號 采集電路，由輸入端VF采集前述轉速采樣電路輸出的轉速信號，采集的轉速信號經(jīng)IC6B， C43，R76，R77組成的頻率轉電壓電路轉換成相應的電壓送入IC7微電腦進行數(shù)據(jù)處理，微 電腦根據(jù)發(fā)動機的轉速工況進行一系列煙度數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，最后輸出一直流電壓信號；緩 起動信號發(fā)生器的輸出電路由電壓放大器IC6A及其外圍電阻R78-R85及電容C46構成，其 功能是將緩起動信號發(fā)生器輸出的模擬信號進行放大后經(jīng)輸出端Tl 一路向轉速設定電路 輸出控制信號，經(jīng)轉速設定電路控制轉速設定信號Vk的延時輸出，去推動執(zhí)行器的開度，從 而實現(xiàn)緩升速，使煙度得到有效的控制；另一路向調速率控制電路輸出控制信號；調速率 控制電路由放大器IC11、電子開關IC12A和IC12B、外圍電阻R103-R111及電容C65、C66構 成，將輸入的信號再次放大后用于控制調速率電位器D ；延時選擇開關Kl是一個三位撥動 開關，通過它選擇緩升速的時間，可實現(xiàn)0、5、10、15、20、25、30秒的預置選擇。在我國南方， 一般使用5-10秒，北方用10-20秒，青藏高原地區(qū)的冬天用20-30秒，根據(jù)當?shù)禺敃r實際情 況試1、2次即可確定。在點火前先讓發(fā)動機不給油空轉2-3秒鐘，將汽缸里的余油排除，然后設法給點 很少燃油量，剛夠引燃，沒有多余的燃油，也就沒有黑煙了，再慢慢加油、緩慢升速，機身逐 漸升溫，逐漸到達高速。這樣噪聲降低了，黑煙減少了。經(jīng)重慶市計量質量檢測研究院檢驗， 煙度由IOnT1下降至2. 5m—1，噪聲由IOOdb下降至90db，效果十分明顯。起動過程的轉速和 供油情況參見附圖8。上述執(zhí)行器短路保護電路參見附圖5，此電路由比較器IC10，BG5及外圍電阻 R95-R100，二極管D19-D21，電容C60-C62組成，其中R95，R96電阻分別檢測來自驅動電路 的輸出脈沖與輸入脈沖信號，若R96檢測到輸入信號存在，而輸出信號則有意外而短路時， 則IClO迅速輸出一高電平通過D20去關閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過，從而避免了 執(zhí)行器短路而損壞內(nèi)部電路，BG5, D21組成電路自恢復，若外界短路消失，則電路自動恢復 倒常態(tài)，可避免電路一直處于保護自鎖。；由于采用了執(zhí)行器短路保護電路，消除了因更換 執(zhí)行器而容易使控制器功率管燒壞的現(xiàn)象，使控制器的壽命延長。參見附圖6，此電路是抗干擾電路部分，在輸入端，轉速傳感器的輸出端并聯(lián)有電 阻R92，高頻穿芯電感L3的初段與R92并聯(lián)，出端并聯(lián)有電容C29，電容C30、C31串聯(lián)后并聯(lián)在L3出端，它們中間抽頭接地。轉速微調轉速微調電位器及怠/高速開關與速設定電路 的連接端分別串聯(lián)有電感L4-L7，所述電感器的輸出端分別通過高頻電容C32-C35接地。電 瓶通過過高頻穿芯電感Ll抗干擾輸入電路與電源電路連接，其中由電容C25、(^6串聯(lián)后并 聯(lián)在Ll出端，它們中間抽頭接地，二極管Dll串聯(lián)在Ll出端構成。在輸出端，驅動電路的 輸出端通過高頻穿芯電感L2輸出電路與執(zhí)行器連接，其中在L2的初端分別通過高頻電容 C28、C27接地。由于無線電及其他的射頻，傳輸線的干擾，會使發(fā)動機工作失常，給生產(chǎn)帶 來嚴重安全威脅，這些高頻濾波器件把干擾雜波通過電感隔離，在通過電容對大地濾除掉， 使電路得到純凈的信號，使電路更可靠的工作，內(nèi)外互不干擾。由于在控制器輸入、輸出端 增加了抗干擾電路，使發(fā)電機組不會出現(xiàn)因受干擾而隨聲擺動、轉速不穩(wěn)，造成發(fā)電頻率不 穩(wěn)現(xiàn)象，保障了用電設備穩(wěn)定使用，保障了漁船安全航行、空調車正常聯(lián)絡。參見附圖7，工作原理如下1.模擬控制部分這部分是美國康明斯控制器的基礎，具體線路是(1).轉速輸入電路轉速脈沖信號經(jīng)放大器BG1，經(jīng)IC1B、ICID整形，成為和轉速 傳感器信號相同的矩形波波，又經(jīng)IC1A、ICIC將方波頻率轉換成電壓信號，見圖7中的②。(2).轉速設定電路包括W4、Wl怠/高速的設定電位器，以及外置的轉速微調電 位器，和IC3A、C、D的3個電子開關所組成，提供轉速設定信號VD，見圖7中的⑦。(3). IC4B是3個輸入信號Vn、VD、VK的加法器，IC5A、IC5B、IC2D、IC2B是電子模擬 PID調節(jié)器，包括手動調增益電位器G(W》，保證機組正常運行中靜、動態(tài)性能良好，一般取 G=70-% ,見圖7中的③。(4).IC2C是鋸齒波信號發(fā)生器，頻率在200Hz左右，見圖7中的④，和PID的輸出 信號在IC2A中進行比較，轉換成脈沖調寬信號，再通過BG2驅動、BG3功放輸出，推動執(zhí)行 器，見圖7中的⑤。(5). R59為執(zhí)行器電流采樣電阻，其電壓降經(jīng)IC4A放大，見圖7中的⑥；W3電位
器調整反饋量，發(fā)電機組負載的調速率(DROOP) 單機運行取D = 0% ；并機運行取D =
8%，此時調速率約=2. 5%左右，組成負載反饋電路，成為負載反饋信號電壓為VD，和主發(fā) 電機負載的大小成正比。(6).864及其周邊元件為電源模塊，提供對、7.5、3.8、7.25乂 4種電源，見圖7中的 2、緩起動功能部分以單片機IC7為核心的緩起動電路保證了緩起動全過程性能 良好在引爆點、緩升速過程中各階段、以及到達預定轉速的接軌點，都能使加油量和升速 需要量相匹配好，達到煙度低、噪聲小，升速平穩(wěn)而快捷的目的，IC6B、IC6A和三位撥動開關 Kl是緩起動電路的輔助件。Kl用以人工選擇最佳升速時間。見圖7中的⑨。
權利要求1.一種緩起動速度控制器，包括與速度傳感器輸出端連接的轉速采樣電路，采樣電路 將信號整形成標準方波信號后經(jīng)頻率/電壓電路轉換成正比于轉速的電壓Vn連接至加法 器的輸入端；還包括轉速設定電路，轉速設定電路包括轉速微調電位器及怠/高速開關，輸出轉速 設定信號Vk連接至加法器輸入端；還包括執(zhí)行器的電流采樣電路，將采樣電流通過放大電路、調速率電位器處理成為與 主發(fā)電機負載相對應的負反饋信號Vd連接至加法器的輸入端；加法器對輸入信號進行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調節(jié)器進行靜、動 態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器輸出端連 接，比較器的輸出端連接驅動電路，由驅動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā)動機的燃油 量，從而調節(jié)轉速；還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括緩起動電路包括調速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時選擇開關，其中緩 起動信號發(fā)生器接收來自轉速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過調速 率控制電路連接至調速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時輸出，另一路 通過轉速設定電路控制轉速設定信號Vk的延時輸出，延時選擇開關與緩起動信號發(fā)生器的 延時信號輸出控制端連接，提供七檔延時時間的選擇。
2.根據(jù)權利要求1所述的緩起動速度控制器，其特征是還包括執(zhí)行器短路保護電路， 該電路的輸入端通過采樣電阻分別連接驅動電路的輸出端和輸出端，其輸出端連接至比較 器的正向輸入端；當采樣電阻檢測到輸入信號存在而輸出信號短路時，則輸出一高電平關 閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過。
專利摘要本實用新型涉及柴油發(fā)電機組的電子速度控制器，由于增加了緩起動電路，它能使發(fā)電機組在寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期存在的起動困難問題得以順利解決；這種起動方式速度控制器也使發(fā)電機組在起動時黑煙大大減小，噪音大大降低。
文檔編號F02D29/06GK201908735SQ20102061040
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者魏榮生 申請人:重慶市海德自動化有限公司