一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變發(fā)電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(gè)臂的功率開(kāi)關(guān)晶體管分別接收控制單元產(chǎn)生的4路PWM信號(hào)；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(hào)衰減后輸入控制單元的電壓信號(hào)輸入端，將取樣電流信號(hào)放大后輸入控制單元的電流信號(hào)輸入端；控制單元對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理獲得4路頻率為f的PWM信號(hào)。本實(shí)用新型在不增加功率管開(kāi)關(guān)頻率的情況下提高了輸出頻率，同時(shí)減小了輸出濾波電感降低了成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】的倍頻逆變，具體是一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)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(zhuān)利號(hào)為201110060848.X公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的倍頻逆變方法和裝置。從該專(zhuān)利不難看出他實(shí)現(xiàn)倍頻的方法實(shí)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(xì)參見(jiàn)陳道煉編著的由機(jī)械工業(yè)出版社出版的教科書(shū):《DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用》的介紹。該方法所對(duì)應(yīng)的裝置的核心部分是一個(gè)正弦波發(fā)生器和一個(gè)三角波發(fā)生器和一個(gè)比較器組成，該電路存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜調(diào)試?yán)щy的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)倍頻逆變的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變發(fā)電裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(gè)臂的功率開(kāi)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(hào)，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(duì)輸出濾波單元的輸出進(jìn)行電壓和電流取樣，并對(duì)取樣的電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，輸入控制單元的電壓信號(hào)輸入端；對(duì)取樣的電流信號(hào)進(jìn)行放大，輸入控制單元的電流信號(hào)輸入端；控制單元對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理獲得4路頻率為f的PWM信號(hào)。
[0008]具體地，控制單元對(duì)電壓和電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)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(jìn)行比較而獲得偏差，根據(jù)該偏差和預(yù)存的正弦表值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)計(jì)算，將PI調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果輸入PWM信號(hào)發(fā)生器中，產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，將PI調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果再進(jìn)行移相180°計(jì)算后的結(jié)果輸入另一PWM信號(hào)發(fā)生器中，產(chǎn)生另兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，從而得到4路頻率為f的PWM信號(hào)。
[0009]為了更優(yōu)地實(shí)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(mén)控制信號(hào)輸出端，輸出控制信號(hào)到油門(mén)?？刂茊卧邮照鲉卧骱蟮碾妷?，對(duì)該電壓以及發(fā)動(dòng)電轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如果發(fā)電機(jī)的功率小于預(yù)設(shè)值，則通過(guò)控制單元調(diào)整輸出電壓降低從而減小輸出功率，同時(shí)通過(guò)油門(mén)控制信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。[0010]具體地，上述取樣單元通過(guò)放大器對(duì)取樣電流進(jìn)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(diǎn)電壓2.5V連接，同時(shí)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(guò)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(hào)輸入端連接。
[0011]所述取樣單元通過(guò)電阻R7、R6組成的衰減器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)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(hào)輸入端；或R7與R6的連接端通過(guò)放大器后再連接到控制單元的信號(hào)輸入端。
[0012]更進(jìn)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(jī)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(fù)極連接，另一端與整流電橋的可控硅SCRl的負(fù)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(shí)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(cè)到的溫度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，則通過(guò)控制輸出端電壓降低來(lái)減小輸出功率。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)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(hào)，使逆變橋輸出端的PWM波頻率變?yōu)檩斎隤WM信號(hào)頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開(kāi)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(wú)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(jiǎn)單的電阻分壓即可實(shí)現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)的差分放大電路，并且不用進(jìn)行正極性變換電路。電路大幅度簡(jiǎn)化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型整流單元的電路連接圖；
[0018]圖3為本實(shí)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(hào)波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的裝置包括與內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)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(duì)內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)7輸出的電壓進(jìn)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(gè)臂的功率開(kāi)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(hào)，從而輸出頻率為2f的PWM電壓波，該P(yáng)WM電壓波輸入到輸出濾波單元3，由輸出濾波單元3進(jìn)行濾波后輸出50Hz或60Hz交流電。
[0023]所述取樣單元4，對(duì)輸出濾波單元3的輸出進(jìn)行電壓和電流取樣，并對(duì)取樣的電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，輸入控制單元5的電壓信號(hào)輸入端，和對(duì)取樣的電流信號(hào)進(jìn)行放大，輸入控制單元5的電流信號(hào)輸入端。
[0024]所述控制單元5，對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)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(jìn)行比較而獲得偏差，根據(jù)該偏差和預(yù)存的正弦表值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)計(jì)算，將PI調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果輸入PWM信號(hào)發(fā)生器(該P(yáng)WM信號(hào)發(fā)生器為控制器MCU自帶的模塊)中，產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，同時(shí)將PI調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果再進(jìn)行移相180°計(jì)算后結(jié)果輸入另一PWM信號(hào)發(fā)生器中，產(chǎn)生另兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，從而得到4路頻率為f的PWM信號(hào)。如圖4所示I路PWM信號(hào)與2路PWM信號(hào)是互補(bǔ)的(I路為高電平時(shí)2路為低電平，反之I路為低電平時(shí)2路為高電平)。3路PWM信號(hào)與4路PWM信號(hào)互補(bǔ)，3路PWM信號(hào)與2路PWM信號(hào)相位差180°，4路PWM信號(hào)與I路PWM信號(hào)相位差180°。這樣逆變單元中的4個(gè)功率管就避免了同時(shí)開(kāi)通，變成了輪流開(kāi)關(guān)，使得逆變橋輸出端的PWM波頻率變?yōu)檩斎隤WM信號(hào)頻率的兩倍。這樣在不增加功率管開(kāi)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(duì)的發(fā)電機(jī)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(jī)輸出相線上的尖峰電壓，保護(hù)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(fù)極連接，另一端與整流電橋的可控娃SCRl的負(fù)極連接。
[0026]如圖3所示，由開(kāi)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(duì)電流進(jìn)行取樣，對(duì)取樣電流進(jìn)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(diǎn)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(guò)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(yùn)算放大器的輸出端與控制單元的電流信號(hào)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(hào)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(diǎn)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(hào)波形的過(guò)零點(diǎn)即為2.5V，不再需要正幅度值變換，即可滿(mǎn)足MCU內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器的需要。這樣簡(jiǎn)化了輸出電壓取樣衰減電路，尤其簡(jiǎn)化了輸出電流取樣放大電路，使電流取樣可以由大功率無(wú)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(diǎn)2.5V由電阻R2、R5分壓得到。
[0027]微控制器MCU實(shí)時(shí)檢測(cè)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(jī)轉(zhuǎn)速，判斷發(fā)電機(jī)功率是否足夠。如果功率不夠時(shí)自動(dòng)降低輸出電壓，控制油門(mén)6減小輸出功率，從而保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)安全。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(gè)功率開(kāi)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(hào)，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(duì)輸出濾波單元(3)的輸出進(jìn)行電壓和電流取樣，并對(duì)取樣的電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，輸入控制單元(5)的電壓信號(hào)輸入端；對(duì)取樣的電流信號(hào)進(jìn)行放大，輸入控制單元(5)的電流信號(hào)輸入端；控制單元(5)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理獲得4路頻率為f的PWM信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(mén)控制信號(hào)輸出端，輸出控制信號(hào)到油門(mén)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變發(fā)電裝置，其特征在于:所述取樣單元(4)通過(guò)放大器IClA對(duì)取樣電流信號(hào)進(jìn)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(diǎn)電壓2.5V連接，同時(shí)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(guò)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(hào)輸入端連接； 所述取樣單元通過(guò)電阻R7、R6組成的衰減器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)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(hào)輸入端；或電阻R7與R6的連接端通過(guò)放大器后再連接到控制單元的信號(hào)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(fù)極連接；另一端與整流電橋的可控硅SCRl的負(fù)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(xiàng)所述一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)】H02M5/458GK203708118SQ201320888614
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:重慶力華科技有限責(zé)任公司