專利名稱：變速柴油發(fā)電機(jī)的制作方法
變速柴油發(fā)電機(jī)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油發(fā)電機(jī)，特別是涉及一種可控制柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn) 矩的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)穩(wěn)定工作，從而保證系統(tǒng)輸出的電源的電壓和頻率符合負(fù)載 的要求的變速柴油發(fā)電機(jī)。背景技術(shù)：
柴油發(fā)電機(jī)組屬自備交流電站設(shè)備的一種類型，是一種中小型獨(dú)立發(fā) 電設(shè)備。由于它具有機(jī)動(dòng)靈活，投資較少，隨時(shí)可啟動(dòng)等特點(diǎn)，因而廣泛 應(yīng)用于采礦采油鉆井平臺(tái)，筑路，野外施工，國(guó)防工程和移動(dòng)供電設(shè)備如 內(nèi)燃機(jī)車，港口輪胎式龍門(mén)集裝箱吊車乃至工廠企業(yè)、大的機(jī)關(guān)單位等。由柴油發(fā)電機(jī)組供電的大多數(shù)用電負(fù)荷都是在不斷變化的，在不同的 時(shí)間段負(fù)荷也不一樣，且經(jīng)常在輕負(fù)荷下工作。尤其在鉆井平臺(tái)，港口起 重設(shè)備等以電動(dòng)機(jī)為主要負(fù)載的系統(tǒng)中，多臺(tái)電動(dòng)機(jī)一般不會(huì)同時(shí)運(yùn)行， 發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化很大。另外在位能負(fù)載設(shè)備，如起重設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流很大，往往達(dá)到電機(jī)額定電流的1.5~2倍，為了能快速啟動(dòng)，提高 工作效率，柴油發(fā)電機(jī)組的容量需加大，否則會(huì)因過(guò)載而造成嚴(yán)重冒黑煙 甚至到柴油發(fā)電機(jī)組堵轉(zhuǎn)停車，造成重大事故。柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力源是柴油機(jī)，它的一個(gè)重要特性是低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的 耗油率比高速時(shí)要低。耗油率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系由圖1示出，圖l是一種典型 柴油機(jī)(4100QB型，額定功率為60KW)的萬(wàn)有特性曲線。如圖示，柴油機(jī) 如果工作在3000轉(zhuǎn)/分左右，其耗油率ge為每千瓦小時(shí)320g,每小時(shí)耗油 量GT為6400g。當(dāng)負(fù)載為l/3左右，也就是發(fā)電機(jī)輸出20KW功率時(shí)，如果 把速度降到1400r/min,同樣輸出20KW功率，這時(shí)的耗油率ge為每千瓦小 時(shí)230g,每小時(shí)油耗量為GT=230 x 20=4600g,比工作在3000r/min時(shí)，節(jié) 油率約為30%。如果負(fù)荷率更低的話，節(jié)油效果還要高。這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)
速的增加，充氣系數(shù)降低，燃燒不完全，致使有效熱效率下降，耗油率ge隨之上升。當(dāng)負(fù)載增加到90%后，再增加負(fù)載，供油量大幅增加，燃燒條件極度惡化到柴油機(jī)開(kāi)始冒黑煙，造成環(huán)境污染，且容易使活塞及燃燒室 積炭。由于補(bǔ)燃增加，也易使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱而引起故障。為降低油耗，現(xiàn)代 柴油機(jī)都設(shè)置了全程調(diào)速器，通過(guò)人為地控制其轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷俚饺僦g連 續(xù)調(diào)節(jié)，以便能在輕載時(shí)以盡可能低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，從而最有效地獲得最佳 的經(jīng)濟(jì)性。然而，對(duì)現(xiàn)有柴油發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，其柴油機(jī)必須固定在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行， 這是因?yàn)楦鲊?guó)的用電設(shè)備所需的交流電源電壓和頻率都是固定不變的。我國(guó)絕大多數(shù)用電設(shè)備的電源標(biāo)準(zhǔn)都是3相380V/50Hz或者單相220V/50Hz， 所以要求柴油發(fā)電機(jī)輸出的電壓標(biāo)準(zhǔn)也是3相380V， 50Hz或者單相220V、 50Hz，否則用電設(shè)備就無(wú)法使用。這也就要求柴油機(jī)工作速度要穩(wěn)定在一 個(gè)轉(zhuǎn)速，其波動(dòng)范圍有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)負(fù) 載在0-100°/。范圍內(nèi)漸變或突變時(shí)，I-III類柴油發(fā)電機(jī)組的電壓波動(dòng)不得 大于± 1 ~ ± 3%，機(jī)組輸出頻率波動(dòng)不得大于0. 5 ~ 3%， IV類機(jī)組的輸出電 壓和頻率波動(dòng)不得超過(guò)士 5%,而發(fā)電機(jī)輸出的電壓和頻率直接取決于其轉(zhuǎn) 速，所以柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速必須穩(wěn)定在這個(gè)指標(biāo)以內(nèi)，或者說(shuō)其工作轉(zhuǎn)速必須 嚴(yán)格地穩(wěn)定在與工頻相關(guān)聯(lián)的一個(gè)轉(zhuǎn)速，如兩極電機(jī)是3000轉(zhuǎn)/分，四極 電機(jī)是1500轉(zhuǎn)/分，六極電機(jī)是1000轉(zhuǎn)/分等等。為保證柴油機(jī)的最大負(fù) 荷能力，這一工作轉(zhuǎn)速必須是該柴油機(jī)正常工作的最高轉(zhuǎn)速，此時(shí)的耗油 率很高，經(jīng)濟(jì)性很差。而現(xiàn)有機(jī)組都是采用柴油機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的同軸連 接，且發(fā)電機(jī)所發(fā)的電的電壓和頻率未經(jīng)處理直接輸出到用電器，所以柴 油機(jī)也只能工作在最高轉(zhuǎn)速附近。如圖l所示，當(dāng)柴油機(jī)工作在高速區(qū)時(shí)， 即處于大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域。當(dāng)柴油機(jī)工作在小負(fù) 荷區(qū)域時(shí)，其工作則極不經(jīng)濟(jì)，尤其是柴油機(jī)功率越大，其能耗越高，這 是由于大功率柴油機(jī)在小負(fù)荷工作時(shí)，其機(jī)械效率和熱效率都急劇下降。 只有將柴油發(fā)電機(jī)組控制在小轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的工作狀態(tài)下，柴油機(jī)才能工作 在小負(fù)荷高效率的經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)。但這種工作狀態(tài)對(duì)于傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī) 組來(lái)說(shuō)是致命的和不允許的，因?yàn)椴裼蜋C(jī)在低速工作時(shí)，同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生
的電動(dòng)勢(shì)即電壓太低，頻率也太低，用電設(shè)備根本無(wú)法使用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，而提供一種可使柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的 經(jīng)濟(jì)狀態(tài)穩(wěn)定工作，從而保證系統(tǒng)輸出的電源的電壓和頻率符合負(fù)載的要 求，并降低燃油消耗，減少?gòu)U氣排放的變速柴油發(fā)電機(jī)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種變速柴油發(fā)電機(jī)，該柴油發(fā)電機(jī)包括設(shè)有工作轉(zhuǎn)速可從怠速到全速之間連續(xù)調(diào)速的全程調(diào)速器的柴油機(jī)及與 之同軸連接的同步發(fā)電機(jī)，其特征在于，該變速柴油發(fā)電機(jī)還設(shè)有一個(gè)將 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交流電能轉(zhuǎn)變成可利用的 直流電能及通過(guò)對(duì)負(fù)載所需的實(shí)際功率的檢測(cè)，來(lái)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率 的能量轉(zhuǎn)換控制器，該能量轉(zhuǎn)換控制器分別與柴油機(jī)及同步發(fā)電機(jī)相連接。能量轉(zhuǎn)換控制器包括把發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓 的交流電源轉(zhuǎn)變成可利用的直流電源的直流電源轉(zhuǎn)換器、用于向負(fù)載短時(shí) 間超載補(bǔ)充能量的中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元、把中間直流電源轉(zhuǎn)變成可供 任何用電設(shè)備使用的電源的交流電源轉(zhuǎn)換器及智能能源管理及控制單元， 其中，直流電源轉(zhuǎn)換器分別與同步發(fā)電機(jī)、交流電源轉(zhuǎn)換器及智能能源管 理及控制單元連接，中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元與直流電源轉(zhuǎn)換器相連接， 交流電源轉(zhuǎn)換器分別與直流電源轉(zhuǎn)換器及交流母線相連。能量轉(zhuǎn)換控制器的直流電源轉(zhuǎn)換器包括三相橋式電路及轉(zhuǎn)矩矢量控制電路，其中，三相橋式電路是由三相橋式連接的高頻開(kāi)關(guān)K1 K6及與之反 并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl ~ D6構(gòu)成，各高頻開(kāi)關(guān)的控制極與轉(zhuǎn)矩矢量控制電路 連接，并與輸入線路中的發(fā)電機(jī)的電感L相連接，續(xù)流二極管D1 D6與高 頻開(kāi)關(guān)Kl ~ K6相并接；所述轉(zhuǎn)矩矢量控制電路是把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流 分成勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)距電流進(jìn)行控制以達(dá)到與直流電動(dòng)機(jī)同等控制性能的電 路。也只有采用了矢量控制方法才能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從而控制發(fā)電 功率。中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元為儲(chǔ)能緩沖電容C1，它與直流電源轉(zhuǎn)換器的
橋式電路的輸出側(cè)相連接。所述交流電源轉(zhuǎn)換器包括電源逆變電路、電壓檢測(cè)電路、自動(dòng)電壓調(diào) 節(jié)電路及脈沖發(fā)生電路，其中，電源逆變電路由按照三相逆變橋方式連接的多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)K7 K12和續(xù)流二極管D7 D12組成，電壓檢測(cè)電路并接 于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路與交流母線L2之間，脈沖發(fā)生電路與電源逆變電路連 接，電源逆變電^各輸入端連接直流母線L1，輸出端與交流母線L2相連接。智能能源管理及控制單元包括功率傳感模塊及智能控制模塊，其中， 功率傳感模塊與直流母線L1相連接，采集直流電壓和電流信號(hào)，做為功率 控制的依據(jù)；智能控制模塊儲(chǔ)存有該柴油機(jī)的特性數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型，分別 與直流電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩矢量控制電路、功率傳感模塊、柴油機(jī)及同步發(fā) 電機(jī)連接，根據(jù)檢測(cè)到的負(fù)載實(shí)際功率按照最優(yōu)的控制方法，控制柴油機(jī) 的轉(zhuǎn)速、直流能源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)距，從而控制了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，它有效解決了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)只能工作在最高轉(zhuǎn) 速附近而導(dǎo)致能耗高，效率低等問(wèn)題，因而具有如下顯著特點(diǎn)一、 本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換控制器可使柴油機(jī)能根據(jù)其工作特性和負(fù)載的 情況，始終運(yùn)行在最經(jīng)濟(jì)的工況，徹底消除了現(xiàn)有柴油機(jī)在中低負(fù)荷時(shí)也 運(yùn)行在高油耗低效率的高轉(zhuǎn)速的弊病，因此可大大降低燃油消耗，對(duì)間歇 性負(fù)載，或者負(fù)荷變化比較大的負(fù)載及位能負(fù)載，最多可節(jié)省超過(guò)50%的 燃料消耗，且通過(guò)超級(jí)電容作為能量緩沖調(diào)節(jié)，節(jié)能可能達(dá)到70%。二、 由于避免了在低效率的高速下運(yùn)行，因而大大減少了煙氣排放， 明顯降低了噪音污染。三、 由于避免了長(zhǎng)期在高速下運(yùn)行，使得柴油機(jī)各部分工作強(qiáng)度降低， 磨損及故障率大為減小，因此大大延長(zhǎng)了柴油機(jī)的使用壽命并減少了維修 的工作量。四、 由于設(shè)置了中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元，可有效減小柴油發(fā)電機(jī)容 量，最多可減小一半，因此大幅度減少了設(shè)備投資并提高了設(shè)備負(fù)荷能力。五、智能能源管理及控制單元確保了使用的高效性。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中反映耗油率和轉(zhuǎn)速關(guān)系的一種柴油機(jī)的萬(wàn)有特性曲線。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1的能量轉(zhuǎn)換控制器電路原理圖。圖4是能量轉(zhuǎn)換控制器的直流電源轉(zhuǎn)換器的一相的電路原理圖。圖5是能量轉(zhuǎn)換控制器的直流電源轉(zhuǎn)換器工作過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。參閱圖2，本發(fā)明的變速柴油發(fā)電機(jī)包括柴油機(jī)10、同步發(fā)電機(jī)20及 能量轉(zhuǎn)換控制器30,其中，柴油機(jī)10與同步發(fā)電機(jī)20同軸連接，且柴油 機(jī)是可以商購(gòu)獲得的帶有全程調(diào)速器的柴油機(jī)，其全程調(diào)速器可使柴油機(jī) 的工作轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷俚饺僦g連續(xù)調(diào)節(jié)。全程調(diào)速器是由電信號(hào)控制進(jìn)行 自動(dòng)調(diào)速。同步發(fā)電機(jī)20在柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)下，能在從怠速到全速范圍內(nèi)穩(wěn)定 運(yùn)行，產(chǎn)生不同電壓、不同頻率的交流電源，將其輸出到能量變換控制器。 例如，假設(shè)柴油機(jī)的怠速為750轉(zhuǎn)/分，額定轉(zhuǎn)速是1500轉(zhuǎn)/分，同步發(fā)電 才幾是4極，發(fā)電才幾額定電壓400V,額定頻率50HZ。部分負(fù)荷時(shí)，柴油機(jī)可 以在750—1500轉(zhuǎn)/分之間的任何轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)且可由全程調(diào)速器連續(xù) 無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的要點(diǎn)在于，該變速柴油發(fā)電機(jī)還設(shè)有一個(gè)能量轉(zhuǎn)換控制器30， 該能量轉(zhuǎn)換控制器可將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交 流電能轉(zhuǎn)變成可利用的直流電能及通過(guò)對(duì)負(fù)載所需的實(shí)際功率的檢測(cè)，來(lái) 控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。更具體地，如圖3所示，能量轉(zhuǎn)換控制器30包括 直流電源轉(zhuǎn)換器31、中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元32、交流電源轉(zhuǎn)換器33及 智能能源管理及控制單元34，其中，直流電源轉(zhuǎn)換器31結(jié)構(gòu)如圖3、工作 等效原理如圖4所示，它包括三相橋式電路311及轉(zhuǎn)矩矢量控制電路312， 本例中，三相橋式電路311是由六個(gè)三相橋式連接的高頻開(kāi)關(guān)Kl ~K6及與
之反并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl ~ D6構(gòu)成，本例中，高頻開(kāi)關(guān)采用大功率絕緣柵 雙極晶體管，高頻開(kāi)關(guān)Kl ~ K6的控制極與轉(zhuǎn)矩矢量控制電路312連接，并 與輸入線路中的發(fā)電機(jī)的電感L(見(jiàn)圖6)相連接，電感L是發(fā)電機(jī)定子繞 組的電感。續(xù)流二極管D1-D6與高頻開(kāi)關(guān)K1-K6反并接。該三相橋式電 路311用于將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交流電源轉(zhuǎn) 變成可利用的直流電源。三相橋式電路的輸入端與發(fā)電機(jī)交流電源連接， 輸出端與直流母線連接。所述轉(zhuǎn)矩矢量控制電路312是把交流電動(dòng)機(jī)的定 子電流分成勵(lì)》茲電流及轉(zhuǎn)距電流進(jìn)行控制以達(dá)到與直流電動(dòng)機(jī)同等控制性 能的電路，它是通過(guò)矢量控制算法實(shí)現(xiàn)的。它用于對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的矢量控 制。矢量控制是實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的高速響應(yīng)化的控制方式。這種方式把交 流電動(dòng)機(jī)的定子電流分成勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)距電流分別進(jìn)行控制以達(dá)到與直流 電動(dòng)機(jī)同等控制性能的方式。這種方式適用于需要高速響應(yīng)，高精度的用 途，在本發(fā)明中則^f吏用這種控制方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)距控制，達(dá)到控制發(fā)電功率的 目的。也就是通過(guò)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)K的控制深度的調(diào)節(jié)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。 其等效工作原理如圖4,圖4中，K代表圖3中的Kl ~K6, D代表圖3中的 D1 D6。由于發(fā)電機(jī)定子繞組是電感元件，當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓Ui通過(guò)高 頻開(kāi)關(guān)K動(dòng)作時(shí)，開(kāi)關(guān)從閉合狀態(tài)突然高速斷開(kāi)，在電感上產(chǎn)生一個(gè)4艮高 的感應(yīng)電壓UL,這個(gè)電壓的大小為U^Ldl/dt ，這個(gè)電壓通過(guò)續(xù)流電路，既 續(xù)流二極管D向中間直流儲(chǔ)能緩沖電容C充電，使電容上的電壓Ue上升，不管Ui的電壓再低，我們都可以通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)電路將其泵升為大于Uc;的電壓，向電容充電，使緩沖電容電壓升高，另外我們可以通過(guò)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)K 的控制深度，控制向電容充電電流的大小，也就是控制了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功 率，這就是能量變換器的工作原理。圖5給出了實(shí)際電路中的工作過(guò)程其 中一相的工作過(guò)程，圖5中實(shí)線是高頻開(kāi)關(guān)K5導(dǎo)通時(shí)電流的路徑，虛線是 高頻開(kāi)關(guān)K5突然斷開(kāi)時(shí)電流的路徑。圖4中的Cl是中間直流能源緩沖的 電容，它與直流電源轉(zhuǎn)換器31相連接。所述交流電源轉(zhuǎn)換器33結(jié)構(gòu)如圖 3所示，它包括電源逆變電路331及電壓檢測(cè)電路332，其中電源逆變電路 331由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路3311及SP醫(yī)脈沖發(fā)生電路3312構(gòu)成，所述電源 逆變電路331與直流電源轉(zhuǎn)換器的三相橋式電路311相同，它由按照三相 逆變橋方式連接的多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)K7-K12和續(xù)流二極管D7~D12組成，輸 入為直流電源，輸出為交流電源，電源逆變電路輸入端與直流母線L1連接， 輸出端與交流母線L2相連接。電壓檢測(cè)電路332并接于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路 333與交流母線L2之間，從交流輸出母線L2上采集輸出電壓信號(hào)并經(jīng)過(guò) 處理后的信號(hào)送到自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路3311作為實(shí)際電壓反饋信號(hào)，自動(dòng)電 壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)實(shí)際電壓反饋值和給定值，經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算，送到SP麗脈沖 發(fā)生電路。本例中SPWM脈沖發(fā)生電路為正弦波脈寬調(diào)制電路，它與電源逆 變電路的高頻開(kāi)關(guān)K7 ~ K12的控制極連接。所述自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路3311相 當(dāng)于UPS電源的逆變部分，它的作用是把DC450V-780V的中間直流電壓， 通過(guò)逆變電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的的交流電源，供負(fù)載使用。交流電源轉(zhuǎn)換器33 的電壓和頻率是三相380V(考慮線路損失，有的發(fā)電機(jī)輸出400V)、 50Hz， 也可是單相220V、 50Hz，也可以按世界各國(guó)或各種特殊設(shè)備提供所需的電 壓和頻率的交流電源、以適應(yīng)該地區(qū)用電i殳備的需要。所述電壓;f全測(cè)電路 332可采用常規(guī)電路，它并接于自動(dòng)電壓控制電路3311與交流母線L2之 間。所述智能能源管理及控制單元34包括功率傳感模塊341及儲(chǔ)存有該柴 油機(jī)的特性數(shù)據(jù)的智能控制模塊342，如圖3,功率傳感模塊341與直流母 線L1相連接，采集直流電壓和電流信號(hào)，做為功率控制的依據(jù)，智能控制 模塊342分別與直流電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩矢量控制電路312、功率傳感模塊 341及柴油機(jī)10及同步發(fā)電機(jī)20連接。該智能能源管理及控制單元34根 據(jù)所述柴油機(jī)的特性數(shù)據(jù)和功率傳感模塊測(cè)得的實(shí)際功率的大小來(lái)調(diào)節(jié)柴 油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)直流能量轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩從而控制了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，使其在滿足輸出功率要求的前提下在盡可能低的轉(zhuǎn)速下工作，從而保 證獲得最低的耗油率和最高的經(jīng)濟(jì)性。具體地說(shuō)，該智能能源管理及控制 單元是通過(guò)對(duì)負(fù)載所需的實(shí)際功率的檢測(cè)，來(lái)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，當(dāng) 負(fù)載功率增大時(shí)，會(huì)引起中間直流電壓下降，可通過(guò)控制能量轉(zhuǎn)換控制器 的發(fā)電功率的大小，使中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元32的緩沖儲(chǔ)能電容上的電 壓保持穩(wěn)定，使柴油機(jī)在該功率下，根據(jù)柴油機(jī)的特性曲線，控制柴油機(jī) 的轉(zhuǎn)速，使其工作在最經(jīng)濟(jì)的工況。由于每臺(tái)柴油機(jī)的特性都不相同，要 想使柴油機(jī)工作在理想的經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)，需要把不同的柴油機(jī)特性轉(zhuǎn)化為 便于控制運(yùn)算的數(shù)字信息輸入到智能控制模塊342中，智能能源管理及控制單元從柴油機(jī)的特性數(shù)據(jù)中計(jì)算出所需功率及耗油率最低的轉(zhuǎn)速作為工 作轉(zhuǎn)速向柴油機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，由全程調(diào)速器執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)該變速柴油發(fā) 電機(jī)最佳且最經(jīng)濟(jì)的控制。所以對(duì)應(yīng)每一種不同的柴油機(jī)，智能能源管理 控制單元都有 一套對(duì)應(yīng)該柴油機(jī)特性的數(shù)學(xué)模型軟件以及完成控制柴油發(fā) 電機(jī)組啟動(dòng)、停止、安全運(yùn)行及保護(hù)的控制軟件。盡管通過(guò)以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了揭示，但是本發(fā)明的范圍并不局 限于此，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，以上各構(gòu)件可用所屬技術(shù)領(lǐng)域人 員了解的相似或等同元件來(lái)替換。
權(quán)利要求
1、一種變速柴油發(fā)電機(jī)，包括設(shè)有工作轉(zhuǎn)速可從怠速到全速之間連續(xù)調(diào)速的全程調(diào)速器的柴油機(jī)(10)及與之同軸連接的同步發(fā)電機(jī)(20)，其特征在于，該變速柴油發(fā)電機(jī)還設(shè)有一個(gè)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交流電能轉(zhuǎn)變成可利用的直流電能及通過(guò)對(duì)負(fù)載所需的實(shí)際功率的檢測(cè)，來(lái)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率的能量轉(zhuǎn)換控制器(30)，該能量轉(zhuǎn)換控制器分別與柴油機(jī)(10)及同步發(fā)電機(jī)(20)相連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的變速柴油發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換 控制器(30)包括把發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交流 電源轉(zhuǎn)變成可利用的直流電源的直流電源轉(zhuǎn)換器(31 )、用于向負(fù)載短時(shí)間 超載補(bǔ)充能量的中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元(32 )、 4巴中間直流電源轉(zhuǎn)變成可 供任何用電設(shè)備使用的電源的交流電源轉(zhuǎn)換器(33)及智能能源管理及控 制單元(34),其中，直流電源轉(zhuǎn)換器(31)分別與同步發(fā)電機(jī)(20)、交 流電源轉(zhuǎn)換器(33)及智能能源管理及控制單元(34)連接，中間直流儲(chǔ) 能和緩沖單元(32 )與直流電源轉(zhuǎn)換器(31)相連接，交流電源轉(zhuǎn)換器(33 ) 分別與直流電源轉(zhuǎn)換器(31)及交流母線相連。
3、 如權(quán)利要求2所述的變速柴油發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換 控制器的直流電源轉(zhuǎn)換器(31)包括三相橋式電路(311 )及轉(zhuǎn)矩矢量控制 電路(312)，其中，三相橋式電路(311)是由三相橋式連接的高頻開(kāi)關(guān) K1 K6及與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管D1 D6構(gòu)成，各高頻開(kāi)關(guān)的控制極與 轉(zhuǎn)矩矢量控制電路(312 )連接，并與輸入線路中的發(fā)電機(jī)的電感L相連接， 續(xù)流二極管D1~D6與高頻開(kāi)關(guān)K1 K6相并接；所述轉(zhuǎn)矩矢量控制電路(312 )是把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分成勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)距電流進(jìn)行控制以達(dá) 到與直流電動(dòng)機(jī)同等控制性能的電路。
4、 如權(quán)利要求3所述的變速柴油發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述中間直流 儲(chǔ)能和緩沖單元(32)為儲(chǔ)能緩沖電容Cl,它與直流電源轉(zhuǎn)換器(31)的 高頻開(kāi)關(guān)Kl ~ K6相連接，通過(guò)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)的控制深度的調(diào)節(jié)控制發(fā)電機(jī)的 發(fā)電功率。
5、 如權(quán)利要求4所述的變速柴油發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述交流電源 轉(zhuǎn)換器(33)包括電源逆變電路(331)、電壓檢測(cè)電路(332 )、自動(dòng)電壓 調(diào)節(jié)電路(333 )及脈沖發(fā)生電路(334 ),其中，電源逆變電路(331)由 按照三相逆變橋方式連接的多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)K7-K12和續(xù)流二極管D7-D12 組成，電壓檢測(cè)電路(332 )并接于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路(333 )與交流母線 L2之間，脈沖發(fā)生電路(334 )與電源逆變電路(331)連接，電源逆變電 路輸入端連接直流母線Ll,輸出端與交流母線L2相連接。
6、 如權(quán)利要求5所述的變速柴油發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述智能能源 管理及控制單元(34)包括儲(chǔ)存有該柴油機(jī)的特性數(shù)據(jù)的功率傳感模塊(341 )及智能控制模塊(342 ),其中，功率傳感模塊(341 )與能量轉(zhuǎn)換 控制器(30 )的直流母線(Ll)相連接，智能控制模塊(342 )分別與直流 電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩矢量控制電路(312 )、功率傳感模塊(341 )及柴油機(jī)(10 ) 及同步發(fā)電機(jī)(20)連接。
全文摘要
一種變速柴油發(fā)電機(jī)，該柴油發(fā)電機(jī)包括設(shè)有工作轉(zhuǎn)速可從怠速到全速之間連續(xù)調(diào)速的全程調(diào)速器的柴油機(jī)及與之同軸連接的同步發(fā)電機(jī)，其特征在于，該變速柴油發(fā)電機(jī)還設(shè)有一個(gè)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的從低頻低壓到額定頻率額定電壓的交流電能轉(zhuǎn)變成可利用的直流電能及通過(guò)對(duì)負(fù)載所需的實(shí)際功率的檢測(cè)，來(lái)控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率的能量轉(zhuǎn)換控制器，該能量轉(zhuǎn)換控制器包括直流電源轉(zhuǎn)換器、中間直流儲(chǔ)能和緩沖單元、交流電源轉(zhuǎn)換器及智能能源管理及控制單元。該能量轉(zhuǎn)換控制器分別與柴油機(jī)及同步發(fā)電機(jī)相連接。本發(fā)明可使柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)穩(wěn)定工作，從而保證系統(tǒng)輸出的電源的電壓和頻率符合負(fù)載的要求，并降低燃油消耗，減少?gòu)U氣排放。
文檔編號(hào)H02P9/14GK101162885SQ20071012454
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者盧旭東, 王心愈, 陳濱島 申請(qǐng)人:深圳市京能紡系統(tǒng)集成有限公司