專利名稱：微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型交流發(fā)電機(jī)的負(fù)載調(diào)節(jié)與電壓恒定自動(dòng)控制裝置。
國內(nèi)微型發(fā)電機(jī)組(5kw-10kw以下的單相、三相交流發(fā)電機(jī)組)沒有國家的標(biāo)準(zhǔn)系列，應(yīng)用在微型水輪機(jī)上。上述微型發(fā)電機(jī)組一般都不配備發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制裝置，安裝此類機(jī)組的用戶，利用長(zhǎng)明燈不變更負(fù)載的方法保證發(fā)電機(jī)輸出電壓不過壓，這種長(zhǎng)明燈使用戶無法自如的應(yīng)用其電力，如果不小心負(fù)載減少了，發(fā)電電壓會(huì)突然升高，立即燒損用戶電器。在國內(nèi)利用交流異步電動(dòng)機(jī)做發(fā)電運(yùn)行，必須要有負(fù)載調(diào)節(jié)控制裝置，目前較為完善、性能較好的一種電子負(fù)載調(diào)節(jié)器，如圖6所示。該調(diào)節(jié)器在原理上可行，但在實(shí)用上有許多不便，其一是該電路采用運(yùn)算放大IC獲取控制信號(hào)，它調(diào)試?yán)щy、工作不穩(wěn)定、受電路元件參數(shù)影響較大。在實(shí)用中往往是有的控制器運(yùn)行正常、能達(dá)到設(shè)定效果，有的控制器因參數(shù)沒調(diào)好運(yùn)行不正常，給用戶帶來不應(yīng)有的損失；其二是控制電路只有過壓指令信號(hào)；其三是控制電路用了多路變壓器電源，采用非標(biāo)變壓器，使成本增加；其四是雙向可控硅觸發(fā)電路的V1、V2、是晶體管模擬電路元件，并工作在放大狀態(tài)，V3是單結(jié)晶體管其電壓比也有一定要求，這就增加了選管的困難；其五是利用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)雙向可控硅，一不穩(wěn)定，二不安全。該調(diào)節(jié)器因?yàn)樯鲜鲈驅(qū)е滤诂F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中時(shí)好、時(shí)壞。損壞時(shí)使發(fā)電機(jī)組不能正常運(yùn)行或飛車損壞發(fā)電機(jī)組?？傊杀靖?、性能差。
微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器對(duì)5kW-10kW以下的單、三相微型發(fā)電機(jī)的負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。例如在國內(nèi)的山區(qū)有著豐富的水資源，在電網(wǎng)波及不到地方，可以將微型發(fā)電機(jī)安裝在水輪機(jī)上，供一家或幾家農(nóng)戶用電。目前5kW以下單相交流發(fā)電機(jī)多采用永磁式發(fā)電機(jī)和自勵(lì)磁恒壓發(fā)電機(jī)。前者輸出電壓與外施負(fù)載成反比。自勵(lì)磁恒壓發(fā)電機(jī)雖有自勵(lì)磁系統(tǒng)。對(duì)微水電要想保持恒壓也必須有自勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器或水流穩(wěn)定裝置。所以微型水輪發(fā)電機(jī)要能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須加裝負(fù)載電壓調(diào)節(jié)控制器。用電戶在安裝了微水輪發(fā)電機(jī)之后，要求能像人們應(yīng)用電網(wǎng)供電一樣方便。
本實(shí)用新型的目的是提供一種克服現(xiàn)有調(diào)節(jié)器的缺點(diǎn)，研制一種新的微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器。尤其是一種在電路上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在性能上功能齊全，在運(yùn)行中要安全可靠，做到不需用戶調(diào)試和維修的微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器，包括直流穩(wěn)壓電源與過壓控制信號(hào)的產(chǎn)生電路4、發(fā)電機(jī)每次的過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路5、發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載和雙向可控硅的調(diào)節(jié)電路6組成，其特征是所述直流穩(wěn)壓電源與過壓控制信號(hào)的產(chǎn)生電路4中設(shè)有的直流穩(wěn)壓電源的電壓端和從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端分別輸入比較器的兩個(gè)比較端、比較器的輸出端連接過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路中計(jì)數(shù)芯片的輸入端，計(jì)數(shù)芯片輸出連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A的輸出連接控制發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載的雙向可控硅調(diào)節(jié)電路6中的雙向可控硅的觸發(fā)端。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)是直流穩(wěn)壓電源的電壓端分別通過2-4級(jí)串聯(lián)的分壓電阻再輸入對(duì)應(yīng)的2-4個(gè)比較器的一個(gè)比較端，比較器的另一比較端連接從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端。
本實(shí)用新型能通過測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出電壓的變化狀態(tài)，過電壓指令信號(hào)，讓固定脈沖進(jìn)行12位計(jì)數(shù)。利用數(shù)字量“1”和“0”和12位計(jì)數(shù)器獲取控制信號(hào)電壓值。利用信號(hào)的大小調(diào)節(jié)外施內(nèi)載的多少，保持發(fā)電機(jī)受載均衡，讓輸出電壓維持在額定值范圍之內(nèi)。從而保證發(fā)電機(jī)輸出電壓在規(guī)定的正常電壓范圍之內(nèi)。正常電壓指令信號(hào)不發(fā)出調(diào)節(jié)命令。本控制器是為發(fā)電機(jī)配備一個(gè)能線性調(diào)節(jié)的外施內(nèi)載。外施內(nèi)載永遠(yuǎn)接在發(fā)電機(jī)的輸出端口。當(dāng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。如果用戶未加負(fù)載，此時(shí)內(nèi)載自動(dòng)投入運(yùn)行。當(dāng)用戶開始用電，用戶負(fù)載增加，隨著電壓的變化，控制器將自動(dòng)對(duì)內(nèi)載進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其減少投入量。當(dāng)用戶達(dá)到額定用電量時(shí)，控制器將使內(nèi)載全部切出。并記憶，用D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生控制信號(hào)電壓。正常電壓時(shí)，指令信號(hào)封住計(jì)數(shù)。欠壓指令信號(hào)時(shí)，清除計(jì)數(shù)值?？刂齐娐冯娫吹姆€(wěn)壓值在發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)的一定范圍內(nèi)+20％，-40％時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)值不變。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是對(duì)微水電的穩(wěn)定運(yùn)行，提供了一種可靠的保證。電路集成化，數(shù)字化、線性化。利用標(biāo)準(zhǔn)元器件及充分發(fā)揮電路元器件自身的性能使整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，從而達(dá)到電路制成后不用調(diào)試，不用維護(hù)的目的。在集成化之后，調(diào)節(jié)控制的穩(wěn)定性提高。標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化之后，使成本降低，充分發(fā)揮元器件性能，使控制器的性能提高。功能增強(qiáng)，運(yùn)行可靠，利于推廣應(yīng)用。同時(shí)滿足用戶的愿望，提供在價(jià)格上實(shí)現(xiàn)盡可能的低，簡(jiǎn)單且功能齊全(不需要調(diào)試)運(yùn)行可靠的微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器。
以下結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1是本實(shí)用新型框圖，給出了本控制器的主要構(gòu)成部分；圖2為圖1的直流穩(wěn)壓電源與控制指令信號(hào)的產(chǎn)生電路4；
圖3為圖1中發(fā)電機(jī)每次的過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路5；圖4為圖1的發(fā)電機(jī)外施內(nèi)載，利用雙向可控硅的調(diào)節(jié)電路6；圖5為圖4的雙向可控硅的同步信號(hào)源與調(diào)節(jié)電路的電源電路；圖6為現(xiàn)有技術(shù)中典型的微水輪發(fā)電機(jī)電子負(fù)載電壓調(diào)節(jié)控制電路圖。
如圖所示圖1所示，框圖中包括由水流1帶動(dòng)水輪機(jī)2并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)3，發(fā)電機(jī)輸出電壓連接圖2中直流穩(wěn)壓電源與控制指令信號(hào)的產(chǎn)生電路4，其指令信號(hào)輸出至發(fā)電機(jī)每次的過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路5、發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載和雙向可控硅的調(diào)節(jié)電路6，7為同步信號(hào)，而8為電阻性內(nèi)負(fù)載。圖2所示，所述直流穩(wěn)壓電源與過壓控制信號(hào)的產(chǎn)生電路4中設(shè)有的直流穩(wěn)壓電源的電壓端和從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端分別輸入比較器的兩個(gè)比較端、比較器的輸出端連接過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路中計(jì)數(shù)芯片，計(jì)數(shù)芯片連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A的輸出連接控制發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載的雙向可控硅調(diào)節(jié)電路6中的雙向可控硅的觸發(fā)端。
對(duì)微型發(fā)電機(jī)組(5kW以下發(fā)電機(jī))采用外施內(nèi)載自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持發(fā)電機(jī)受載均衡，維持輸出電壓在正常電壓范圍之內(nèi)。
外施內(nèi)載的加載方法采用計(jì)數(shù)累加方法，一次性清除內(nèi)載。如果須要內(nèi)載再重新計(jì)數(shù)累加到需要值。
本控制器的實(shí)施例中，僅用一個(gè)變壓器T1，4只集成電路，3只作為開關(guān)狀態(tài)的晶體管。只有一晶體管處在放大狀態(tài)下，其β倍數(shù)允許變化±20％。雙向硅不用脈沖變壓器，同步信號(hào)不用同步變壓器。雙向硅利用電容器充放電進(jìn)行移相控制。本施例中用三個(gè)相控制板也可以組成三相交流發(fā)電機(jī)(12kW以下)的三相負(fù)載電壓調(diào)節(jié)控制器。
圖2中能保證通過12V三端穩(wěn)壓器VS1的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電壓在發(fā)電機(jī)電壓較大變化范圍內(nèi)不變，并包括變壓器T1、整流濾波器件VD1-4、C1、C2。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓小于185伏時(shí)為欠壓190～230伏為正常電壓范圍，≥240伏時(shí)為過電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓超出250伏時(shí)為超限電壓。注意這些電壓級(jí)別是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用人為定的。直流穩(wěn)壓電源的電壓端分別通過3級(jí)串聯(lián)的分壓電阻R4-7再輸入對(duì)應(yīng)的3個(gè)比較器IC1的一個(gè)比較端，比較器的另一比較端連接從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端。改變R4-7和調(diào)節(jié)電位器RP1可以給出電壓的輸入值，滿足用戶的要求。發(fā)電機(jī)的實(shí)際電壓與標(biāo)準(zhǔn)的電壓值比較后，產(chǎn)生高低電平指令信號(hào)，圖中通過電壓比較器產(chǎn)生四種數(shù)字指令信號(hào)IC1中的輸出S1為欠壓，S2為正常電壓、S3為過壓，S4為超限電壓。這4種信號(hào)，命令控制器完成相應(yīng)的控制功能。如在發(fā)電機(jī)超限欠壓下保證不變。IC1選用四運(yùn)放集成電路，例如LM324N、LM339N、5G14574、5G14573等。
圖3所示，為了調(diào)試方便、性能穩(wěn)定，本控制器頻率根據(jù)調(diào)節(jié)內(nèi)載的速率而定。一般內(nèi)載從0到全部投入的時(shí)間，在10秒左右。即圖3的發(fā)電機(jī)每次的過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路5的輸出時(shí)間滿足上述要求；利用圖2中產(chǎn)生的過壓信號(hào)S3開、停脈沖源IC1D。當(dāng)S1為低電平，S3為高電平時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出正常電壓UF，當(dāng)UF過壓S1、S3均為低電平，開啟脈沖源，脈沖輸入到IC2，IC2進(jìn)行12位計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值通過D/A轉(zhuǎn)換器的BRW電阻網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓值。當(dāng)內(nèi)載被增加，使發(fā)電機(jī)電壓降低恢復(fù)為正常值，S3為高電平時(shí)脈沖源停止運(yùn)行，IC2維持原數(shù)值不變，投入的內(nèi)載量也不變。如果用戶的用電增加，發(fā)電機(jī)承載量的增加使得UF降低，當(dāng)UF降為欠壓值時(shí)，S1由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)清除IC2所有的計(jì)數(shù)值，同時(shí)所加內(nèi)載也被切除。如果此刻發(fā)電機(jī)電壓UF又超過正常值。再重新快速投入應(yīng)該施加的內(nèi)載。
利用雙向可控硅的導(dǎo)通角的大小來施加內(nèi)載量是目前通用的電路，雙向可控硅的移相觸發(fā)方式、方法、種類很多，圖4為一實(shí)施例。在圖4中利用V1的放大作用構(gòu)成一可變電阻器，輸入電壓由小到大，V1等效可變電阻值由大變小，對(duì)C7的充電時(shí)間也由慢變快。C7充電時(shí)間確定了雙向硅SCR的導(dǎo)通角由小到大。使內(nèi)載上施加電壓也由小到大。SCR要可靠運(yùn)行其導(dǎo)通角必須由同步信號(hào)SYS確定。圖5即為圖4所示的同步信號(hào)源和IC3的電源電路。圖5的同步信號(hào)SYS利用了VO11-14，R18、R17、V2，V3、IC4A組成。V2、V3工作開關(guān)狀態(tài)。IC3的電源用C5降壓VS2、VS3形成一穩(wěn)壓10V(12V)直流電源。
輸入到雙向可控硅脈沖觸發(fā)電路。根據(jù)輸入電壓的大小對(duì)雙向硅進(jìn)行移相控制，改變內(nèi)載上施加電壓值。
同步信號(hào)源保證觸發(fā)電路同步可利用發(fā)電機(jī)輸出電壓直接獲取同步信號(hào)與觸發(fā)器信號(hào)，也可如現(xiàn)有技術(shù)的同步變壓器。
本控制器所加內(nèi)載RL是電阻性負(fù)載，利用了市場(chǎng)上的電熱水器器件，但要求電熱元件與外殼不漏電，絕緣要好，接線端要用樹脂膠處理增強(qiáng)防水性能。用戶可以將其投入水中應(yīng)用?？刂苾?nèi)載的雙向可控硅可以選16A／600V或20A／600V、28A／600V，用鋁板散熱。如果想控制超出5kW的內(nèi)載，可用原控制電路，將雙向硅經(jīng)過密封處理之后，與內(nèi)載一起投入水中，如果是流動(dòng)的水，或水容器較大，內(nèi)載可以達(dá)到10kW。這將視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。
欠壓時(shí)一次性清除內(nèi)載。如果須要內(nèi)載再重新計(jì)數(shù)累加到需要值。
取本實(shí)用新型的三組可以對(duì)三相交流發(fā)電機(jī)的三相負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定微型三相交流發(fā)電機(jī)的三相電壓之目的。
權(quán)利要求1．微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器，包括直流穩(wěn)壓電源與過壓控制信號(hào)的產(chǎn)生電路(4)、發(fā)電機(jī)每次的過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路(5)、發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載和雙向可控硅的調(diào)節(jié)電路(6)組成，其特征是所述直流穩(wěn)壓電源與過壓控制信號(hào)的產(chǎn)生電路4中設(shè)有的直流穩(wěn)壓電源的電壓端和從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端分別輸入比較器的兩個(gè)比較端、比較器的輸出端連接過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路中計(jì)數(shù)芯片的輸入端，計(jì)數(shù)芯片輸出連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A的輸出連接控制發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載的雙向可控硅調(diào)節(jié)電路(6)中的雙向可控硅的觸發(fā)端。
2．由權(quán)利要求1所述的微型發(fā)電機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)控制器，其特征是直流穩(wěn)壓電源的電壓端分別通過2-4級(jí)串聯(lián)的分壓電阻再輸入對(duì)應(yīng)的2-4個(gè)比較器的一個(gè)比較端，比較器的另一比較端連接從發(fā)電機(jī)輸出并經(jīng)整流的實(shí)時(shí)電壓端。
專利摘要一種用于5kW以下,單相微型發(fā)電機(jī)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置,包括過壓控制信號(hào)電路(4)、過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路(5)、發(fā)電機(jī)外設(shè)內(nèi)載和雙向可控硅的調(diào)節(jié)電路(6)組成,過壓控制信號(hào)電路中設(shè)有的直流穩(wěn)壓電源的電壓端和從發(fā)電機(jī)輸出的實(shí)時(shí)電壓端分別輸入比較器的兩個(gè)比較端、其輸出通過過壓計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換電路并連接雙向可控硅的觸發(fā)端以控制負(fù)載。控制器根據(jù)信號(hào)命令自動(dòng)地調(diào)節(jié)內(nèi)負(fù)載量,使外載與內(nèi)載之和始終保持額定值。
文檔編號(hào)H02P9/00GK2418617SQ0021957
公開日2001年2月7日 申請(qǐng)日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月10日
發(fā)明者暴興漢 申請(qǐng)人:水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學(xué)研究院