一种内燃机驱动的逆变发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及发电机控制【技术领域】，公开了一种内燃机驱动的逆变发电装置包括整流单元、逆变单元、输出滤波单元、取样单元和控制单元；整流单元的输入端连接发电机的输出端，整流单元将整流后的电压输入逆变单元的电源输入端；逆变单元中逆变桥4个臂的功率开关晶体管分别接收控制单元产生的4路PWM信号；逆变单元的输出端与输出滤波单元连接。输出滤波单元的输出端与取样单元连接，将取样电压信号衰减后输入控制单元的电压信号输入端，将取样电流信号放大后输入控制单元的电流信号输入端；控制单元对输入信号进行处理获得4路频率为f的PWM信号。本实用新型在不增加功率管开关频率的情况下提高了输出频率，同时减小了输出滤波电感降低了成本。
【专利说明】—种内燃机驱动的逆变发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发电机控制【技术领域】的倍频逆变，具体是一种内燃机驱动的逆变发电装置。
【背景技术】
[0002]目前倍频逆变方法广泛用于各种场合的逆变装置，能够减小逆变装置输出滤波电感的电感量，从而减小逆变装置的体积，降低逆变装置的成本。
[0003]专利号为201110060848.X公开了一种内燃机驱动发电机的倍频逆变方法和装置。从该专利不难看出他实现倍频的方法实质上是采用的一种单极性正弦脉宽调制方法。该方法还可以详细参见陈道炼编著的由机械工业出版社出版的教科书:《DC-AC逆变技术及其应用》的介绍。该方法所对应的装置的核心部分是一个正弦波发生器和一个三角波发生器和一个比较器组成，该电路存在结构复杂调试困难的缺陷。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种电路结构简单的能实现倍频逆变的内燃机驱动的逆变发电装置。
[0005]为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案:一种内燃机驱动的逆变发电装置包括整流单元、逆变单元、输出滤波单元、取样单元和控制单元；
[0006]其中所述整流单元的输入端连接发电机的输出端，整流单元将整流后的电压输入逆变单元的电源输入端；逆变单元中逆变桥4个臂的功率开关晶体管分别接收控制单元产生的4路频率为f的PWM信号，然后输出频率为2f的PWM电压波；逆变单元的输出端与输出滤波单元连接。
[0007]取样单元的输入端与输出滤波单元连接，对输出滤波单元的输出进行电压和电流取样，并对取样的电压信号进行衰减，输入控制单元的电压信号输入端；对取样的电流信号进行放大，输入控制单元的电流信号输入端；控制单元对输入信号进行处理获得4路频率为f的PWM信号。
[0008]具体地，控制单元对电压和电流进行模数转换，计算获得电压和电流的有效值或电压和电流的平均值；然后将该有效值或平均值与预设的目标值进行比较而获得偏差，根据该偏差和预存的正弦表值进行PI调节计算，将PI调节计算结果输入PWM信号发生器中，产生两路互补的PWM信号，将PI调节计算结果再进行移相180°计算后的结果输入另一PWM信号发生器中，产生另两路互补的PWM信号，从而得到4路频率为f的PWM信号。
[0009]为了更优地实现上述技术方案，上述整流单元的电压输出端还与控制单元连接，控制单元设置有油门控制信号输出端，输出控制信号到油门。控制单元接收整流单元整流后的电压，对该电压以及发动电转速进行实时检测，如果发电机的功率小于预设值，则通过控制单元调整输出电压降低从而减小输出功率，同时通过油门控制信号控制发动机降低转速，保护发动机。[0010]具体地，上述取样单元通过放大器对取样电流进行放大，放大器的同相输入端与控制单元的MCU供电电压5V的中点电压2.5V连接，同时与本装置输出端之一 A端连接，还与电流取样电阻R4的一端连接；电流取样电阻R4的另一端与输出滤波电感LI连接，该端还通过电阻R3连接到放大器的反相输入端；放大器的输出端与控制单元的电流信号输入端连接。
[0011]所述取样单元通过电阻R7、R6组成的衰减器对电压信号进行分压衰减，R7的一端连接到本装置的输出端B端，R7另一端与R6 —端连接，R6的另一端连接到本装置的另一输出端A端；R7与R6的连接端连接到控制单元的电压信号输入端；或R7与R6的连接端通过放大器后再连接到控制单元的信号输入端。
[0012]更进一步，上述整流单元增加相线尖峰电压吸收电路，具体为:发电机的输出三相线分别连接二极管D8、D9、D10的正极，电阻R8和电容C6并联后，一端与二极管D8、D9、D10的负极连接，另一端与整流电桥的可控硅SCRl的负极连接，或与二极管D5正极端连接。
[0013]上述输出滤波单元由LC滤波电路构成。
[0014]为了更优地实现上述技术方案，本装置还设置有与所述控制单元连接的温度传感器，当温度传感器检测到的温度大于预设值时，则通过控制输出端电压降低来减小输出功率。
[0015]本实用新型的优点是摒弃了三角波发生器和比较器及繁杂的正弦波发生器电路，采用4路频率为f的PWM信号，使逆变桥输出端的PWM波频率变为输入PWM信号频率的两倍。这样在不增加功率管开关频率的情况下提高了输出频率，减小了输出滤波电感降低了成本。采用上述取样放大电路使电流取样可以由大功率无感电阻完成，省去了成本较高的电流互感器，降低了成本。电压取样由简单的电阻分压即可实现，省去了传统的差分放大电路，并且不用进行正极性变换电路。电路大幅度简化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构框图；
[0017]图2为本实用新型整流单元的电路连接图；
[0018]图3为本实用新型逆变单元、输出滤波单元、取样单元和控制单元的电路连接图；
[0019]图4为4路PWM信号波形示意图。
【具体实施方式】
[0020]参见图1，本实用新型的装置包括与内燃机和发电机7连接整流单元1、逆变单元
2、输出滤波单元3、取样单元4和控制单元5。
[0021 ] 所述整流单元I，对内燃机和发电机7输出的电压进行整流，并将整流后的电压输入逆变单元2的电源输入端。
[0022]所述逆变单元2中逆变桥4个臂的功率开关晶体管分别接收控制单元产生的4路频率为f的PWM信号，从而输出频率为2f的PWM电压波，该PWM电压波输入到输出滤波单元3，由输出滤波单元3进行滤波后输出50Hz或60Hz交流电。
[0023]所述取样单元4，对输出滤波单元3的输出进行电压和电流取样，并对取样的电压信号进行衰减，输入控制单元5的电压信号输入端，和对取样的电流信号进行放大，输入控制单元5的电流信号输入端。
[0024]所述控制单元5，对电压信号和电流信号进行模数转换，计算获得电压和电流的有效值或电压和电流的平均值；然后将该有效值或平均值与预设的目标值(电压和电流)进行比较而获得偏差，根据该偏差和预存的正弦表值进行PI调节计算，将PI调节计算结果输入PWM信号发生器(该PWM信号发生器为控制器MCU自带的模块)中，产生两路互补的PWM信号，同时将PI调节计算结果再进行移相180°计算后结果输入另一PWM信号发生器中，产生另两路互补的PWM信号，从而得到4路频率为f的PWM信号。如图4所示I路PWM信号与2路PWM信号是互补的(I路为高电平时2路为低电平，反之I路为低电平时2路为高电平)。3路PWM信号与4路PWM信号互补，3路PWM信号与2路PWM信号相位差180°，4路PWM信号与I路PWM信号相位差180°。这样逆变单元中的4个功率管就避免了同时开通，变成了轮流开关，使得逆变桥输出端的PWM波频率变为输入PWM信号频率的两倍。这样在不增加功率管开关频率的情况下提高了输出频率。这样减小了输出滤波电感降低了成本。
[0025]如图2所示，整流单元中由可控硅SCR1、SCR2、SCR3和二极管D5、D6、D7构成对的发电机的输出三相线的整流电路，在此基础上增加相线尖峰电压吸收电路，可有效吸收磁电机输出相线上的尖峰电压，保护可控硅和整流二极管的安全。具体结构为:三相线分别连接二极管D8、D9、DlO的正极，电阻R8和电容C6并联后，一端与二极管D8、D9、DlO的负极连接，另一端与整流电桥的可控娃SCRl的负极连接。
[0026]如图3所示，由开关晶体管161、162、163、164和二极管01、02、03、04构成逆变单元的逆变电桥电路。电感L1、L2和电容C5构成LC输出滤波单元。取样单元由电阻R4对电流进行取样，对取样电流进行放大的放大器为IC1A。MCU的工作电压为5V，放大器IClA的同相输入端与MCU供电电压5V的中点2.5V连接，还与电容C5和取样电阻R4的连接端连接。放大器的反相输入端通过电阻R3与取样电阻R4和电感LI的连接端连接。放大器的反相输入端和输出端之间连接反馈电阻R1，运算放大器的输出端与控制单元的电流信号输入端连接。电阻R7、R6组成电压取样的衰减器，R7的一端连接到本装置的输出端B端，R7另一端与R6连接，该连接端再连接到控制单元的电压信号输入端。R6的另一端连接到本装置的另一输出端A端。MCU供电电压5V的中点2.5V与本装置输出端之一 A端连接在一起，使取样单元的输出信号波形的过零点即为2.5V，不再需要正幅度值变换，即可满足MCU内置模数转换器的需要。这样简化了输出电压取样衰减电路，尤其简化了输出电流取样放大电路，使电流取样可以由大功率无感电阻完成，省去了成本较高的电流互感器。本装置中MCU供电电压5V的中点2.5V由电阻R2、R5分压得到。
[0027]微控制器MCU实时检测直流母线的电压(即整流单元整流后的电压)，综合当前发电机转速，判断发电机功率是否足够。如果功率不够时自动降低输出电压，控制油门6减小输出功率，从而保护发动机安全。
【权利要求】
1.一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:包括整流单元(I)、逆变单元(2)、输出滤波单元(3)、取样单元(4)和控制单元(5)； 其中所述整流单元(I)的输入端连接发电机的输出端，整流单元(I)将整流后的电压输入逆变单元(2)的电源输入端；逆变单元(2)中逆变桥4个功率开关晶体管分别接收控制单元(5)产生的4路频率为f的PWM信号，然后输出频率为2f的PWM电压波；逆变单元(2)的输出端与输出滤波单元(3)连接； 取样单元(4)的输入端与输出滤波单元(3)连接，对输出滤波单元(3)的输出进行电压和电流取样，并对取样的电压信号进行衰减，输入控制单元(5)的电压信号输入端；对取样的电流信号进行放大，输入控制单元(5)的电流信号输入端；控制单元(5)对输入信号进行处理获得4路频率为f的PWM信号。
2.根据权利要求1所述一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:所述整流单元(I)的电压输出端还与控制单元(5)连接，控制单元(5)设置有油门控制信号输出端，输出控制信号到油门(6)。
3.根据权利要求1所述一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:所述取样单元(4)通过放大器IClA对取样电流信号进行放大；放大器的同相输入端与控制单元的MCU供电电压5V的中点电压2.5V连接，同时与本装置输出端之一 A端连接，还与电流取样电阻R4的一端连接；电流取样电阻R4的另一端与输出滤波电感LI连接，该端还通过电阻R3连接到放大器的反相输入端；放大器的输出端与控制单元的电流信号输入端连接； 所述取样单元通过电阻R7、R6组成的衰减器对电压信号进行分压衰减，R7的一端连接到本装置的输出端B端，电阻R7另一端与R6 —端连接，电阻R6的另一端连接到本装置的另一输出端A端；R7与R6的连接端连接到控制单元的电压信号输入端；或电阻R7与R6的连接端通过放大器后再连接到控制单元的信号输入端。
4.根据权利要求1所述一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:所述整流单元(I)增加相线尖峰电压吸收电路，具体为:发电机的输出三相线分别连接二极管D8、D9、D10的正极，电阻R8和电容C6并联后，一端与二极管D8、D9、D10的负极连接；另一端与整流电桥的可控硅SCRl的负极连接，或与二极管D5正极端连接。
5.根据权利要求1所述一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:所述输出滤波单元(3)由LC滤波电路构成。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种内燃机驱动的逆变发电装置，其特征在于:本装置设置有与所述控制单元(5)连接的温度传感器。
【文档编号】H02M5/458GK203708118SQ201320888614
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】何林, 陈斌 申请人:重庆力华科技有限责任公司