专利名称：智能化高集成发电机组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电机组，特别是涉及智能化高集成发电机组。
背景技术：
发电机组包括发动机和发电机，两者之间存在着互相的问题例如发动机的转速直接影响发电机的输出电压，而发电机的输出电压、电流又直接受负载的影响。而已有技术对汽油机采用机械调速，机械调速存在着传动部件多，结构复杂，可靠性较差等缺点。另外发电机出现故障的原因很多，例如“欠压”、“过压”、“过载”或“过热”等，已有技术不能显示， 用户查找原因麻烦，故障排除难。
发明内容本实用新型的目的是为了克服已有技术存在的缺点，提供一种效率高，噪音小，节能降耗，输出电压质量好，电压幅值和频率稳态精度高，电压波形纹波小，谐波含量低，畸变小，实现了人机对话，提高了小型汽油发电机组的性能和品位的智能化高集成发电机组。本实用新型智能化高集成发电机组的技术方案是包括稀土发电机组、化油器和汽油机，稀土发电机组中有曲轴，曲轴上安装飞轮，飞轮一侧外壁安装点火磁钢，在飞轮另一侧外壁有与点火磁钢相等重量的配重铁，飞轮中有电机定子，电机定子与稀土发电机组的箱体相固定，其特征在于所述稀土发电机组中飞轮的内壁安装14块用稀土材料铁氧体制成的稀土磁钢，稀土磁钢与电机定子相配合，电机定子上的脉冲信号源通过输入电源联接单片机，单片机联接化油器控制线，化油器控制线联接步进电机，步进电机上安装罩盖， 步进电机下安装底座，步进电机通过底座与化油器相连接，步进电机的轴伸端为方轴，在化油器的油门控制转轴上有联接头，方轴与化油器的联接头相配合，化油器与汽油机相固定， 所述智能化高集成发电机组由智能控制系统、人机界面系统、动力系统、供能系统所组成， 智能控制系统输入量为发动机节气门开度、点火提前角、发电机励磁电压、逆变桥开关占空比、负载，智能控制系统输出量为发动机转速、发电机端电压、整流器输出电压、逆变器输出电压和自诊断故障信息。本实用新型公开了一种智能化高集成发电机组，发动机与发电机组成的稀土发电机组同轴旋转，发电机输出端接单片机，单片机输出端接人机界面系统和负载。在机组工作时，采用模糊神经网络控制器实时调节发动机节气门开度，使其始终工作在用户指定的模式；采用自动励磁调节器调节发电机励磁电流，使单片机中整流桥输出直流电压恒定在某个设定值；采用数字PID控制器调节逆变桥开关占空比，使逆变器输出恒定的220V/50HZ正弦电压，即使负载波动时仍能输出质量较好的正弦波。采用PLC人机界面系统，系统把自诊断的故障信息以预报警或报警的形式通知用户，使用户及时准确地掌握机组内部的工作信息。智能化高集成发电机组比传统发电机组效率更高、工作方式更灵活；发动机少了固定转速的限制，可以与负载更佳配合，使智能化高集成发电机组工作在最优状态。本方案智能化高集成发电机组效率高，噪音小，节能降耗，输出电压质量好，电压幅值和频率稳态精度高，电压波形纹波小，谐波含量低，畸变小，并且实现了人机对话，从而大大提高了小型汽油发电机组的性能和品位。 本实用新型智能化高集成发电机组，所述控制发动机节气门开度。对发动机而言， 负载变化必然引起转速的上升或下降，因此可通过检测负载电流和转速来调节发动机节气门开度。发动机是一个包含很多复杂变化过程的非线性系统，从节气门开度到进气量，到耗油量，再到输出功率和转速，它们之间没有精确、固定的函数表达式来描述其相互关系。对这样一个复杂系统，采用智能控制可获得较好效果。模糊控制技术和神经网络技术同属于人工智能技术。模糊控制是基于规则的智能控制，其前提是关于被控过程经验的存在，人们必须能够将这些经验用控制率、语言变量和隶属函数描述出来。然而在很多控制问题中，人们只知道各种过程量之间的关系，而不能将这些关系描述出来，在这种情况下可考虑使用人工神经网络来描述这种关系。人工神经网络具有学习功能，它需要大量描述过程特性关系的数据信息。但人工神经网络不具备处理模糊信息的能力。也就是说，它们各自具备对方恰恰不具备的优缺点，具有互补性。将模糊控制和神经网络控制相融合，组成模糊神经网络控制器，去实现对发动机节气门开度的控制，是一种较为理想的控制方案。对发动机节气门的控制，分粗调和细调环节。其中粗调为查表控制，细调为模糊神经网络控制。执行元件为步进电机，即单片机输出控制脉冲给步进电机，从而带动节气门开度变化。发动机的给定模式为高速和低速两种，用户通过面板上的节能开关按钮选定工作模式。其中高速模式时发动机工作在4000r/min左右；低速模式时发动机工作在2500r/min左右。使发动机始终运行在“最优燃油消耗率的工作区”之内。所述控制发电机励磁电压。对发电机而言，假定已通过调节气门开度使得转速恒定不变。当负载变化时，励磁电压需实时调整。在传统的小型汽油发电机组中，转子励磁电压是通过反馈发电机端电压来调节，目的是使发电机端电压恒定。在本文设计的智能稀土小机组中，可参照传统的励磁调节器来设计。只不过不采用发电机端电压反馈，而通过整流器输出电压反馈来调节励磁电压，使得直流以保持恒定。所述控制逆变桥开关占空比。对逆变桥而言，在线电压保持恒定时，通过反馈单片机输出电压调整开关占空比，使输出电压保持恒定。对单相逆变器，可近似看成二阶系统，采用数字PID控制器，即可使输出电压具有较好的稳态精度和动态性能。所述自诊断故障功能和人机界面系统。在变频器上，采用智能IBGT模块、智能传感器等，推出智能故障诊断系统；在人机界面系统上设置红绿黄三种指示灯、节能开关和显示屏。节能开关设置两种工作模式；高速和低速工作模式供用户使用选择。显示屏输入端接口与变频器输出端接口连接， 显示器上显示信息为电流，电压，转速，机组工作时间，故障信息等。红绿黄三种指示灯的作用是绿灯亮表示机组工作正常，此时显示器故障信息一栏显示“正常”二字；黄灯亮表示机组工作不正常，提前预警，此时显示器故障信息一栏会显示故障原因，比喻“缺机油”， “欠压”，“过压”，“过载”或“过热”等，通知用户要停机加机油，负载过大时要减负载或要停机维护；红灯亮表示机组停止工作了，此时机器会处在停机状态，显示器故障信息栏同样会留下故障信息，比喻“缺机油”，“欠压”，“过压”，“过载”或“过热”等，通知用户查找故障原因，故障排除后恢复工作。设置了人机界面系统后，很方便用户查找问题，用户可以放心的使用机组。所述智能化故障诊断系统。在变频器上，采用了智能IBGT模块、智能传感器等， 推出了智能故障诊断系统，以微机为主体，液晶屏为显示窗口，不仅在故障发生后能准确指出故障性质、部位。在故障发生前也能预测发生故障的可能性，因此大大地提高变频器的快速性、及时性、准确性和可靠性。智能故障诊断系统由监控、检测、知识库(故障模式知识库或故障诊断专家系统知识库)、推理机构、人机对话接口和数据库组成。诊断一般分为预诊和在线诊断两部分(1)预诊是指在变频器起动前对诊断系统本身及变频器主电路(包括电源)、控制系统等进行一次诊断清查隐患，一般是在主电路不通电、控制系统通电情况下进行。若发现故障现象则调用知识库推理、判断故障原因并显示不能开机，如无故障则显示可以开机。(2)在线诊断是指开机以后运行中的实时检测诊断。工作时对各检测点进行循环查询，存储数据并不断刷新。若发现数据越限，则认为可能发生故障，立即定向追踪。若几次检查结果相同，说明确实出了故障，于是调用知识库进行分析推理，确定是何种故障及其部位，严重时则发出停机指令。
图1是本实用新型智能化高集成发电机组的结构示意图；图2是飞轮的结构示意图；图3是本实用新型智能化高集成发电机组的电路示意图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种智能化高集成发电机组，如图1-图3所示，包括稀土发电机组1、化油器2和汽油机3，稀土发电机组中有曲轴11，曲轴上安装飞轮12，飞轮一侧外壁安装点火磁钢16，在飞轮另一侧外壁有与点火磁钢相等重量的配重铁17，飞轮中有电机定子 13，电机定子与稀土发电机组的箱体相固定，其特征在于所述稀土发电机组中飞轮12的内壁安装14块用稀土材料铁氧体制成的稀土磁钢14，稀土磁钢14与电机定子13相配合，电机定子13上的脉冲信号源通过输入电源15联接单片机4，单片机联接化油器控制线42，化油器控制线联接步进电机5，步进电机上安装罩盖51，步进电机下安装底座52，步进电机通过底座与化油器2相连接，步进电机的轴伸端为方轴53，在化油器2的油门控制转轴上有联接头21，方轴与化油器的联接头相配合，化油器与汽油机3相固定，所述智能化高集成发电机组由智能控制系统、人机界面系统6、动力系统、供能系统所组成，智能控制系统输入量为发动机节气门开度、点火提前角、发电机励磁电压、逆变桥开关占空比、负载，智能控制系统输出量为发动机转速、发电机端电压、整流器输出电压、逆变器输出电压和自诊断故障信息。发动机与发电机组成的稀土发电机组1同轴旋转，发电机输出端接单片机4，单片机4 输出端接人机界面系统6和负载。在机组工作时，采用模糊神经网络控制器实时调节发动机节气门开度，使其始终工作在用户指定的模式；采用自动励磁调节器调节发电机励磁电流，使单片机中整流桥输出直流电压恒定在某个设定值；采用数字PID控制器调节逆变桥开关占空比，使逆变器输出恒定的220V/50HZ正弦电压，即使负载波动时仍能输出质量较好的正弦波。采用PLC人机界面系统6，系统把自诊断的故障信息以预报警或报警的形式通知用户，使用户及时准确地掌握机组内部的工作信息。智能化高集成发电机组比传统发电机组效率更高、工作方式更灵活；发动机少了固定转速的限制，可以与负载更佳配合，使智能化高集成发电机组工作在最优状态。本方案智能化高集成发电机组效率高，噪音小，节能降耗，输出电压质量好，电压幅值和频率稳态精度高，电压波形纹波小，谐波含量低，畸变小，并且实现了人机对话，从而大大提高了小型汽油发电机组的性能和品位。所述控制发动机节气门开度。对发动机而言，负载变化必然引起转速的上升或下降，因此可通过检测负载电流和转速来调节发动机节气门开度。发动机是一个包含很多复杂变化过程的非线性系统，从节气门开度到进气量，到耗油量，再到输出功率和转速，它们之间没有精确、固定的函数表达式来描述其相互关系。对这样一个复杂系统，采用智能控制可获得较好效果。模糊控制技术和神经网络技术同属于人工智能技术。模糊控制是基于规则的智能控制，其前提是关于被控过程经验的存在，人们必须能够将这些经验用控制率、语言变量和隶属函数描述出来。然而在很多控制问题中，人们只知道各种过程量之间的关系，而不能将这些关系描述出来，在这种情况下可考虑使用人工神经网络来描述这种关系。人工神经网络具有学习功能，它需要大量描述过程特性关系的数据信息。但人工神经网络不具备处理模糊信息的能力。也就是说，它们各自具备对方恰恰不具备的优缺点，具有互补性。将模糊控制和神经网络控制相融合，组成模糊神经网络控制器，去实现对发动机节气门开度的控制，是一种较为理想的控制方案。对发动机节气门的控制，分粗调和细调环节。其中粗调为查表控制，细调为模糊神经网络控制。执行元件为步进电机，即单片机输出控制脉冲给步进电机，从而带动节气门开度变化。发动机的给定模式为高速和低速两种，用户通过面板上的节能开关按钮选定工作模式。其中高速模式时发动机工作在4000r/min左右；低速模式时发动机工作在2500r/min左右。使发动机始终运行在“最优燃油消耗率的工作区”之内。所述控制发电机励磁电压。对发电机而言，假定已通过调节气门开度使得转速恒定不变。当负载变化时，励磁电压需实时调整。在传统的小型汽油发电机组中，转子励磁电压是通过反馈发电机端电压来调节，目的是使发电机端电压恒定。在本文设计的智能稀土小机组中，可参照传统的励磁调节器来设计。只不过不采用发电机端电压反馈，而通过整流器输出电压反馈来调节励磁电压，使得直流以保持恒定。所述控制逆变桥开关占空比。对逆变桥而言，在线电压保持恒定时，通过反馈单片机输出电压调整开关占空比，使输出电压保持恒定。对单相逆变器，可近似看成二阶系统，采用数字PID控制器，即可使输出电压具有较好的稳态精度和动态性能。所述自诊断故障功能和人机界面系统。在变频器上，采用智能IBGT模块、智能传感器等，推出智能故障诊断系统；在人机界面系统上设置红绿黄三种指示灯、节能开关和显示屏。节能开关设置两种工作模式；高速和低速工作模式供用户使用选择。显示屏输入端接口与变频器输出端接口连接，显示器上显示信息为电流，电压，转速，机组工作时间，故障信息等。红绿黄三种指示灯的作用是绿灯亮表示机组工作正常，此时显示器故障信息一栏显示“正常”二字；黄灯亮表示机组工作不正常，提前预警，此时显示器故障信息一栏会显示故障原因，比喻“缺机油”，“欠压”，“过压”，“过载”或“过热”等，通知用户要停机加机油， 负载过大时要减负载或要停机维护；红灯亮表示机组停止工作了，此时机器会处在停机状态，显示器故障信息栏同样会留下故障信息，比喻“缺机油”，“欠压”，“过压”，“过载”或“过热”等，通知用户查找故障原因，故障排除后恢复工作。设置了人机界面系统后，很方便用户查找问题，用户可以放心的使用机组。所述智能化故障诊断系统。在变频器上，采用了智能 IBGT模块、智能传感器等，推出了智能故障诊断系统，以微机为主体，液晶屏为显示窗口，不仅在故障发生后能准确指出故障性质、部位。在故障发生前也能预测发生故障的可能性，因此大大地提高变频器的快速性、及时性、准确性和可靠性。智能故障诊断系统由监控、检测、 知识库(故障模式知识库或故障诊断专家系统知识库)、推理机构、人机对话接口和数据库组成。诊断一般分为预诊和在线诊断两部分(1)预诊是指在变频器起动前对诊断系统本身及变频器主电路(包括电源)、控制系统等进行一次诊断清查隐患，一般是在主电路不通电、控制系统通电情况下进行。若发现故障现象则调用知识库推理、判断故障原因并显示不能开机，如无故障则显示可以开机。(2)在线诊断是指开机以后运行中的实时检测诊断。工作时对各检测点进行循环查询，存储数据并不断刷新。若发现数据越限，则认为可能发生故障，立即定向追踪。若几次检查结果相同，说明确实出了故障，于是调用知识库进行分析推理，确定是何种故障及其部位，严重时则发出停机指令。
权利要求1.智能化高集成发电机组，包括稀土发电机组(1)、化油器( 和汽油机(3)，稀土发电机组中有曲轴(11)，曲轴上安装飞轮(12)，飞轮一侧外壁安装点火磁钢(16)，在飞轮另一侧外壁有与点火磁钢相等重量的配重铁(17)，飞轮中有电机定子(13)，电机定子与稀土发电机组的箱体相固定，其特征在于所述稀土发电机组中飞轮(1 的内壁安装14块用稀土材料铁氧体制成的稀土磁钢(14)，稀土磁钢(14)与电机定子(1 相配合，电机定子(13) 上的脉冲信号源通过输入电源(1 联接单片机G)，单片机联接化油器控制线(42)，化油器控制线联接步进电机(5)，步进电机上安装罩盖(51)，步进电机下安装底座(52)，步进电机通过底座与化油器( 相连接，步进电机的轴伸端为方轴(53)，在化油器( 的油门控制转轴上有联接头(21)，方轴与化油器的联接头相配合，化油器与汽油机C3)相固定，所述智能化高集成发电机组由智能控制系统、人机界面系统(6)、动力系统、供能系统所组成，智能控制系统输入量为发动机节气门开度、点火提前角、发电机励磁电压、逆变桥开关占空比、 负载，智能控制系统输出量为发动机转速、发电机端电压、整流器输出电压、逆变器输出电压和自诊断故障信息。
专利摘要智能化高集成发电机组，包括稀土发电机组有曲轴上安飞轮，飞轮有电机定子，所述飞轮内安14块稀土材料铁氧体制成稀土磁钢与电机定子配合，电机定子脉冲信号源通过输入电源联接单片机，单片机联接化油器控制线联接步进电机上安罩盖，下安底座与化油器连接，步进电机轴伸端为方轴，化油器油门控制转轴有联接头，化油器与汽油机固定，所述智能化高集成发电机组由智能控制系统、人机界面系统、动力系统、供能系统组成，智能控制系统输入量为节气门开度、点火提前角、励磁电压、逆变桥开关占空比、负载，智能控制系统输出量为发动机转速、发电机电压、整流器输出电压、逆变器输出电压和自诊断故障信息。
文档编号F02B63/04GK202117764SQ20112015720
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者徐查庆 申请人:徐查庆