一种发电机组用调速逆变控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种发电机组用调速逆变控制装置，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。本实用新型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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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装置。
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
本技术的目的在于提供一种发电机组用调速逆变控制装置，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，本技术采用的技术方案是 本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SP丽逆变电路，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SP丽逆变电路的逆变主电路相连接，SP丽逆变电 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。 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SP丽逆变电路包括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。 本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< 1%，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是本技术的整体结构示意图； 图2是本技术转速信号检测电路图； 图3是本技术步进电机驱动电路图； 图4是本技术三相全桥半控可控硅整流电路图； 图5是本技术逆变电路图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细说明。 本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 SP丽波形的脉冲宽度，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，本技术"一种发电机组用调速逆变控制装置"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)、4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SP丽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Rl、电容Cl、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Dl全桥整流后，由 Rl、 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Al、 A2、 A3与CPU相连，经电阻Rl、 R2、 R3分别与 整流桥D1、D2和D3相连，其中一电路，整流桥Dl的2端与电源VCC相连，3端经R4与电源 VCC相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机组用调速逆变控制装置，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：实用新型
国别省市：87[中国|西安]