专利名称：一种发电机组用调速逆变控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃发电机组控制领域，尤其涉及一种采用非正弦发电机的逆 变式发电机组用调速逆变控制器。
背景技术：
近年来，随着高频稀土永磁发电机在小型内燃发电机组领域的使用，使得 逆变控制器与发电机组配套应用逐渐增加。现有逆变器多采用专用集成芯片或 模拟电路来实现SP丽波形的合成，要么是输出电压波形的正弦度较差，电品质 不高，要么是电压反馈回路精度不够，短路保护不够灵敏、抗干扰能力较差以 及存在温漂等问题。大多发电机组用逆变器采用的技术路线是从传统逆变电源 中所用技术改造而来，没有针对发电机组的具体特性进行专门设计，比如将负 载大小与发动机转速相关联，设计出更具节能、低噪的产品等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电机组用调速逆变控制器，能够将发电机发 出的品质较低的非正弦交流电转换为高品质的正弦交流电。 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
本发明由发动机调速控制电路和发电机输出逆变控制电路两大部分，发动
机调速控制电路包含转速信号检测和调速驱动两部分，分别与PICS18F系列微 处理器相连接，发电机输出逆变控制电路包含直流母线恒压电路和SPWM逆变 电路，直流母线恒压电路的输入端与发电机相连接，直流输出端与SPWM逆变 电路的逆变主电路相连接，SPWM逆变电路与PICS18F系列微处理器的I/O相
3连，构成逆变器驱动的控制回路。
所述的转速信号检测包括全波整流滤波电路和整形比较放大电路，全波整
流滤波电路与整形比较放大电路相连。
所述的调速驱动是步进电机驱动与机组油门控制相连接。 所述的直流母线恒压电路是三相全桥半控整流电路、直流母线储能电路、
可控硅脉动驱动电路和直流电压反馈电路依次连接。
所述的SPWM逆变电路包括IGBT驱动电路和H桥IGBT逆变主电路相连， 交流电压反馈环节与LC滤波吸收电路连接，H桥IGBT逆变主电路与LC滤波
本发明采用直流母线恒压电路、交流电压反馈精密整流差分电路以及可调 死区的四路SP丽逆变电路，大幅提高了正弦交流电的输出品质；采用频率采样 电路，结合内嵌于主控制器中的转速控制算法，可灵活实现发动机的恒速、变 速和节能控制。本发明实现了发电机组的稳定和节能运转，发动机转速根据负 载情况可在2000 7000rpm范围内变化；输出的AC230V 50HZ工频交流电的电 压稳态调整率〈P/。，电压稳定时间〈ls,频率稳态调整率〈0. 1%,电压稳定时间 <0. ls。输出工频交流电品质达到GB/T2820规定的G3级要求。同时，具有超速、 短路、过载和过热等保护功能。
图1是本发明的整体结构示意图2是本发明转速信号检测电路图3是本发明步进电机驱动电路图4是本发明三相全桥半控可控硅整流电路图5是本发明逆变电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明采取的技术路线是与发电机组相匹配的专有调速逆变控制器。它具 有发动机调速控制电路和发电机输出逆变控制电路两大部分。
在发动机调速控制电路中，转速信号通过检测发电机的辅助绕组频率获 得，整形电路确保了频率采样的实时性和准确性，经过主控制器中的转速控制 算法，再由驱动电路去控制连接在油路中的步进电机，从而实现发动机的恒速、 变速和节能控制。
整形电路采用了全桥整流电路和比较整形电路，将发电机的辅助绕组波形
整形为方波，再送入CPU的脉冲捕捉引脚，通过软件算法测得该波形的频率， 从而计算出发动机此时的实际转速；发动机此工矿下的目标转速可结合负载反 馈的大小计算得出；通过对转速进行PID运算，计算出步进电机的前进(提高 转速)或后退(降低转速)指令，由驱动电路控制步进电机运动。
在发电机输出逆变控制电路中，发电机输出的中频交流电通过由恒压反馈 调节环节和脉冲变压器触发环节控制的三相全桥半控可控硅整流电路整流为直 流电，并经储能电容器进行平滑和滤波。该设计结合发电机组的转速变化范围 广、电压输出波动大的特性，设计的高精度直流母线恒压电路，解决了逆变精 度受负载工矿影响较大、储能电路受冲击时易于损坏的难题。
采用了三相全桥半控可控硅整流电路，使得直流母线电压可控；直流电压 的反馈由分压电路、给定电路和比较电路组成，该电路决定了可控硅的开通关 断时机；经与CPU发出的脉冲信号调制后，驱动脉变电路工作，从而控制可控 硅的通断，实现了直流母线的恒压控制。
在发电机输出逆变控制电路中，逆变电路将高压直流电通过H桥IGBT逆变 电路逆变为50Hz、 230V的工频交流电，同时，通过电压电流反馈电路和专有的 反馈算法，来确保输出电压的恒频恒压特性。逆变主电路采用了H桥IGBT模块，驱动电路采用专用集成电路，不仅死区 可调，而且具有短路和软关断功能。电压电流反馈电路采用了全桥精密整流和 差分放大电路，提高了采样精度。主控制器采用PIC18F系列微处理器，通过专 有的电压反馈算法，计算出各路SPWM波形的脉冲宽度，再由CPU的四路P丽 专用引脚输出，通过驱动芯片驱动H桥IGBT模块工作。为了保证输出波形的平 滑性和减少谐波，工频交流输出端还串联有LC谐振滤波吸收电路。
参照图1所示，本发明"一种发电机组用调速逆变控制器"由转速采样环 节、调速驱动环节、直流母线恒压电路、SP丽逆变电路、PIC18F系列微处理器 (主控制器)、交直流电压反馈环节和控制电源电路等部分组成。本调速逆变控 制器由转速采样环节实现发动机转速的实时采样，并送入主控制器，经主控制 器中的转速控制PID算法运算后，再由驱动电路去控制连接在油路中的步进电 机，从而实现发动机的恒速、变速和节能控制。直流母线恒压电路是将发电机 输出的中频交流电通过由三相全桥半控可控硅整流电路整流为400V高压直流 电，并经储能电容器进行平滑和滤波。逆变电路将高压直流电通过H桥IGBT 逆变电路逆变为50Hz、 230V的工频交流电，该环节由电压电流反馈电路和主 控制器中的的电压闭环反馈算法和SPWM调制程序来控制输出脉冲宽度的幅 值，从而输出恒压恒频的工频交流电。
参照图2所示，来自于发电机辅助绕组的交流AC12V电压信号的频率与 发动机转速成严格正比关系，在此，可通过检测其频率来监控发动机的转速。 整流桥D1输入端连接交流12V，输出端的一端接地，另一端连接电阻R1、电 容C1、整流桥D2、电容C2和电阻R2， R2的另一端连接至电阻R3、运算放 大器U1B的输入(正端)，运算放大器U1B的输入负端连接电阻R4，运算放 大器U1B的输出端7连接电容C3和电阻R5，电阻R5与整流桥D3的输入相 连，整流桥D3的输出端连接电阻R6后，与CPU相连。AC12V信号经过D1全桥整流后，由R1、 R2、 Cl、 C2和D2进行高频滤波和限幅，再由U1B构成 的电压比较器进行整形处理，此时的输出信号为2倍于AC12V信号频率的方 波，经过D3的光耦隔离后，送入主控制器，进行转速的运算。
参照图3所示，发电机的输入端A1、 A2、 A3与CPU相连，经电阻R1、 R2、 R3分别与整流桥D1、 D2禾BD3相连，其中一电路，整流桥D1的2端与 电源VCC相连，3端经R4与电源VCC相连，5端与地相连，8端与电源VDD 相连，6、 7端相连，通过D4、 D5连接到电源和地，同时，和U1的4脚直接 相连，Ul的l、 3、 8、 16、 19脚连接后接入电源VDD，同时相连的还有C1、 C2、 C3和C4， 4、 5、 6脚分别与D1、 D2和D3相连，10、 11、 14、 15脚与 外部的步进电机相连，其余引脚接地。主控制器提供的A1、 A2、 A3三路数字 信号经过光耦隔离后，送入U1中。Ul是一种集成的二相步进电机专用驱动电 路，可根据输入的三路信号，决定步进电机的前进和后退，从而实现发动机油 门的控制，实现了转速的灵活控制。图中，D4 D9是用于限幅和嵌位的稳压 二极管。
参照图4所示，整流的主电路由K4 K6、 Dl、 D3和D4构成，主要功能 是将来自发电机的ABC三相中频高压交流电进行恒压整流。Cl、 C2是储能滤 波元件。为实现其恒压功能，R9、 R10对直流母线的电压进行了分压，再由R7、 RIO、 R12、 R14 R17、 C4、 C5和D8等元件进行滤波和调制，经U1B差分放 大后，送入由U1A构成的比较电路中。比较电路的标准电压分压电路中的R5 是一可调电阻，可控制比较翻转电压，从而调节直流母线电压的给定值。再由 R6、 Rll和Ql推动脉冲变压器Tl来触发可控硅的导通与关断。
A、 B、 C与外部的发电机输出相连后，与整流桥Dl、 D3、 D4、可控硅 K4、 K5和K6相连，整流桥D1、 D3、 D4的另一端与地相连，可控硅K1、 K2、 K3的另一端与电源VDCU相连，还连接电容C1、 C2、 C7，运算放大器U1B的输入端5、 6经过电阻R7、 R9、 R10、 R12、 R14、 R15、 R16、 R17、电容C4、 C5、 C8、 CZ1和整流桥D8连接后接入电源VDCU，运算放大器U1B的输出 端7与U1A的输入端2相连，运算放大器U1A的输入端3连接R4、 R5， Ul A 的输出端1连接R6、 Rll和IGP功率管Ql， Ql经电阻R8与Tl的输入端相 连，Tl的输入端还连接有C3、 C6， Tl的输出端经电阻R1、 R2、 R3与可控硅 K4、 K5和K6相连。
参照图5所示，主控制器运用内嵌的电压反馈程序计算出电压信号的控制 输出值，并经SPWM调制程序后，由CPU的四路SPWM0 3弓,输出至专用 IGBT驱动芯片U3、 U4，再驱动Q1 Q4 IGBT模块，实现了输出电压的正弦 性。电阻R3 R34可调整IGBT的死区时间，并能够进行软导通和软关断。D1 D4用于探测IGBT的导通管压降，U3、 U4通过监测管压降来判断是否有短路 现象存在，实现了IGBT模块的短路保护。
IGBT驱动芯片U3、 U4与CPU的PWM输出相连，还与电阻R1 R7、 R27 R36、电容C2、 C3、 C6、 C7、整流桥D1 D4连接后，与IGBT功率管 Q1 Q4相连，Q1 Q4分别与电源VDCU和地连接，同时，向外提供AC230V 50Hz电源连接。
权利要求
1、一种发电机组用调速逆变控制器，其特征在于，由发动机调速控制电路和发电机输出逆变控制电路两大部分，发动机调速控制电路包含转速信号检测和调速驱动两部分，分别与PICS18F系列微处理器相连接，发电机输出逆变控制电路包含直流母线恒压电路和SPWM逆变电路，直流母线恒压电路的输入端与发电机相连接，直流输出端与SPWM逆变电路的逆变主电路相连接，SPWM逆变电路与PICS18F系列微处理器的I/O相连，构成逆变器驱动的控制回路。
2、 根据权利要求1所述的一种发电机组用调速逆变控制器，其特征在于， 所述的转速信号检观抱括全波整流滤波电路和整形比较放大电路，全波整流滤 波电路与整形比较放大电路相连。
3、 根据权利要求1所述的一种发电机组用调速逆变控制器，其特征在于， 所述的调速驱动是步进电机驱动与机组油门控制相连接。
4、 根据权利要求1所述的一种发电机组用调速逆变控制器，其特征在于， 所述的直流母线恒压电路是三相全桥半控整流电路、直流母线储能电路、可控 硅脉动驱动电路和直流电压反馈电路依次连接。
5、 根据权利要求1所述的一种发电机组用调速逆变控制器，其特征在于， 所述的SPWM逆变电路包括IGBT驱动电路和H桥IGBT逆变主电路相连，交 流电压反馈环节与LC滤波吸收电路连接，H桥IGBT逆变主电路与LC滤波吸 收电路连接。
全文摘要
本发明公开了一种发电机组用调速逆变控制器，由发动机调速控制电路和发电机输出逆变控制电路两大部分，发动机调速控制电路包含转速信号检测和调速驱动两部分，分别与PICS18F系列微处理器相连接，发电机输出逆变控制电路包含直流母线恒压电路和SPWM逆变电路，直流母线恒压电路的输入端与发电机相连接，直流输出端与SPWM逆变电路的逆变主电路相连接，SPWM逆变电路与PICS18F系列微处理器的I/O相连，构成逆变器驱动的控制回路。本发明实现了发电机组的稳定和节能运转，可保证输出工频交流电品质达到GB/T2820规定的G3级要求。
文档编号H02P27/06GK101552590SQ20091002245
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者刘剑飞, 张福才, 曹世宏, 汪礼顺, 承 沈, 程志军, 黄光宏 申请人:中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所