专利名称：一种缓起动速度控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及柴油发电机组的电子速度控制器，特别是一种采用缓起动方式的 缓起动速度控制器，它能使发电机组在寒冷季节、寒冷地区和高原、空气稀薄地区长期存在 的起动困难问题得以顺利解决；这种起动方式速度控制器也使发电机组在起动时黑烟大大 减小，噪音大大降低。
背景技术：
康明斯柴油发电机组在我国已经有20多年的广泛应用，但将该种发电机组在寒 冷季节、寒冷地区和高原、空气稀薄地区使用时长期存在起动困难的问题，因而不适用于北 方地区、青藏高原的工程发电机组。究其原因，是柴油发电机组使用的速度控制器在启动方 式上存在缺陷，起动性能很不好噪声大、黑烟浓，在寒冷、高原地区，起动后还常常不能升 速到预定转速，停滞在1200RPM左右冒着阵阵黑烟，转速上不去了。这是因为发动机在起 动、引燃时油门是全开的，汽缸里有油，转速很快升速到怠速或高速，但很多燃油并没有燃 烧，排出一团团很浓的黑烟，噪声也极大。这种情况，在南方寒冷季节或北方寒冷地区，特别 是在空气稀薄的青藏高原地区，经常发生，十分严重，严重耽误工作。极大的噪声和极浓的 黑烟还造成环境污染，在城市高楼、居民小区的备用机组，令人厌恶，被环保部门勒令停止。
发明内容针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种缓起动速度控制
ο为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种缓起动速度控制器，包括与 速度传感器输出端连接的转速采样电路，采样电路将信号整形成标准方波信号后经频率/ 电压电路转换成正比于转速的电压Vn连接至加法器的输入端；还包括转速设定电路，转速设定电路由转速微调电位器及怠/高速开关组成，输 出转速设定信号\连接至加法器输入端；还包括执行器的电流采样电路，将采样电流通过放大电路、调速率电位器处理成 为与主发电机负载相对应的负反馈信号Vd连接至加法器的输入端；加法器对输入信号进行求差处理，将差值通过增益电位器送入PID调节器进行 静、动态性能处理后，接至比较器的正向输入端，比较器的反向输入端与锯齿波发生器输出 端连接，比较器的输出端连接驱动电路，由驱动电路向执行器输出电流，控制柴油发动机的 燃油量，从而调节转速；还包括与电瓶连接的电源电路；其特征是还包括缓起动电路包括调速率控制电路、缓起动信号发生器和延时选择开关，其 中缓起动信号发生器接收来自转速采样电路输出端的信号，其缓起动信号输出端一路通过 调速率控制电路连接至调速率电位器的输入端和输出端，控制反馈信号Vd的延时输出，另 一路通过转速设定电路控制转速设定信号Vk的延时输出，延时选择开关与缓起动信号发生器的延时信号输出控制端连接，提供七档延时时间的选择。本实用新型由于所述电路结构而产生的基极效果是非常显著的，即由于在调速控 制器中采用了缓起动电路，能使发电机组在寒冷季节、寒冷地区和高原、空气稀薄地区长期 存在的起动困难问题得以顺利解决，使发电机组能够适用于北方地区、青藏高原。也解决了 发电机组在起动时黑烟大，噪音大大的弊端，改善人体感受，提升环保品质。
本实用新型的结构可以通过附图给出的非限定性的实施例进一步说明。本实用新型有如下附图附图1为发电机组转速控制的基本原理框图；附图2为现有技术中发电机组速度控制器的结构框图；为广泛使用的美国康明斯 零件号3044196模拟式控制器的结构框图；附图3为本实用新型缓起动速度控制器的结构框图；附图4为缓起动速度控制器的缓起动电路图；附图5为缓起动速度控制器的执行器短路保护电路图；附图6为缓起动速度控制器的抗干扰电路图；附图7为本实用新型缓起动速度控制器的电路原理图；附图8为起动过程的转速和供油情况实验曲线。
具体实施方式
参见附图3，本实用新型包括与速度传感器输出端连接的转速采样电路，采样电路 将信号整形成标准方波信号后经频率/电压电路转换成正比于转速的电压Vn连接至加法 器的输入端；还包括转速设定电路，转速设定电路由转速微调电位器及怠/高速开关组成，输 出转速设定信号\连接至加法器输入端；还包括执行器的电流采样电路，将采样电流通过放大电路、调速率电位器处理成 为与主发电机负载相对应的负反馈信号Vd连接至加法器的输入端；加法器对输入信号进行求差处理，将差值通过增益电位器送入PID调节器进行 静、动态性能处理后，接至比较器的正向输入端连接，比较器的反向输入端与锯齿波发生器 输出端连接，比较器的输出端连接驱动电路，由驱动电路向执行器输出电流，控制柴油发 动机的燃油量，调节转速；还包括与电瓶连接的电源电路；其特征是还包括缓起动电路包括调速率控制电路、缓起动信号发生器和延时选择开关，其 中缓起动信号发生器接收来自转速采样电路输出端的信号，其缓起动信号输出端一路通过 调速率控制电路连接至调速率电位器的输入端和输出端，控制反馈信号Vd的延时输出，另 一路通过转速设定电路控制转速设定信号Vk的延时输出，延时选择开关与缓起动信号发生 器的延时信号输出控制端连接，向缓起动信号发生器提供七档延时时间的预置选择；在实施例中，还包括执行器短路保护电路，该电路的输入端通过采样电阻分别连 接驱动电路的输出端和输出端，其输出端连接至比较器的正向输入端；当采样电阻检测到输入信号存在而输出信号短路时，则输出一高电平关闭执行器电路，使执行器无电流流 过；在实施例中，还包括抗干扰电路转速传感器通过高频穿芯电感抗干扰输入电路 与转速采样电路连接；转速微调电位器及怠/高速开关串联电感器后与转速设定电路连 接；驱动电路的输出端通过高频穿芯电感输出电路与执行器连接；电瓶通过过高频穿芯电 感抗干扰输入电路与电源电路连接。参见附图4，上述缓起动电路中，缓起动信号发生器由信号可选择为C8051F330的 PC芯片IC7、石英振荡定时电路及输入、输出电路构成，其中由电压放大器IC6B及其外围电阻R72-R77及电容C41-C45构成缓起动信号 发生器的转速输入电路，其中电阻R72与电容C41、电阻R74串联后与IC6B的输入1端连 接，IC6B的输出端与电阻R76串联后与IC7连接，R77及C45分别并联在R76输出端与负极 之间；C44并联在IC6B输出端与负极之间，R75与C42分别并联在IC6B输入端与负极之间； R73连接在R72出端与负极之间。该输入电路中的R72，R73，R74，R75，C41组成转速信号 采集电路，由输入端VF采集前述转速采样电路输出的转速信号，采集的转速信号经IC6B， C43，R76，R77组成的频率转电压电路转换成相应的电压送入IC7微电脑进行数据处理，微 电脑根据发动机的转速工况进行一系列烟度数据优化处理，最后输出一直流电压信号；缓 起动信号发生器的输出电路由电压放大器IC6A及其外围电阻R78-R85及电容C46构成，其 功能是将缓起动信号发生器输出的模拟信号进行放大后经输出端Tl 一路向转速设定电路 输出控制信号，经转速设定电路控制转速设定信号Vk的延时输出，去推动执行器的开度，从 而实现缓升速，使烟度得到有效的控制；另一路向调速率控制电路输出控制信号；调速率 控制电路由放大器IC11、电子开关IC12A和IC12B、外围电阻R103-R111及电容C65、C66构 成，将输入的信号再次放大后用于控制调速率电位器D ；延时选择开关Kl是一个三位拨动 开关，通过它选择缓升速的时间，可实现0、5、10、15、20、25、30秒的预置选择。在我国南方， 一般使用5-10秒，北方用10-20秒，青藏高原地区的冬天用20-30秒，根据当地当时实际情 况试1、2次即可确定。在点火前先让发动机不给油空转2-3秒钟，将汽缸里的余油排除，然后设法给点 很少燃油量，刚够引燃，没有多余的燃油，也就没有黑烟了，再慢慢加油、缓慢升速，机身逐 渐升温，逐渐到达高速。这样噪声降低了，黑烟减少了。经重庆市计量质量检测研究院检验， 烟度由IOnT1下降至2. 5m—1，噪声由IOOdb下降至90db，效果十分明显。起动过程的转速和 供油情况参见附图8。上述执行器短路保护电路参见附图5，此电路由比较器IC10，BG5及外围电阻 R95-R100，二极管D19-D21，电容C60-C62组成，其中R95，R96电阻分别检测来自驱动电路 的输出脉冲与输入脉冲信号，若R96检测到输入信号存在，而输出信号则有意外而短路时， 则IClO迅速输出一高电平通过D20去关闭执行器电路，使执行器无电流流过，从而避免了 执行器短路而损坏内部电路，BG5, D21组成电路自恢复，若外界短路消失，则电路自动恢复 倒常态，可避免电路一直处于保护自锁。；由于采用了执行器短路保护电路，消除了因更换 执行器而容易使控制器功率管烧坏的现象，使控制器的寿命延长。参见附图6，此电路是抗干扰电路部分，在输入端，转速传感器的输出端并联有电 阻R92，高频穿芯电感L3的初段与R92并联，出端并联有电容C29，电容C30、C31串联后并联在L3出端，它们中间抽头接地。转速微调转速微调电位器及怠/高速开关与速设定电路 的连接端分别串联有电感L4-L7，所述电感器的输出端分别通过高频电容C32-C35接地。电 瓶通过过高频穿芯电感Ll抗干扰输入电路与电源电路连接，其中由电容C25、(^6串联后并 联在Ll出端，它们中间抽头接地，二极管Dll串联在Ll出端构成。在输出端，驱动电路的 输出端通过高频穿芯电感L2输出电路与执行器连接，其中在L2的初端分别通过高频电容 C28、C27接地。由于无线电及其他的射频，传输线的干扰，会使发动机工作失常，给生产带 来严重安全威胁，这些高频滤波器件把干扰杂波通过电感隔离，在通过电容对大地滤除掉， 使电路得到纯净的信号，使电路更可靠的工作，内外互不干扰。由于在控制器输入、输出端 增加了抗干扰电路，使发电机组不会出现因受干扰而随声摆动、转速不稳，造成发电频率不 稳现象，保障了用电设备稳定使用，保障了渔船安全航行、空调车正常联络。参见附图7，工作原理如下1.模拟控制部分这部分是美国康明斯控制器的基础，具体线路是(1).转速输入电路转速脉冲信号经放大器BG1，经IC1B、ICID整形，成为和转速 传感器信号相同的矩形波波，又经IC1A、ICIC将方波频率转换成电压信号，见图7中的②。(2).转速设定电路包括W4、Wl怠/高速的设定电位器，以及外置的转速微调电 位器，和IC3A、C、D的3个电子开关所组成，提供转速设定信号VD，见图7中的⑦。(3). IC4B是3个输入信号Vn、VD、VK的加法器，IC5A、IC5B、IC2D、IC2B是电子模拟 PID调节器，包括手动调增益电位器G(W》，保证机组正常运行中静、动态性能良好，一般取 G=70-% ,见图7中的③。(4).IC2C是锯齿波信号发生器，频率在200Hz左右，见图7中的④，和PID的输出 信号在IC2A中进行比较，转换成脉冲调宽信号，再通过BG2驱动、BG3功放输出，推动执行 器，见图7中的⑤。(5). R59为执行器电流采样电阻，其电压降经IC4A放大，见图7中的⑥；W3电位
器调整反馈量，发电机组负载的调速率(DROOP) 单机运行取D = 0% ；并机运行取D =
8%，此时调速率约=2. 5%左右，组成负载反馈电路，成为负载反馈信号电压为VD，和主发 电机负载的大小成正比。(6).864及其周边元件为电源模块，提供对、7.5、3.8、7.25乂 4种电源，见图7中的 2、缓起动功能部分以单片机IC7为核心的缓起动电路保证了缓起动全过程性能 良好在引爆点、缓升速过程中各阶段、以及到达预定转速的接轨点，都能使加油量和升速 需要量相匹配好，达到烟度低、噪声小，升速平稳而快捷的目的，IC6B、IC6A和三位拨动开关 Kl是缓起动电路的辅助件。Kl用以人工选择最佳升速时间。见图7中的⑨。
权利要求1.一种缓起动速度控制器，包括与速度传感器输出端连接的转速采样电路，采样电路 将信号整形成标准方波信号后经频率/电压电路转换成正比于转速的电压Vn连接至加法 器的输入端；还包括转速设定电路，转速设定电路包括转速微调电位器及怠/高速开关，输出转速 设定信号Vk连接至加法器输入端；还包括执行器的电流采样电路，将采样电流通过放大电路、调速率电位器处理成为与 主发电机负载相对应的负反馈信号Vd连接至加法器的输入端；加法器对输入信号进行求差处理，将差值通过增益电位器送入PID调节器进行静、动 态性能处理后，接至比较器的正向输入端，比较器的反向输入端与锯齿波发生器输出端连 接，比较器的输出端连接驱动电路，由驱动电路向执行器输出电流，控制柴油发动机的燃油 量，从而调节转速；还包括与电瓶连接的电源电路；其特征是还包括缓起动电路包括调速率控制电路、缓起动信号发生器和延时选择开关，其中缓 起动信号发生器接收来自转速采样电路输出端的信号，其缓起动信号输出端一路通过调速 率控制电路连接至调速率电位器的输入端和输出端，控制反馈信号Vd的延时输出，另一路 通过转速设定电路控制转速设定信号Vk的延时输出，延时选择开关与缓起动信号发生器的 延时信号输出控制端连接，提供七档延时时间的选择。
2.根据权利要求1所述的缓起动速度控制器，其特征是还包括执行器短路保护电路， 该电路的输入端通过采样电阻分别连接驱动电路的输出端和输出端，其输出端连接至比较 器的正向输入端；当采样电阻检测到输入信号存在而输出信号短路时，则输出一高电平关 闭执行器电路，使执行器无电流流过。
专利摘要本实用新型涉及柴油发电机组的电子速度控制器，由于增加了缓起动电路，它能使发电机组在寒冷季节、寒冷地区和高原、空气稀薄地区长期存在的起动困难问题得以顺利解决；这种起动方式速度控制器也使发电机组在起动时黑烟大大减小，噪音大大降低。
文档编号F02D29/06GK201908735SQ20102061040
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者魏荣生 申请人:重庆市海德自动化有限公司