专利名称：发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于以第一电压提供电能的发电机组，该第一电压是一具有一确定有效值和一确定频率的交流电压，该发电机组包括一个马达和与所述马达相耦接以产生所述电能的发电机。
这种发电机组显然是用于向任何类型的耗电装置提供电能的;以下将这些耗电装置简称为“耗电装置”。已知的发电机组的输出交流电压，即它提供给耗电装置的电压，直接构成了发电机组的发电机产生的电压。
这种输出电压的频率当然应尽量恒定，而不论耗电装置所吸收和发电机组需要提供的电功率如何。
因而，已知的发电机组的发电机实际上必须是同步式发电机，即其所产生的电压具有与其转子的转速成正比的频率的发电机，且该转速必须被调节到一恒定值，从而使该频率具有所需要的值。
转子与发电机组的马达的输出轴相机械耦合，显然该马达的转速应该被设定在恒定值。
因此，例如，在具有其转子与马达的输出轴直接耦合的双极发电机的发电机组中，若要使发电机组的输出电压的频率为50Hz，马达的转速必须被设定在3000rpm(转/分)，而不论耗电装置所吸收的电功率是多少。
众所周知，在要求马达提供的机械功率迅速变化的情况下，很难精确地设定马达的转速，特别是诸如通常用在发电机组中的内燃机的转速。
但是，在发电机组中，这种机械功率显然取决于耗电装置所吸收的电功率，该功率可在非常短的时间内在一个很低或甚至为零的值和一个很高或甚至为该发电机组所能提供的最大功率的值之间变化。
因而，在耗电装置所吸收的功率的这种变化期间，已知的发电机组的马达的转速，即该马达的输出电压的频率，在实际上不能被保持在所需的恒定值。
发电机组的输出电压的频率由于其马达转速的变化而造成的变化，可通过将把马达与发电机相连接的惯性飞轮安装到轴上而得到衰减，但不能被完全消除。但这种飞轮的缺点在于它是沉重且体积很大的部件。
发电机组的输出电压的有效值也必须保持恒定，而不管耗电装置所吸收的电能如何。
为调节该输出电压，通常采用已知的发电机组，它由这样的发电机和适当电路组成，即该发电机具有装有所谓的励磁绕组的转子，且该电路用于根据被耗电装置吸收的电功率调节流过这些励磁绕组的电流。
但在该电功率迅速改变的情况下，流过该励磁绕组的电流由于绕组的电感而仅有较为缓慢的变化，从而使发电机提供的电压值及发电机组的输出电压发生变化。
由于发电机所提供的电压还取决于其马达的转速，所以由于在上述情况下发生的转速变化，该电压随耗电装置吸收的功率的改变而发生的变化进一步恶化了。
简而言之，在已知发电机组提供且被耗电装置吸收的电功率改变的情况下，该发电机组所提供的电压的值和频率都不能保持恒定。
因而，本发明的一个目的，是提供一种没有这些缺点的发电机组，即这样一种发电机组，它所提供的交流电压，即使在它所提供且为耗电装置吸收的电功率发生大和/或迅速的变化的情况下，也具有恒定的有效值和频率。
该目的是借助这样的发电机组来实现的，该发电机组被用于以一第一电压提供电能，该第一电压是具有确定的有效值和确定的频率的交流电压，该发电机组包括一马达和一与所述马达机械耦合以产生所述电能的发电机，且其特征在于所述发电机得到了适当的设置以便以一第二电压产生所述电能，而且该发电机组包括与所述发电机相电耦合以将所述第二电压转换成一第三电压的第一转换器，该第三电压是一具有恒定值的直流电压;与所述第一转换器并联连接的可再充电电能源;以及，与所述第一转换器和所述可再充电电能源相电连接的第二转换器，用于从所述第三电压产生所述第一电压。
通过以下结合附图的描述，可对本发明的其他目的和优点有进一步的理解。在附图中
图1以非限定性例子的方式示意显示了根据本发明的发电机组的一个实施例;
图2是曲线图，显示了马达依赖于其转速而提供的机械功率;
图3是综合了图1的发电机组的电路的运行的表;
图4显示了图1的发电机组中测量到的一些信号随时间的变化;
图5以非限定性例子的方式示意显示了根据本发明的发电机组的另一实施例;
图6、7和8示意显示了图5的发电机组的各种使用方式;
图9以非限定性例子的方式示意地显示了根据本发明的发电机组又一实施例;
图10示意地显示了可用于根据本发明的发电机组的可再充电电源。
在图1中借助非限定性例子而示意地显示的、根据本发明的发电机组，被用标号1来总体地表示，且被用于产生具有有效值U1和频率f1的交流电压V1形式的电能。
该电能被提供给一任何类型的耗电装置，后者在图1中以非常示意的方式用标号2表示。
如以下将要说明的，根据发电机组1的构成方式，交流电压V1可是单相或多相(例如三相)的。
发电机组1的输出端的数目取决于电压V1的相数，且与耗电装置2的端子相连;这些输出端未单独地显示，而是总体地用S代表。
发电机组1包括马达3，它在本例中是未被单独显示的一汽化器供给的汽油发动机。
汽化器的蝶形阀的位置由电调节信号SM的值，按照以下所述的方式，通过控制电路4来进行控制;该蝶形阀的位置决定着供给发动机3的燃料和空气混合物的流动，因而决定着在发动机3的各个转速下提供给它的机械功率。
将不对控制电路4进行详细的描述，因为它可由本领域的专家以若干种方式容易地构成，而这些专家知道控制电路4所要进行的各种功能，这些功能将在后面进行描述。本领域的人员会很容易地理解，通过例如将微计算机与适当的接口电路相结合并对该微计算机进行编程以执行所要求的功能，就能以有利的方式构成控制电路4。
发电机组1还包括一发电机5，该发电机5以常规的方式具有定子和转子;该定子和转子未被单独地显示。发电机5的转子通过由双线表示的机械连接而直接与马达3的输出轴相连。
发电机5可是众所周知的几种类型的发电机中的任何一种;这些发电机响应于其转子相对于其定子的转动，而以单相或多相交流电压的方式产生电能;发电机5将不在后面更详细的描述。
在图1中，发电机5产生的交流电压由标号V2表示，且其有效值和频率将分别用标号U2和f2表示。
如将说明的，电压V2的相数可以与电压V1的不同。另外，电压V2的有效值U2和频率f2是可变的，并且一般与电压V1的有效值U1和频率f1不同。
电压V2即出现在发电机5的输出端上，且这些输出端的数目显然取决于电压V2的相数;发电机5的输出端未被单独地显示且由标号5.1总体地表示。
发电机组1还包括具有若干第一端的第一转换电路6，所述第一端的数目与发电机5的端5.1相等且每一个都与后者中的一个相连。转换器6的这些第一端也未被单独地显示且被用标号6.1总体地表示。
转换器6还包括数目为两个的第二端，它们也未被单独显示由标号6.2总体地表示。
在此应注意的是，上述且在后面将描述的发电机组1的部件之间的各种电连接，在图1中都是由单线示意地表示的，即使在它实际上显然是由若干条导线组成(例如发电机5和转换器6之间的连接)的情况下也是如此。
为了更好地理解图1，用于传送电能(如后面将要看见的)的连接用较粗的线表示，而用于传送控制、调节或测量信号(如后面将要看见的)的连接用较细的线表示。
上述转换器6得到了适当的设置，以响应于它在发电机5被马达3驱动时从发电机5接收的交流电压V2，而在其端6.2上产生直流电压V3。转换器6还得到适当的设置，以不论电压V2的有效值如何而使电压V3的电压U3保持恒定，如从后面所看到的，电压V2的值的变化可以很大。另外，转换器6得到了适当的设置，以根据它从控制电路4接收到的调节信号SC的值，调节它提供到与它相连的、将在后面描述的部件的电功率。
在本例中，由于以下将变得更为明确的原因，在将在下面描述的情况下，信号SC可取两个不同的值SC0和SC1。另外，转换器6得到了适当的设置，以当信号SC具有值SC0时不在其输出端6.2传送电功率，并当信号SC具有值SC1时在其输出端6.2传送它从发电机5接收的所有电功率。
象转换器6的转换器，是专业人员众所周知的电路，因而不对其作详细的描述。
只要说明这种转换器包括这样的稳压器就足够了;这种稳压器从由一整流器提供的经过整流并可能还经过滤波的电压产生所需要的直流电压，即使当经过整流的电压的峰值小于所要求的直流电压的值时也是如此;而该整流器接收加到转换器上的交流电压。
该发电机组1还包括用7代表的可再充电电源，即能够在直流电压下存储并给出一定量的电能的装置。电源7具有一对用标号7.1表示的端，它们每个均与转换器6的输出端6.2中的一个相连。电源7还得到了适当的设置，以使它在它的端7.1产生的电压V4在端7.1不与转换器6的端6.2相连时至少大体等于转换器6所产生的电压V3。
当电源7的端7.1和转换器6的端6.2相连时，电压V3和V4当然精确相等。
在本例中，假定电源7由传统的蓄电池(诸如铅或镉-镍蓄电池)组成。然而，应注意的是，电源7也可以不同的方式组成，如在下面所要进一步描述的例子中那样。
发电机组1还包括一监测电路8，该监测电路8与电源7相连并得到了适当的设置，以向控制电路4提供一表示电源7的充电状态，即后者可提供的电能的测量信号SQ。在本例中，假定信号SQ当电源7完全充电时信号具有最大值SQ1，并随着电源7的放电而减小。
由于监测电路8及其与电源7的连接可按照专业人员已知的各种方式制成，因而对它们将不进行详细的描述。只要在这里说明这种监测电路一般包括至少两个这样的电路就足够了，这种电路提供分别代表在与它相连的电源的端上的电压以及该源的充电和放电电流的的测量信号;该监测电路可能还包括这样的电路，后者提供代表电源的其他参数(诸如其温度或其年龄即从它第一次被投入运行以来的时间)的测量信号。这种监测电路当然还包括一计算电路，该计算电路能根据上述各种测量信号产生代表它与之相连的电源的状态的信号。
发电机组1还包括被标为9的一第二转换器电路。
转换器9具有一起被标为9.1的一个对输入端，其每一个均与转换器6的端6.2中的一个相连;转换器9还具有被一起标为9.2的输出端。输出端9.2的数目与发电机组1的输出端S相等且其每一个均经将在下面进一步讨论的测量电路10而与发电机组1相连。
转换器9从直流电压V3产生发电机组1的输出交流电压V1。转换器9因而是与通常被称为逆变器的电路相同的电路;这种逆变器是众所周知的，因而不在此进行详细描述。
只要说明逆变器是用于从直流电压产生单相或多相交流电压就足够了;该交流电压的峰值最多等于该直流电压的值。为此，逆变器包括诸如晶体管和可控硅的具体电子元件，其数目和连接取决于所要求产生的交流电压的单相和多相性。另外，各个电子元件由一信号控制，而该信号是由具有沿着正弦函数变化的宽度的周期脉冲构成。确定这些脉冲宽度的各种正弦函数都有相同的幅度和相同的频率，它们分别确定了该逆变器所产生的交流电压的有效值和频率，但它们彼此之间具有相移，其相移量也取决于这种交流电压的单相或多相性。
在发电机组1中，用于控制构成转换器9的逆变器的电子元件的各种信号，由控制电路4持续地产生，结果转换器9也持续地运行。为了不使附图过于复杂，将这些控制信号从控制电路4传送到转换器9的所有连接都只用一单线表示。另外，为了不使下面的描述过于复杂，所有这些控制信号都被称为转换器9的控制信号且都用SD表示。
发电机组1还包括分别被标为10和11的两个测量电路。
测量电路10被设置在转换器9的输出端9.2和发电机组1的输出端S之间，并得到了适当的设置以向控制电路4提供代表由发电机组1提供到耗电装置2的电功率的测量信号SP，上述电功率显然与耗电装置2所吸收的电功率相等。由于这两个功率相等，所以它们都将被用Pe表示。
测量电路10还得到适当的设置，从而使转换器9提供的电压V1在未受到修正的情况下被加到发电机组1的输出端S。
将不对测量电路10进行详细的描述，因为它可按照专业人员众所周知的各种方式构成。只要说明以下情况就足够了，即电路10可包括一对提供测量信号的电路，该测量信号分别代表了电压V1的和被耗电装置2吸收的电流的有效值，而且产生测量信号SP所需的计算电路响应于这些测量信号。
测量电路11具有在本例中与发电机5的端5.1相连的输入端，并得到适当的设置以向控制电路4提供一测量信号SR，该测量信号SR代表了发电机5的转子的转速因而代表了马达3的转速，该转速在下面将被标为R。
将不对测量电路11进行详细的描述，因为它可按照专业人员众所周知的各种方式构成。在本例中，假定电路11得到适当的设置，从而使测量信号SR依赖于电压V2的频率f2，该频率当然与马达3和发电机5的转子的转速R成正比。
应注意，如果需要，可在测量电路10和发电机组1的输出端S之间提供由诸如保险丝或断流器组成的过流保护装置。这种保护装置未在图中显示，因为它们不与本发明直接有关。
如在下面将详细描述的，当发电机组1运行时被耗电装置2吸收的电功率Pe通常由马达3以机械功率的形式提供。以下将被标为Pm的该机械功率，被发电机5转换成电功率，并经转换器6和9被传送到耗电装置2。
马达3提供的机械功率Pm的一部分，在被转换成电功率时被发电机5所消耗，且该电功率的一部分在被传送至耗电装置2时被转换器6和9所消耗。
然而，与发电机组1提供的电功率Pe相比，在发电机5和转换器6和9中消耗的功率一般较低且在以下对发电机组1的运行的详细描述中可被忽略，因为本领域的人员很容易理解如何选定发电机组1的各种部件以在必要时对这种消耗的功率进行考虑。
图2对于信号SM的三个不同值SM0、SM1和SM2，示意地显示了马达3所提供的机械功率Pm作为转速R的函数的众所周知的变化。在本例中，值SM0是马达3的汽化器的蝶形阀完全闭合或换言之处于通常被称为闲置位置时的值。当信号SM具有该值SM0时，马达3因而几乎不提供任何机械功率，不论其转速如何。类似地，值SM1是当马达3的汽化器的蝶形阀完全打开即处于马达3在其各个转速下提供它所能提供的最大功率的位置时的值。最后，值SM2是当蝶形阀处于使马达3在其各个转速下提供它在该转速下所能提供的最大功率的一个确定部分的值。假定该确定部分在本例中等于80%。
为了在下面将明确的原因，上述测量电路10和11得到适当的设置，从而使信号SP和SR是同一类型的。例如，这些信号SP和SR的每一个均由电压组成。另外，测量电路10和11还得到适当的设置，从而不管被耗电装置2所吸收的电功率Pe如何，当信号SM具有上述的确定值SM2且当马达3以使得它所提供的机械功率Pm等于该电功率Pe的速度转动时，信号SP和SR将相等。
另外，控制电路4得到适当的设置，使得信号SM当信号SP小于信号SR时具有值SM0，并当信号SP大于信号SR时具有值SM1，而且使得当信号SP和SR相等时，信号SM若信号SQ等于SQ1则具有值SM2且若信号SQ小于SQ1则具有值SM1。控制电路4还得到了适当的设置，以使信号SC当信号SP小于或等于信号SR时具有值SC1且当信号SP大于信号SR时具有值SC0。
控制电路4的这种运行被包括在图3的表中。
以下通过从当被耗电装置2吸收的电功率Pe具有非零的值Pe1的时刻开始，来描述发电机组1的运行，值Pe1小于发电机组1所能提供的最大电功率并在一定的时间内保持不变。还将假定，在同一时刻，电源7得到完全充电且信号SQ因而具有值SQ1。
在这些条件下，如下面将明确的，马达3以速度R1转动，在该速度R1下信号SR具有等于信号SP的值SP1的值SR1，而值SP1对应于电功率Pe的值Pe1。
因而信号SM具有值SM2，且马达3提供功率Pm1，该功率Pm1一方面等于该电功率Pe1而另一方面等于它在速度R1下所能提供的最大机械功率Pm1’的80%。
发电机5提供的电功率因而也具有值Pe1。
另外，信号SC具有值SC1，结果转换器6把它从发电机5接收到的所有电功率Pe1传送到转换器9。当转换器9持续运行时，该电功率Pe1被完全传送给用户装置2。
应注意的是，在这种情况下，马达3的转速R不变，因为它所产生的机械功率Pm1等于被发电机5吸收以产生电功率Pe1的功率，且因为马达3提供的驱动力矩因而等于发电机5产生的制动力矩。
发电机组1因而处在稳定的状态下，只要被耗电装置2吸收的电功率Pe保持不变，这种状态就保持不变。
现在让我们考虑这样的情况，其中被耗电装置2吸收的电功率Pe，在值Pe1上保持不变一段时间之后，突然减小并取非零的新值Pe2。
信号SP此时取小于以前的值SP1的新值SP2。控制电路4因而给信号SM值SM0，在此值马达3的汽化器的蝶形阀处于其闲置位置，但继续给信号SC以值SC1。
马达3因而实际上未提供机械功率，但却响应其动能和发电机5的动能而以较低的速度继续转动。因而发电机5继续提供电功率，而且由于信号SC具有值SC1，这种电功率等于被耗电装置2吸收的电功率Pe2。
当马达3的转速R达到使信号SR的值SR2等于信号SP的新值SP2的值R2时，控制电路4给回信号SM的值SM2。
马达3此时提供的机械功率Pm2因而再次等于其最大机械功率Pm2’的80%，且该机械功率Pm2等于耗电装置2所吸收的电功率Pe2，因为信号SR的值SR2等于信号SP的值SP2。
因而发电机组1再次处于稳定的位置，该位置与以前的位置相比只是在马达3的转速R、它所提供的机械功率Pm、以及发电机5所产生并经过转换器6和9而被传送到耗电装置2的电功率的值上有所不同。
只要该电功率Pe的值保持恒定且等于Pe2，这种状态就保持不变。
现在让我们考虑这样的情况，其中被耗电装置2吸收的电功率Pe，当在值Pe2上保持了一段时间之后突然增加并取新的值Pe3。
信号SP此时取大于以前的值SP2的新值SP3。控制电路4因而给信号SM以新值SM1，在该值马达3的汽化器的蝶形阀被完全打开。
同时，控制电路4给信号SC值SC0，在该值转换器6不再提供任何电功率。
发电机5提供的电功率因而也变为零，而且发电机5加到马达3上的制动力矩也变为零。因而马达3提供的所有机械功率现在都可被用于对马达3和发电机5的转子进行加速。
由于转换器6不再提供电功率，耗电装置2所吸收的电功率Pe3现在由电源7提供。因而电源进行放电且信号SQ的值减小并降到小于SQ1。
当马达3的转速R达到R3，此时使信号SR的值SR3等于信号SP的值SP3的值，控制电路4使信号SC回到其值SC1但仍然将信号SM保持在其最大值SM1，因为信号SQ小于SQ1。
在这些情况下，马达3提供其最大机械功率Pm3’，且发电机5提供一电功率，该电功率等于该机械功率Pm3’且大于被耗电装置2吸收的电功率Pe的值Pe3。
功率Pm3’(它也是转换器6提供的功率，因为信号SC具有值SC1)和被耗电装置2吸收的功率Pe3之差，被电源7所吸收。在这种连接中，应注意到在本例中电源7是由传统的蓄电池构成，这种电池在此刻被部分地充电，如上面所述。
当电源7的端7.1与转换器6的输出端6.2直接相连时，电源7在直流电压，即电压V3下对其自身进行再充电，且它在充电期间所吸收的电流随着它所具备的电能的增加而逐渐减小。
电源7所吸收的电流的这种减小，导致了马达3所要提供的机械功率的减小和马达3的转速R和信号SR的值增加的倾向。
但是，一旦信号SR超过信号SP的值SP3，控制电路4就使信号SM回到值SM0，从而使马达3提供的机械功率Pm几乎降到零并使其转速R减小。当信号SR的值再次达到等于值SP3的值SR3时，控制电路4使信号SM的值回到值SM1且马达3再次开始提供其最大功率Pm3’。
这一过程被重复若干次，但由于电源7所吸收的电流继续减小，其中马达3提供其最大功率Pm3’的时间长度与其中它只提供几乎为零的功率的时间长度的比值减小，从而由马达3所提供的平均机械功率也逐渐减小。
当电源7被完全充满时，信号SQ再次达到值SQ1。控制电路4当马达3以速度R3转动时使信号SM回到其值SM2，且信号SR的值SR3因而等于信号SP的值SP3。
此时马达3提供的机械功率Pm3因而再次等于其最大机械功率Pm3’的80%，且该机械功率Pm3还等于被耗电装置2吸收的电功率Pe3，因为信号SR的值SR3等于信号SP的值SP3。
只要被耗电装置2吸收的电功率Pe不变并保持在等于Pe3，这种情况就保持不变。
只要当耗电装置2所吸收的电功率Pe改变时，显然就会发生与上述过程类似的过程。
图4示意地显示了上述各种过程随时间t的变化。
在图4中，曲线图a)用连续线显示了耗电装置2所吸收的电功率Pe和对应的信号SP，而且还用虚线显示了代表马达3的转速R的信号SR。如前所述，信号SR和SP的不同仅在于在电功率Pe的值每次发生改变之后非常短的时间内。这就是只能在曲线图a)与这些时间对应的部分中看到代表信号SR的虚线的原因。
图4的曲线图b)至e)分别代表信号SM、马达3提供的机械功率Pm、信号SC以及信号SQ的值。
应注意，信号SR和机械功率Pm的变化一般不是线性的，而为了简单起见它们被显示为线性的。
当然，发电机组1的各种元件，特别是控制电路4，可得到适当的设置，从而使发电机组1以不同于上述的方式运行。
例如，控制电路4可得到这样的设置，从而当耗电装置2所吸收的电功率Pe增加时，信号SC不象在上述例子中那样取值SC0而是取使转换器6能继续工作的另一个固定值，并同时把它从其输入端6.1传送到其输出端6.2的电功率限制在由信号SC的该值所设定的一个非零值。这种被限制的电功率显然是由发电机5产生的。因而马达3提供的机械功率不再完全被用来对马达3和发电机5的转子进行加速，该机械功率的一部分仍然被发电机5转换成电功率。在这种加速期间，电源7只需要提供被耗电装置2吸收的、不再由转换器6提供的那部分电功率。
因此，在这种情况下，可适当地选择电源7的大小，从而使它所必须能够存储的最大电能量小于在结合图4所描述的例子中的该电能量，从而降低其成本。
在与上述的类似的情况中，控制电路4给予信号SC的值可以不是固定的，而是根据耗电装置2所吸收的电功率Pe的增加值而变化的。
因此，将会看到，耗电装置2所吸收的电功率Pe的每一变化都造成马达3和发电机5的转速R的变化，因而造成发电机5所提供的交流电压V2的有效值U2和频率f2的变化。
但还将会看到，电压V2的有效值U2和频率f2的这些变化，对发电机组1所产生的电压V1的有效值U1和频率f1不再具有影响，因为有效值U1和频率f1仅取决于直流电压V3的值U3和对转换器9进行控制的信号SD的特性，而直流电压V3是恒定的，且信号SD由控制电路4与电压V2的有效值U2和频率f2无关地确定。
发电机组1的这一性质是其相对于已知发电机组的一大优点。
还将进一步看到，电压V1的有效值U1和频率f1可得到较为自由的选取，因为只要对控制电路4进行适当的设置以使用于控制转换器9的信号SD具有所要求的特性就足够了。甚至还能这样地设置控制电路4，从而使信号SD的这些特性因而使有效值U1和/或频率f1取决于诸如设置在发电机组1的控制板上的一或多个开关的位置。例如，在电压V1是单相的情况下，可在该控制板上提供一双位开关并这样设置控制电路4，从而使电压V1的有效值U1和频率f1根据开关是处于其一个或另一个位置而分别为220V和50Hz或110V和60Hz。
另外，发电机组1所产生的交流电压V1的有效值U1与发电机5所产生的交流电压V2无关这一事实，避免了对电压V2进行调节。
结果，发电机组1的另一优点在于它不包括类似于在已知的发电机组中对流过发电机的转子的励磁绕组的电流强度进行调节的装置。
另外，发电机组1的发电机5的转子不用包括这种励磁绕组，因为它们可有利地由永久磁铁所代替。这构成了发电机组1相对于已知发电机组的另一优点，因为已知具有装有永久磁铁的转子，与带有装有励磁绕组的发电机相比，其体积一般较小且成本一般较低。
由上述可以看到，不论马达3的转速R如何，马达3在大部分时间中提供仅为在该转速下的最大功率的一个确定部分的机械功率。因而能够适当地选择马达3的大小，从而当其提供其最大功率的该确定部分时，使其效率达到最大或至少几乎为最大，并使其排放的污染性气体的量达到最小或至少几乎为最小。
效率以及排放的污染气体量的这种优化，对已知发电机组的马达来说是不可能的，因为这些马达在提供可变的机械功率的同时必须以恒定3的转速转动，因而它们很少在优化的效率和污染气体排放条件下运行。
在图5所示意显示的实施例中，根据本发明的、被标为21的发电机组包括一个马达，该马达与图1中的发电机组1的马达3类似并用相同的标号表示。发电机组21的马达3，象发电机组1的马达3一样，包括带有蝶形阀的汽化器，该蝶形阀的位置取决于一个也被标为SM的信号的值，该信号SM由控制电路24产生。
将不对控制电路24进行详细描述，因为它可由懂得发电机组21的运行的专家以各种方式容易地制成。
具体地，象图1的控制电路4一样，控制电路24，可通过例如把微计算机与适当的接口电路结合并通过对该微计算机进行编程以执行所要求的功能，来进行构造。
马达3与发电机25的转子(未显示)相机械耦合;在本例中，发电机25的定子包括诸如三个相互电绝缘的绕组25a、25b和25c。
发电机组21还包括三组元件，每一组包括第一转换器6、电源7、监测电路8、第二转换器9和测量电路10，按照这些元件所在的组，这些标号带有字母a、b或c。
这些元件6a至10a、6b至10b和6c至10c中的每一个，都与图1中带有相同标号的元件类似，且在每个组中，这些元件都象图1中的相应元件那样彼此相连。在这里将不再描述这些元件和它们的连接。
只要说明转换器6a至6c分别与发电机25的绕组25a至25c相连就足够了。类似地，在本例中转换器9a至9c得到了适当的设置，从而使它们产生的交流电压V1a、V1b和V1c为单相的。然而应注意的是，该特征并不是必须的，且在其他的实施例中，转换器9a、9b和9c可被这样地设置，从而使电压V1a、V1b和V1c中的一个或几个是多相的电压，例如是三相的电压。
通过与图1的情况相类比，转换器6a至6c和9a至9c的、由控制电路24产生的控制信号，以及由监测电路8a至8c和监测电路10a至10c提供给控制电路24的信号也分别被标为SC、SD、SQ和SP;这些标号按照有关的元件的标号而带有相同的字母a、b或c。
发电机组21还包括输出端S1a、S2a、S1b、S2b、S1c和S2c，这些输出端经测量电路10a至10c分别与转换器9a至9c中的一个的输出端相连。转换器9a至9c产生的、分别被标为V1a、V1b和V1c的交流电压，因而分别出现在端S1a和S2a、S1b和S2b、以及S1c和S2c之间。
发电机组21还包括用于测量发电机25的转速的电路，该电路与图1的电路11类似并用与其相同的标号表示。测量电路11与发电机25的绕组25a相连并向控制电路24提供一个也被标为SR的信号，该信号SR表示绕组25a响应于发电机25的转子的转动而产生的电压V2a的频率，因而表示了马达3的转速。
将不对发电机组21的运行进行详细的描述，因为它与发电机组1的运行类似。
然而，应注意的是，发电机组21可被用来向一或多个耗电装置提供电能，如下面所要解释的，且在向多个耗电装置提供电能的情况下，这些耗电装置所吸收的电功率可以彼此不同。
控制电路24因而被这样设置，以使得不论耗电装置所消耗的总电功率如何，马达3在大多数时间中都以一个速度转动，并在该速度下马达3所提供的机械功率(该机械功率等于上述总电功率)等于其在该速度下的最大机械功率的一个确定部分，诸如80%。
为保证这种调节，控制电路24持续地把信号SPa、SPb和SPc相加、将该和与信号SR的值相比较并根据该比较确定信号SM、SCa、SCb和SCc的值，其确定方式与前面结合发电机组1的运行所描述的类似。
三个电压V1a、V1b和V1c的有效值和频率，显然与由发电机组21提供并被耗电装置吸收的电功率无关，其原因与前面在发电机组1产生的电压V1的情况下所述的相同。
这三个电压V1a、V1b和V1c当然可以具有相同的有效值和频率，在这种情况下三个信号SDa、SDb和SDc也可以是相同的。
但是，作为发电机组21的另一个优点，可适当地设置控制电路24，从而使信号SDa、SDb和SDc的特性成为这样的，即使得三电压V1a、V1b和V1c之一的有效值和/或频率不同于其他两个电压的有效值和/或频率，或者甚至使所有三个电压的有效值和/或频率都互不相同。
控制电路24还可被这样地设置，从而使得信号SDa、SDb、和SDc的特性，因而使得电压V1a、V1b和V1c的每一个的有效值和/或频率，对于这些信号中的每一个来说单独地依赖于设置在发电机组21的控制板上的一或多个开关的位置。因此，例如，该控制板可设置有三个双位开关且控制电路24可被这样地设置，从而使得，根据这些开关之一的位置，电压V1a、V1b和V1c的每一个都具有220V的有效值和50Hz的频率或110V的有效值和60Hz的频率。
发电机组21的这些性质，使得它能够被用来向三个不同的耗电装置提供电能。这种情况显示在图6中，其中发电机组21仅由其输出端S1a、S2a、S1b、S2b、S1c和S2c表示，且其中三耗电装置被标为31、32和33。
如上所述，发电机组21可以方便地给这三个耗电装置31、32和33提供电能，即使当后者要求提供具有互不相同的有效值和/或频率的电压时也是如此。
发电机组21的各组元件6a至10a、6b至10b和6c至10c所能提供的最大电功率，显然是由这些元件的结构所限定的。
但发电机组21的上述性质，使得它能够被用来给在单相电压下运行的耗电装置提供电能，该耗电装置所吸收的电功率大于这些元件组中的每一个所能提供的最大电功率。
图7显示了这样的情况，其中发电机组21(在这里它再次只用它输出端S1a、S2a、S1b、S2b、S1c和S2c表示)被用来向被标为34的耗电装置提供电能，该耗电装置34所吸收的电功率大于各组元件6a至10a和6b至10b所能提供的最大电功率但小于或等于这些最大功率的总和。
在此情况下，发电机组21的端S1a和S1b被一起连接到耗电装置34的供电端之一，且发电机组21的端S2a和S2b被一起连接到耗电装置34的另一个供电端。被耗电装置34消耗的电功率因而由并联运行的两组元件6a至10a和6b至10b提供。
在这种情况下，发电机组21的控制电路24当然必须这样地设置，使得被加到转换器9a和9b上的信号SDa和SDb相等，以使两个电压V1a和V1b具有相同的有效值和相同的频率并且彼此同相。
在这种情况下，标为35的一个第二耗电装置也可由发电机组21供电。显然，此时由后者在其与耗电装置35相连的端S1c和S2c上产生的电压V1c所具有的有效值和/或频率，可以与电压V1a和V1b的不同。
以类似的方式(未显示)，发电机组21可被用来为在单相电压下运行的耗电装置供电，该耗电装置所吸收的电功率大于被前例中的耗电装置34所吸收的电功率但小于或等于元件6a至10a、6b至10b和6c至10c所分别提供的最大功率的和。
在这样的情况下，发电机组21的端S1a、S1b和S1c被一起连接到该耗电装置的供电端之一，且发电机组21的端S2a、S2b和S2c被一起连接到该耗电装置的另一端。
被该耗电装置所吸收的电功率此时由并行运行的三组元件6a至10a、6b至10b和6c至10c提供。
另外，发电机组21的控制电路24在此情况下当然必须这样地设置，使得加到转换器9a、9b和9c上的信号SDa、SDb和SDc相同，以使三个电压V1a、V1b和V1c具有相同的有效值和相同的频率并且彼此同相。
发电机组21的上述性质，还使得它能够被用来为在三相星形电压下运行的耗电装置供电。
图8中显示了这种情况，其中发电机组21再次只用其输出端S1a、S2a、S1b、S2b、S1c和S2c表示，且其中它所供电的耗电装置被标为36。
在此情况下，耗电装置36的中性端N与发电机组21的三个端S1a、S1b和S1c相连，且耗电装置36的其他三个端R、S和T分别与发电机组21的端S2a、S2b和S2c相连。另外，发电机组21的控制电路24被适当地设置，以使被加到转换器9a、9b和9c上的信号SDa、SDb和SDc使得电压V1a、V1b和V1c具有相同的有效值和相同的频率，但这三个电压的每一个的相位与其他两个都相差120°。
在这种情况下，被耗电装置36所吸收的电功率当然由并行运行的三组元件6a至10a、6b至10b和6c至10c提供。因而被耗电装置36所吸收的电功率最大可等于元件组6a至10a、6b至10b和6c至10c分别能够提供的最大电功率的和。
在上述和显示在图6至8中的例子中，使发电机组21以这种或那种方式为耗电装置供电所需要的各种连接，都是在发电机组21之外制成的。
这些连接也可被制成在发电机组21的内部。
每当发电机组21被用来以确定的方式为有限个耗电装置供电时，这些连接可以被固定。但这些连接也可以用一个多位置开关构成;该多位置开关被设置在发电机组21的控制板上并以这样的方式与发电机组21的输出端和转换器9a、9b和9c的输出端相连，使得在这些位置的每一个上，它都为发电机组21的上述用途之一建立了必要的连接。该开关还可与控制电路24相连，且后者可被用于在该开关的每一个位置上产生具有所要求的特性的信号SDa、SDb和SDc。
在图9所示意显示的实施例中，根据本发明的、被标为41的发电机组，被用来为耗电装置2供电，并包括马达3、控制电路4、发电机5和测量电路10和11。这些各种元件与图1中带有相同标号的元件类似，因而将不再对它们进行详细的描述。
发电机5当其转子被马达3驱动时所产生的交流电压V2被加到具有三个输出端6’a、6’b和6’c的转换器6’的输入端。
转换器6’得到适当的设置，以在其端6’a和6’b上产生一直流电压V3，该电压V3与发电机组1的转换器6所产生的电压V3类似。
转换器6’还得到了适当的设置，以在其端6’a和6’c产生一标为V3’的第二直流电压，该电压V3’具有与电压V3相同的值u3但符号相反，表明如果例如端6’b相对于端6’a是正的，端6’c相对于同一端6’a就是负的。另外，与发电机组1的转换器6相同，转换器6’被这样地设置，使得电压V3和V3’的值U3大体为恒定的，而不论电压V2的有效值如何，且转换器6’被适当地设置以根据也被标为SC的一调节信号来调节它提供给与它相连的元件的电功率。
将不对转换器6’进行详细描述，因为它是专家们众所周知的电路。
发电机组41也包括标为7’的可再充电电源，它具有分别连接到转换器6’的端6’a、6’b和6’c的三个输出端7’a、7’b和7’c。电源7’得到适当的设置，以在其端7’a和7’b上产生具有大体上与电压V3的相同的值U3和极性的第一电压，并在其端7’a和7’c上产生具有与电压V3’的相同的值U3和极性的第二电压。
这样的电源7’可由例如传统的蓄电池构成，该蓄电池具有分别构成端7’b和7’c的两个端和构成端7’a的中间端。
发电机组41进一步包括一也被标为8的监测电路，该监测电路与电源7’相连，以提供一也被标为SQ的信号，该信号表示了包含在电源7’中的电能。该监测电路与发电机组1的电路8相同，因而不再进行描述。
转换器6’的输出端6’a、6’b和6’c分别被连接到第二转换器9’的输入端9’a、9’b和9’c，该第二转换器9’得到了适当的设置，以根据直流电压V3和V3’而产生发电机组31的、也被标为V1的输出交流电压。
与发电机组1的转换器9相同，转换器9’是与通常被称为逆变器的电路相同的电路，因而在此将不对它进行描述。只要进行如下说明就足够了，即转换器9’，象发电机组1中的转换器9一样，包括诸如晶体管和可控硅的电子元件。另外，转换器9’的电子元件由与控制转换器9的电子元件的信号相同的信号来进行控制，并且象后面的这些元件一样地被用标号SD来表示。
然而，应该注意的是，由于转换器9’接收具有相反符号的两个电压V3和V3’，它所包含的元件可以只有转换器9的一半那么多。这是发电机组41相对发电机组1的一个显著优点，因为这些必须能经受高电压和大电流的元件是昂贵的元件。
将不对发电机组41的运行进行描述，因为它与图1的发电机组1相同。
显然，诸如图5的发电机组21的发电机组的转换器6a至6c，电源7a至7c和转换器9a至9c，也可分别与上述的转换器6’、电源7’和转换器9’类似，并具有相同的优点。
如已经表明的，发电机组1的可再充电电能源7可由传统的、诸如铅或镉-镍蓄电池的蓄电池组成。
然而，已知由诸如转换器9的转换器所提供的交流电压的峰值，在最大时也只等于加到该转换器的直流电压的值。
因此，例如，如果发电机组1所产生的电压V1必须具有220V的有效值，则直流电压V3的值U3必须至少等于2]]>x220V即312V。
为提供这一电压，传统的、诸如铅蓄电池的蓄电池的数目必须至少为142个，因为它们每一个提供约2.2伏特的电压。这样的蓄电池组因而是昂贵而笨重的。
图10显示了可被有利地用来实现发电机组1的电源7的装置的一个例子，该装置比传统的蓄电池要便宜很多且轻便很多。
在图10中以非限定性的例子示意显示的、被标为7的电能源，包括一蓄电池组71，它在其正端71a和其负端71b提供一直流电压V5，该直流电压V5的值U5明显小于电压V3的值U3。电压V5的值U5可以是例如12V或24V。
电源7还包括电压放大器72，后者的输入端72a和72b分别与蓄电池组71的端71a和71b相连。电压放大器72还包括与电源7的端71a和71b相连的一对输出端72c和72d，它们是在图1中被一起标为7.1的端。
将不对电压放大器72进行详细描述，因为它是专家们众所周知的电路。只要进行以下说明就足够了，即它得到了适当的设置，以从电压V5，在其端72c和72d产生一直流电压;该直流电压当端72c和72d不与其他元件相连时，具有至少大体等于电压V3的值。该直流电压在图1中被标为V4，且当端72c和72d经电源7的端7.1a和7.1b与转换器6的输出端相连时，该直流电压V4当然严格等于电压V3。
从图10的端7.1a和7.2b延伸的箭头，表示电源7与图1的转换器6和9的连接。
图10的电源7进一步包括一电池充电器73，其输入端73a和73b分别与电压放大器72的输出端72c和72d相连，且其输出端73c和73d分别与蓄电池组71的端71a和71b相连。
将不对电池充电器73进行详细的描述，因为它是众所周知的装置。只要进行以下说明就足够了，即电池充电器73得到了适当的设置，使得它能够以显然等于电压V5的电压为蓄电池组71提供其充电所需要的电流。由于在下面将要说明的原因，电池充电器73进一步得到适当的设置，以根据它在控制输入端73e接收到的信号SB是处于第一还是第二状态，来提供对蓄电池组71进行再充电所需要的电流或是中断该电流。
如上所述，电源7为耗电装置2提供电功率，该电功率是当转换器6被完全或部分地阻塞时耗电装置2所接收不到的，即在电功率Pe有任何增加之后且直到马达3的转速R达到其新值。
还已经说明了，一旦马达3的转速R达到了其新值，电源7即得到再充电，直到代表它所包含的电能量的信号SQ达到其最大值SQ1。
当电源7如图10所示地构成时，控制电路4被适当地设置，以向电池充电器73提供上述信号SB并当电源7必须得到再充电时(即处于刚刚描述的情况下时)使信号SB处于其第一状态，并在其余的时间中使其处于其第二状态。
很容易看出，当被耗电装置2吸收的电功率Pe增加且当转换器6如上所述地被完全或部分地阻塞时，该电功率Pe与转换器6正在提供的电功率之间的差，由蓄电池组71以电压V5提供并经电压放大器72而以电压V3被传送到转换器9。
信号SB此时处于其第二状态，因而充电器73不向蓄电池组71提供电流。
当马达3的转速R达到其新的值且转换器6’再次开始提供发电机5所产生的所有电功率时，控制电路4使信号SB处于其第一状态，从而使充电器73开始对蓄电池组71进行再充电，该再充电运行所需要的电功率当然由马达3以机械的形式提供;此时马达3如前所述地提供其全部机械功率。
当监测电路8产生的信号SQ(在图10中未显示)达到其最大值SQ1从而表示蓄电池组71得到完全再充电时，控制电路4使信号SB回到其第二状态，从而中断蓄电池组71的再充电运行，并同时使信号SM处于其值SM2，如前面所描述的。
关于电源7，在耗电装置2所吸收的电功率Pe每次增加之后，上述过程当然得到重复。
显然，如图10所示的可再充电电源，采用了具有较少数目的元件的蓄电池组，以便产生发电机组1工作所需要的较高的电压V3。结果，这样的电源的体积和成本，与只由直接产生电压V3的蓄电池组组成的同等装置相比，都得到了显著的降低，即使在考虑了电压放大器72和充电器73的体积和成本之后也是如此。
如图10所述的可再充电电源，显然可用于根据本发明的发电机组的所有实施例中，特别是构成图5的发电机组21的电源7a、7b和7c。
根据本发明的发电机组，可在本发明的框架内以多种方式进行修正。
例如，在所述的例子中由汽化器供给的汽油发动机组成的马达3，可用任何类型的内燃机来代替，当然马达所提供的机械功率必须根据与上述的信号SM类似的信号的值而得到调节。这种马达也可以是由注入系统供给的汽油发动机，或者是内燃机或燃气轮机。
马达3还可以由诸如蒸汽轮机或水轮机构成。
在可用于根据本发明的发电机组的修正中，还应提到的一种，是通过用这样一种装置来取代测量电路11而构成的;所述装置包括一个盘，它与连接马达3和发电机5或25的轴同心地得到固定;一个光电或磁检测器，它响应于规则地设置在该盘的周边上并通过该检测器的齿或孔而产生脉冲;以及，响应这些脉冲而提供信号SR的电子电路。
类似地，诸如参照图1描述的发电机组，可通过用一种也是已知的发电机来取代发电机5，而得到修正，从而使电压V2成为一直流电压而不是如前所述的交流电压。在这种情况下，转换器6显然必须这样地得到设置，即使得不论电压V2的值如何都产生出恒定的直流电压V3。另外，产生代表马达3的转速R的测量电路11必须得到相应的调整，例如通过以刚刚描述的方式来构成它，即用固定在连接马达3和发电机5的轴上的盘、检测器和适当的电子电路来构成它。
如结合图9所描述的发电机组，显然可以以相同的方式进行修正。
如图1所描述的发电机组，也可通过给其加上一或多个与转换器9类似的转换器，并通过将附加的转换器的输入端连接到转换器6’和电源7的输出端，来进行修正;这种发电机组的控制电路4当然适于提供与信号SD类似的信号，该信号SD是附加的转换器的运行所需要的。如此修正的发电机组因而可为一或多个耗电装置供电，就象图5中的发电机组21一样，但却比后者简单。
还可以以电容(诸如电解电容)组的形式，制作可再充电电源7(图1)，7a至7c(图5)、或7’(图9)中的每一个。
但是已知的是，与蓄电池不同，电容只能在其端上的电压下降时释放它所包含的能量。
因此，当源7、7a至7c或7’由电容构成时，相应的转换器6(图1)、6a至6c(图5)或6’(图9)必须得到调整，以便当它们在电功率Pe增加之后受到阻塞时，使得它们所提供的电压V3、V3a至V3c或V3’减小。
权利要求
1.用于以第一电压(V1；V1a，V1b，V1c)提供电能的发电机组(1；21；41)，该第一电压是具有确定有效值和确定频率的交流电压，该发电机组包括马达(3)和与所述马达(3)相机械耦合以产生所述电能的发电机(5；25)，其特征在于所述发电机(5；25)得到适当的设置以便以一第二电压(V2；V2a，V2b，V2c)产生所述电能，且所述发电机组(1；21；41)包括与所述发电机(5；25)电耦合的第一转换器(6；6a，6b，6c；6′)，用于将所述第二电压(V2；V2a，V2b，V2c)转换成一第三电压(V3；V3a，V3b，V3c；V3，V3′)，该第三电压是具有恒定值(U3)的直流电压；与所述第一转换器(6；6a，6b，6c；6′)并联耦合的可再充电电能源(7；7a，7b，7c；7′)；以及，与所述第一转换器(6；6a，6b，6c；6′)我述可再充电电源(7；7a，7b，7c；7′)相电耦合的第二转换器(9；9a，9b，9c；9′)，用于从所述第三电压(V3；V3a，V3b，V3c；V3，V3′)产生所述第一电压(V1；V1a，V1b，V1c)。
2.根据权利要求1的发电机组(1;21;41)，其特征在于它进一步包括用于根据所述发电机组(1;21;41)提供的电功率(Pe)对所述马达(3)的转速(R)进行调节的装置。
3.根据权利要求2的发电机组(1;21;41)，其特征在于所述调节装置是这样设置的，从而使得所述马达(3)在所述电功率(Pe)的每一个具体值(Pe1，Pe2，Pe3)下都以具体的转速(R1，R2，R3)转动，在该转速下它提供一机械功率(Pm)，该机械功率(Pm)具有这样的值，该值首先在具体转速(R1，R2，R3)下等于电功率(Pe)的特定值(pe1，pe2，pe3)并且第二等于它在该所能提供的最大机械功率值(Pm1’，Pm2’，Pm3’)的一个确定部分。
4.根据权利要求1的发电机组(21)，其特征在于它被用于以多个第一交流电压(V1a，V1b，V1c)提供所述电能，这些交流电压(V1a，V1b，V1c)中的每一个都具有确定有效值和确定频率，而且所述发电机(25)包括多个绕组(25a，25b，25c)以便以多个所述第二交流电压(V2a，V2b，V2c)产生所述电能，各个所述第二交流电压是由所述绕组(25a，25b，25c)中的一个产生的，而且所述发电机组(21)包括与所述绕组(25a，25b，25c)的每一个相电耦合多个第一转换器(6a，6b，6c)以将所述交流电压(V2a，V2b，V2c)中的一个转换成直流电压(V3a，V3b，V3c)，与所述转换器(6a，6b，6c)中的一个并联耦合的多个可再充电电源(7a，7b，7c)、以及每一个均与所述第一转换器(6a，6b，6c)中的一个和所述可再充电电源(7a，7b，7c)中的一个相电耦合多个第二转换器(9a，9b，9c)，以从所述直流电压(V3a，V3b，V3c)中的一个产生所述第一交流电压(V1a，V1b，V1c)。
5.根据权利要求1的发电机组，其特征在于它被用来以多个交流电压(V1a，V1b，V1c)提供所述电能，这些交流电压每个均具有确定有效值和确定频率，而且它包括与所述第一转换器(6)和所述可再充电电源(7)相电耦合以从所述第三电压(V3)产生每一个所述第一交流电压(V1a，V1b，V1c)的多个第二转换器(9a，9b，9c)。
6.根据权利要求1的发电机组(1;21;41)，其特征在于所述可再充电电源(7;7a，7b，7c)包括蓄电池组(71)，用于产生一第四电压(V5)，该第四电压是一具有小于所述第三电压(V3)的值的值的直流电压;与所述蓄电池组(71)耦合的电压放大器(72)，用于从所述第四电压(V5)产生一第五电压(V4)，后者是具有至少大体等于所述第三电压(V3)的值的值的直流电压;以及，与所述电压放大器(72)和所述蓄电池组(71)耦合的电池充电器(73)，用于从所述第三电压(V3)对所述蓄电池组(71)进行再充电。
全文摘要
发电机组1被用来对任何耗电装置提供交流电能，并包括与产生交流电压(V2)的发电机(5)相耦合的马达(3)、从交流电压(V2)产生直流电压(V3)的第一转换器(6)、与第一转换器(6)并联的可再充电电能源(7)、和从直流电压(V3)产生发电机组(1)的输出交流电压(V1)的第二转换器(9)。这种设置使得不论由发电机组(1)提供且被耗电装置(2)吸收的电功率如何变化，输出电压(V1)的有效值(U1)和频率(f1)能够保持恒定。
文档编号H02P9/04GK1100243SQ9410620
公开日1995年3月15日 申请日期1994年6月1日 优先权日1993年6月2日
发明者R·让纳雷 申请人:Smh管理服务有限公司