一种发电机组用调速逆变控制器制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是本专利技术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滤波本专利技术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。本专利技术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。 附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图2是本专利技术转速信号检测电路图3是本专利技术步进电机驱动电路图4是本专利技术三相全桥半控可控硅整流电路图5是本专利技术逆变电路图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术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，本专利技术"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，U本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹世宏，刘剑飞，程志军，沈承，张福才，黄光宏，汪礼顺，
申请(专利权)人：中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]