离网运行的发电设备和可移动式发电机组制造技术

本发明专利技术提供一种离网运行的发电设备和移动式发电机组。发电设备包括发动机和发电机。发电机包括转子、定子、励磁控制装置和电气部件。转子包括设置成用来形成旋转磁场的多相对称绕组，定子包括用于产生感应电压的单相绕组。电气部件连接定子单相绕组和负载，并使得定子单相绕组产生的感应电压和提供给负载的输出电压频率相同。励磁控制装置与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置控制磁场变化使得定子单相绕组产生具有预设频率的感应电压，并至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率，和对应于计算的功率调节发动机的转速。上述发电设备从定子侧直接输出电能，不经过任何转换器，可以降低发电设备的成本。

Off-grid Operating Power Generating Equipment and Movable Generator Sets

【技术实现步骤摘要】
离网运行的发电设备和可移动式发电机组
本专利技术涉及发电设备，特别是由发动机驱动的变速恒频的发电设备。
技术介绍
一种产生交流电并向用电负载供电的方式是使用离网运行(即脱网,off-grid)的发电系统。临时或者长期不连电网的发电系统叫离网运行的发电系统。当今离网运行的发电系统已在人们的生活和工作中得到了广泛地应用。例如，在人们野营、野餐或在户外工作时，离网运行的发电系统已被广泛地用来和用电设备通过电路连接从而向用电设备提供能量。类似这样的发电系统也被用来在紧急情况下(例如停电时)提供备用电。离网运行的发电系统通常使用一个发动机来提供原动力，该发动机和发电机通过一个共同的轴连接在一起。发动机一启动就会带动轴转动，从而驱动发电机产生电能。如人们所知，多数电器设备都被设计成使用固定频率的电能，例如在北美是60赫兹的电能，在中国是50赫兹的电能。发电系统输出电能的频率主要由发动机的运行速度决定。因此，一些发电设备发动机的运行速度是固定不变的，以使输出电能的频率保持不变。但是，在发电系统带动的负载小于机组的额定负载时，如果发动机仍然以额定转速运行，则发动机的燃料效率小于最佳值,同时运行噪音也非常大。因此，市场需要一款发动机速度可调但输出电压频率恒定的离网运行的发电机组。
技术实现思路
下面对对离网运行的发电设备进行说明。发电设备包括发电机，发电机包括具有单相绕组的定子和具有多相对称绕组的转子。定子单相绕组中产生感应电压，该感应电压不经过任何频率转换被直接提供给负载。离网运行的发电设备是指临时或者长期不与电网连接的发电设备。单相绕组是指绕组的线圈只有一个轴向的绕组，单相绕组可由多个线圈构成，但各个线圈的轴向需重叠。对称绕组是指布置成能够产生旋转磁场的形式的绕组。旋转磁场是大小不变，轴线位置在空间以固定频率改变的电机气隙磁场。多相对称绕组中“多相”可以是两相和更多相。根据一些实施例，离网运行的发电设备包括发动机、发电机和励磁控制装置。发电机包括转子、定子、一个或者多个传感器和电气部件。转子和发动机同轴连接，转子包括多相对称绕组，而定子包括用来产生感应电压的单相绕组。传感器测量发电设备的的运行数据。励磁控制装置与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置控制磁场变化使得定子单相绕组产生具有预设频率的感应电压，并至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率，和对应于计算的功率调节发动机的转速。电气部件连接定子单相绕组和负载，并使得定子单相绕组产生的感应电压和提供给负载的输出电压频率相同。一些实施例还提供一种为负载供电的可移动式离网运行的发电机组。该发电机组包括发动机、感应发电机和励磁控制装置。感应发电机包括转子、定子和一个或者多个传感器。转子和发动机同轴连接，包括多相对称绕组，而定子包括用于产生感应电压的单相绕组。定子单相绕组通过电路和负载连接向负载提供输出电压，感应电压的频率和输出电压的频率相同。即在定子单相绕组和负载之间的电路中没有设置任何频率转换装置，感应电压的频率和输出电压的频率相同。传感器用于测量发电机组的的运行数据。励磁控制装置与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率，和对应于计算的功率调节发动机的转速。在一些具体的实施例中，定子单相绕组还为转子绕组提供励磁电压，发电机还包括频率转换装置，其中所述频率转换装置包括直流母线电压提供装置和逆变器。直流母线电压提供装置与定子的单相绕组连接，接收来自定子单相绕组的励磁电压，对励磁电压进行整流，并输出整流后的直流母线电压。逆变器，其与直流母线电压提供装置连接，接收整流后的直流母线电压，并向转子绕组提供交流励磁电压。在一些具体的实施例中，直流母线电压提供装置为不可控整流桥电路或者功率因数校正装置。在一些具体的实施例中，上述离网运行的发电设备还包括直流电源和逆变器，直流电源与逆变器连接向逆变器提供直流电压，逆变器接收直流电压并向转子绕组提供交流励磁电压。在一些具体的实施例中，励磁控制装置采用闭环控制电路根据所需的发动转速和测量的转子转速的差值来调整发动机的转速，以对应于负载的变化优化燃料消耗。在一些具体的实施例中，所述发电设备被设置成以低于基准转速的速度运行。根据一些实施例，所述的一个或者多个传感器进一步包括:电压传感器，所述电压传感器被设置成用来测量定子单相绕组中输出电压的幅值；电流传感器，所述电流传感器被设置为测量定子单相绕组提供给负载的电流的幅值；和速度传感器，所述速度传感器被设置为测量转子的转速。其中励磁控制装置包括第一计算单元、第一调节单元、第二计算单元、第三计算单元和第二调节单元。其中第一计算单元被设置成用来至少根据所述电压传感器测量的输出电压的幅值和电流传感器测量的定子单相绕组提供给负载的电流的幅值确定所需的发动机转速。第一调节单元被设置成用来至少根据所需的发动机转速来调节发动机的转速。第二计算单元被设置成用于至少根据所述速度传感器测量的转子转速确定转差角。第三计算单元，所述第三计算单元被设置成用于至少根据所述电压传感器测量的输出电压的幅值来确定转子的目标电压值。第二调节单元用于接收转子目标电压值和转差角，并利用转子目标电压值和转差角作为输入值生成调节信号，并使用调节信号调节转子绕组中励磁电流的幅值和频率。第一计算单元、第一调节单元、第二计算单元、第三计算单元和第二调节单元这些功能模块可以由程序实现，也可以由CMOS、ASIC等逻辑电路实现。根据一些实施例，第三计算单元采用闭环控制电路确定转子的目标电压值，以减小确定的转子目标电压值的误差。根据一些实施例，调节单元利用转子目标电压值和转差角产生具有一定占空比的脉冲信号，该脉冲信号被用来控制逆变器中开关器件的开关时间。根据一些实施例，所述发电设备被设置成以低于或者等于同步转速的速度运行。一些实施例提供一种离网运行的移动式发电机组，用于向负载供电，该发电机组包括发动机、感应发电机和励磁控制装置。其中感应发电机包括：和发动机同轴连接的转子，转子包括多相对称绕组；定子，具有能够产生感应电压的单相绕组；和测量发电机组运行数据的一个或多个传感器。励磁控制装置与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置：控制磁场变化使得定子单相绕组产生具有预设频率的感应电压；至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率并对应于计算的功率调节发动机的转速；和调整转子绕组中旋转磁场的强度和旋转磁场相对于转子的转速其中，定子单相绕组通过电路和负载连接并向负载提供输出电压，电路使得提供给负载的输出电压和定子单相绕组产生的感应电压的频率相同。上述离网运行的发电设备和可移动式发电机组(为简略起见下文不再提及可移动式发电机组)从定子侧直接向负载供电，定子侧电路中没有任何诸如整流器和逆变器这样的转换频率的装置。这使得占发电设备产生的总功率的一大部分的负载功率没有经过频率转换装置。相反，在该发电设备的转子侧设有频率转换装置，而转子侧的励磁功率仅仅占发电设备产生的总功率的很小一部分。因此，该离网运行的发电设备可以使用额定功率相对较小的频率转换装置。频率转换装置的额定功率仅仅大约是发电设备额定功率的10％左右。如果采用对定子侧输出电流进行频率转换的方式(例如，将定子绕组产生的交流电转换为直流，再将直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离网运行的发电设备，用于向负载供电，该发电设备包括：发动机；发电机，该发电机包括：和发动机同轴连接的转子，转子包括多相对称绕组；定子，具有能够产生感应电压的单相绕组；和测量发电设备运行数据的一个或多个传感器；和励磁控制装置，与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置控制磁场变化使得定子单相绕组产生具有预设频率的感应电压，并至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率，和对应于计算的功率调节发动机的转速；其中，所述发电机还包括电气部件，该电气部件连接定子单相绕组和负载，并确保定子单相绕组产生的感应电压和提供给负载的输出电压频率相同。

【技术特征摘要】
1.一种离网运行的发电设备，用于向负载供电，该发电设备包括：发动机；发电机，该发电机包括：和发动机同轴连接的转子，转子包括多相对称绕组；定子，具有能够产生感应电压的单相绕组；和测量发电设备运行数据的一个或多个传感器；和励磁控制装置，与发动机和发电机电连接，该励磁控制装置控制磁场变化使得定子单相绕组产生具有预设频率的感应电压，并至少根据传感器测量的发电设备的运行数据计算负载的功率，和对应于计算的功率调节发动机的转速；其中，所述发电机还包括电气部件，该电气部件连接定子单相绕组和负载，并确保定子单相绕组产生的感应电压和提供给负载的输出电压频率相同。2.根据权利要求1所述的发电设备，其中定子单相绕组还为转子绕组提供励磁电压，发电机还包括频率转换装置，其中所述频率转换装置包括：直流母线电压提供装置，其与定子的单相绕组连接，接收来自定子单相绕组的励磁电压，对励磁电压进行整流，并输出整流后的直流母线电压；和逆变器，其与直流母线电压提供装置连接，接收整流后的直流母线电压，并向转子绕组提供交流励磁电压。3.根据权利要求2所述的发电设备，其中直流母线电压提供装置为不可控整流桥电路或者功率因数校正装置。4.根据权利要求1所述的发电设备，所述发电设备还包括直流电源和逆变器，所述直流电源与逆变器连接向逆变器提供直流电压，逆变器接收直流电压并向转子绕组提供交流励磁电压。5.根据权利要求2所述的发电设备，其中所述的一个或者多个传感器进一步包括:电压传感器，所述电压传感器被设置成用来测量定子单相绕组中输出电压的幅值；电流传感器，所述电流传感器被设置为测量定子单相绕组提供给负载的负载电流的幅值；和速度传感器，所述速度传感器被设置为测量转子或者发动机的转速；其中励磁控制装置包括:第一计算单元，所述第一计算单元被设置成用来至少根据所述电压传感器测量的输出电压的幅值和电流传感器测量的负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖勇，唐华平，张维佳，谢美长，
申请(专利权)人：重庆和亚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50