专利名称：一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电机控制技术领域，特别涉及一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置。
背景技术：
下面先介绍内燃机驱动发电机的组成及工作原理。参见图1，该图为现有技术中内燃机驱动发电机的结构图。内燃机101作为原动机驱动发电机102发电，发电机102输出的交流电经过整流单元103整流为直流后输出给逆变单元104，逆变单元104在控制器105的控制下将直流电逆变为需要的交流电，然后再经过滤波单元106进行滤波后提供给负载。同时，控制器105 通过油门控制器107控制内燃机101的油门开度。现有技术中采用普通的逆变技术，造成后续滤波单元中的器件参数较大，从而使发电机的输出内抗较大，带非线性负载能力较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置， 能够使滤波单元中的器件参数减小，发电机的内抗变小，提供带非线性负载的能力。本发明提供一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，包括将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的输出电压进行模数转换后计算输出电压的平均值或输出电压的有效值；将所述输出电压的平均值与目标电压值进行比较或输出电压的有效值与目标电压值进行比较； 根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数，直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。优选地，还包括将滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；将正幅度值变换后的输出电流减去基准值；将减去基准值以后的输出电流模数转换后计算输出电流的有效值；根据所述输出电流的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速；通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。优选地，所述滤波单元为LC低通滤波器。
本发明还提供一种内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，包括输出电压整流单元，用于将滤波单元的输出电压进行整流；输出电压模数转换单元，用于将整流后的输出电压进行模数转换；输出电压计算单元，用于由模数转换后的输出电压计算输出电压的平均值或输出电压的有效值；比较单元，用于将输出电压的平均值与目标电压值进行比较或输出电压的有效值与目标电压值进行比较；控制单元，用于根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数，直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。优选地，还包括正幅度值变换单元，用于将滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；减法单元，用于将正幅度值变换后的输出电流减去基准值；输出电流模数转换单元，用于将减去基准值以后的输出电流进行模数转换；输出电流有效值计算单元，用于由模数转换后的输出电流计算输出电流的有效值；目标转速查找单元，用于由所述输出电压的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速；油门开度控制单元，用于通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。优选地，所述滤波单元为LC低通滤波器。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置，逆变单元采用倍频逆变技术，通过较低的开关频率f控制逆变单元获得2f的调制频率，解决了低频开关元件产生高频调制波形的矛盾。逆变单元中的四个开关管的工作频率相同，减轻了控制器的负担。并且高的调制频率使滤波单元的器件参数减小，使得整个装置的体积更小，重量更轻，体现了该发电机的便携性。滤波单元的器件参数减小相当于减小了发电机的输出内抗，增加了发电机带非线性负载的能力，使其在谐波电流严重的负载上保证了良好的电压正弦度。
图1是现有技术中内燃机驱动发电机的结构图；图2是本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法实施例一流程图；图3是本发明提供的倍频逆变波形图；图4是本发明提供的开关管的驱动信号和输出电压的波形图；图5是本发明倍频逆变中的电流外环PI控制方法流程图；图6是本发明提供输出电流的正幅度值变换示意图7是本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置实施例一结构图；图8是本发明提供的装置实施例二结构图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。参见图2，该图为本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法实施例一流程图。本实施例提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，包括S201 将滤波单元的输出电压进行整流；由于控制器只能采集正值，因此需要对交流的输出电压进行整流，变换为正的输出电压以后才采集。S202 将整流后的输出电压进行模数转换后计算输出电压的平均值或输出电压的有效值；利用AD对模拟的输出电压进行模数转换，以便于控制器可以直接识别，控制器对数字的输出电压进行采集后计算输出电压的平均值，例如，以设定的频率采集输出电压，将采集的输出电压累加后处以采集的次数即可得到平均值。由于输出电压的平均值比有效值的计算要简单，因此控制器可以单独完成输出电压的平均值的计算。当然，也可以通过计算能力较强的控制器完成输出电压有效值的计算。S203 将所述输出电压的平均值与目标电压值进行比较或将输出电压的有效值与目标电压值进行比较；S204 根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数， 直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差 180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为 f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，逆变单元采用倍频逆变技术， 通过较低的开关频率f控制逆变单元获得2f的调制频率，解决了低频开关元件产生高频调制波形的矛盾。逆变单元中的四个开关管的工作频率相同，减轻了控制器的负担。并且高的调制频率使滤波单元的器件参数减小，使得整个装置的体积更小，重量更轻，体现了该发电机的便携性。滤波单元的器件参数减小相当于减小了发电机的输出内抗，增加了发电机带非线性负载的能力，使其在谐波电流严重的负载上保证了良好的电压正弦度。需要说明的是，本发明提供的方法由于利用输出电压的平均值进行判断，因此减轻了运算负担，使控制单元有更多的资源处理其他事件。但是平均值检测需要输出电压的波形畸变在一定范围内才能得到很好的精度，由于本发明采用了倍频逆变方式，发电机在线性负载下波形畸变比较小，因此平均值采样方法能够满足电压调节精度的需求。下面结合具体的波形图详细介绍控制逆变单元中开关管状态的PWM波形是如何产生的。
参见图3，该图为本发明提供的倍频逆变波形图。其中正弦波A和正弦波B是两个相位相差180度的正弦波。三角波C的频率为f，从图3中可以看出在三角波C的每个周期中，与正弦波A调制产生PWM1H，与正弦波B调制产生PWM2H。其中P丽IH的互补波形为P丽IL ；PWM2H的互补波形为PWM2L。PWM1H、PWM1L、PWM2H和PWM2L这四个PWM波的脉冲周期也是f，用这四个PWM波驱
动逆变单元中的四个开关管，以使开关管导通或关断。需要说明的是，本实施例中的逆变单元是全桥逆变。分别用Si、S2、S3和S4表示逆变单元中的四个开关管，则四个开关管的驱动信号的波形如图4所示，逆变单元的输出波形如图4中的U所示，U便表示输出电压的正弦波。 U的频率已经实现了倍频，变为了 2f。需要说明的是，三角波C是通过控制器内部的PWM产生模块来生成的。正弦波A和正弦波B是通过控制器的内部程序实现的，具体为通过一个离散的，按照正弦变化的正弦表来实现，可以通过调整正弦波中的正弦值的比例系数来调整滤波单元的输出电压。本发明通过电压PI控制和电流PI控制同时进行控制。电压PI控制主要是控制输出电压，电流PI控制主要是控制内燃机的转速。下面介绍如何进行电流PI控制。参见图5，该图为本发明提供的倍频逆变中的电流PI控制方法流程图。本实施例提供的倍频逆变中的电流PI控制方法包括S501 将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；由于滤波单元的输出电流也是交流信号，因此为了控制器能够采集，需要先将正负的交流信号变为正的信号。如图6所示，输出电流的过零点为2. 5V。S502 将正幅度值变换后的输出电流减去基准值；由于进行正幅度值变换时将输出电流整体提高了 2. 5V，因此需要再减去2. 5V的
基准值。S503 将减去基准值以后的输出电流模数转换后计算输出电流的有效值；为了控制器能够计算，因此需要对输出电流进行模数转换。S504 根据所述输出电流的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速；S505 通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。基于上述一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，本发明还提供了一种内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。参见图7，该图为本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置实施例一结构图。本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，包括输出电压整流单元701，用于将滤波单元的输出电压进行整流；输出电压模数转换单元702，用于将整流后的输出电压进行模数转换；输出电压计算单元703，用于由模数转换后的输出电压计算输出电压的平均值或输出电压的有效值；
比较单元704，用于将输出电压的平均值与目标电压值进行比较或将输出电压的有效值与目标电压值进行比较；控制单元705，用于根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数，直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，逆变单元采用倍频逆变技术， 通过较低的开关频率f控制逆变单元获得2f的调制频率，解决了低频开关元件产生高频调制波形的矛盾。逆变单元中的四个开关管的工作频率相同，减轻了控制器的负担。并且高的调制频率使滤波单元的器件参数减小，使得整个装置的体积更小，重量更轻，体现了该发电机的便携性。滤波单元的器件参数减小相当于减小了发电机的输出内抗，增加了发电机带非线性负载的能力，使其在谐波电流严重的负载上保证了良好的电压正弦度。本发明通过电压PI控制和电流PI控制同时进行控制。电压PI控制主要是控制输出电压，电流PI控制主要是控制内燃机的转速。下面介绍如何进行电流PI控制。参见图8，该图为本发明提供的装置实施例二结构图。正幅度值变换单元801，用于将滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；减法单元802，用于将正幅度值变换后的输出电流减去基准值；输出电流模数转换单元803，用于将减去基准值以后的输出电流进行模数转换；输出电流有效值计算单元804，用于由模数转换后的输出电流计算输出电流的有效值；目标转速查找单元805，用于由所述输出电压的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速；油门开度控制单元806，用于通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。所述滤波单位为LC低通滤波器。由于逆变单元输出的电压的频率是2f，这样可以减小LC低通滤波器中的电感和电容的数值，从而降低滤波单元的体积。并且L和C的数值降低相当于发电机的输出内抗降低，因此可以提供发电机带非线性负载的能力。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，其特征在于，包括 将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的输出电压进行模数转换后计算输出电压的平均值或计算输出电压的有效值；将所述输出电压的平均值与目标电压值进行比较，或将所述输出电压的有效值与目标电压值进行比较；根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数，直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。
2.根据权利要求1所述的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，其特征在于，还包括 将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；将正幅度值变换后的输出电流减去基准值； 将减去基准值以后的输出电流模数转换后计算输出电流的有效值； 根据所述输出电流的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速； 通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法，其特征在于，所述滤波单元为LC低通滤波器。
4.一种内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，其特征在于，包括 输出电压整流单元，用于将滤波单元的输出电压进行整流；输出电压模数转换单元，用于将整流后的输出电压进行模数转换； 输出电压计算单元，用于由模数转换后的输出电压计算输出电压的平均值或计算输出电压的有效值；比较单元，用于将输出电压的平均值与目标电压值进行比较，或将所述输出电压的有效值与目标电压值进行比较；控制单元，用于根据比较结果调节两个相位相差180度的正弦表中的正弦值的比例系数，直至输出电压的平均值位于目标电压值的预设范围内或输出电压的有效值位于目标电压值的预设范围内；所述正弦表用于产生两个相位相差180度的正弦波，所述两个相位相差180度的正弦波与一个三角波比较产生四路脉冲频率为f的PWM波，所述三角波的频率为f ；所述四路脉冲频率为f的PWM波驱动逆变单元中的开关管，以使逆变单元输出脉冲频率为2f的调制波。
5.根据权利要求4所述的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，其特征在于，还包括 正幅度值变换单元，用于将滤波单元的输出电流进行正幅度值变换；减法单元，用于将正幅度值变换后的输出电流减去基准值； 输出电流模数转换单元，用于将减去基准值以后的输出电流进行模数转换； 输出电流有效值计算单元，用于由模数转换后的输出电流计算输出电流的有效值； 目标转速查找单元，用于由所述输出电压的有效值查预设的转速电流曲线获得对应的目标转速；油门开度控制单元，用于通过控制内燃机的油门开度使内燃机的转速达到所述目标转速。
6.根据权利要求4或5所述的内燃机驱动发电机的倍频逆变装置，其特征在于，所述滤波单元为LC低通滤波器。
全文摘要
本发明提供的内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置，逆变单元采用倍频逆变技术，通过较低的开关频率f控制逆变单元获得2f的调制频率，解决了低频开关元件产生高频调制波形的矛盾。逆变单元中的四个开关管的工作频率相同，减轻了控制器的负担。并且高的调制频率使滤波单元的器件参数减小，使得整个装置的体积更小，重量更轻，体现了该发电机的便携性。滤波单元的器件参数减小相当于减小了发电机的输出内抗，增加了发电机带非线性负载的能力。
文档编号F02D29/06GK102312737SQ201110060848
公开日2012年1月11日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者田辉, 隆郁 申请人:隆鑫通用动力股份有限公司