发电系统

摘要

一种发电系统，包括内燃机，其用于向系统提供动力，电机/发电机，其与上述内燃机机械连接，整流装置，其与上述发电机相连接，并向负载提供直流电源，传感装置，用于检测负载值，和控制装置，其接收传感装置所检测的负载值，并根据所接收的负载值对内燃机输出功率进行调整。该发电系统具有高的负载适应性、价格低廉、可靠性高、便于携带、操作保养方便、具有良好通用性和扩展性。

主权项

一种发电系统，包括：内燃机；电机/发电机，其与上述内燃机可断开的连接；整流装置，其将上述电机/发电机的输出进行整流；传感装置，用于检测负载值；和控制装置，其接收传感装置所检测的负载值，并根据所接收的负载值对内燃机输出功率进行调整；所述控制装置设置有单位时间负载变化阈值，当相同所述单位时间内负载值变换量大于所述阈值时，使用模糊控制方式对内燃机进行控制，当相同所述单位时间内负载值变化量不大于所述阈值时，使用PID控制方式对内燃机进行控制；所述负载值为母线电压或母线电流；还包括节气门控制电机，其通过减速机构与内燃机节气门相连接；以及包括摆臂和位置传感器，所述减速机构通过摆臂与所述节气门相连接，所述位置传感器用于检测摆臂位置，所述控制装置向节气门控制电机发送节气门开度指令，并根据所述位置传感器的反馈信号来调整节气门开度指令；所述位置传感器为可变电阻；还包括逆变器，其将整流装置的输出转换为预定频率的交流电并输出给负载；以及包括蓄电装置，在内燃机起动时，所述电机/发电机作为内燃机的起动电机，蓄电装置经逆变装置为所述电机/发电机提供电能；所述内燃机为小于1KW小功率四冲程单缸风冷汽油发动机；所述电机/发电机为无刷永磁同步电机，其永磁材料采用钕铁棚永磁体，采用分数槽集中绕组设计方案，为6槽4级；内燃机和发电机之间采用十字滑块联轴器连接；控制装置采用芯片MC33035作为控制芯片；整流装置采用IR2130作为控制芯片；汽油机‑起动/发电系统发电时，检测单元采样到机组的被控信号后，送入控制器进行比较得到偏差值，控制器根据此偏差值按照特定的控制算法进行控制运算，从而得出应该开大汽油机节气门还是关小，以及具体的开大量或关小量，再通过执行机构对汽油机的节气门进行相应的控制，使汽油机在变化的负荷下保持在设定的工况下工作；执行机构采用舵机，舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成，其工作原理是由控制器发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位，当舵机转动时电阻值也会随之改变，通过检测电阻值便可知转动的角度；电系统还设置了熄火开关、节气门手动控制装置、故障指示装置、电源指示装置和电压指示装置；发电系统为自动控制系统，在这个自动控制系统中，各个环节相互作用的总回路始终是闭合的，一个环节的输出对应另外一个环节的输入，形成对汽油机转速持续不断的控制；发电机输出的三相交流电通过整流模块整流成直流电，电压采样单元定时采样直流母线的电压信号，对采样信号进行数字化处理后送给数字控制器，控制电源将母线电压转换为控制的电源电压，电流检测装置检测母线电流，并将检测结果发送至控制器，数字控制器按设计的算法程序进行计算，向执行机构发送节气门开度指令，从而达到对汽油机节气门开度的控制，向发动机提供适量的燃油，实现按要求对汽油机转速的调节；电压信号和电流检测 装置的检测值反映了负载的大小变化情况，同时，电压检测模块将母线电压变化传送给发动机保护继电器；发电系统的工作过程如下：(1)起动阶段：在起动/发电系统的起动阶段，无刷直流电机作为电动机，汽油发动机作为负载与无刷直流电动机构成一个汽油机‑起动系统；控制系统主要完成的任务就是为电机提供足够大的电流使起动转矩达到要求来带动发动机做功，而后转入发电状态运行；这个过程不涉及转矩控制、PWM调速等问题，控制系统在满足性能指标，稳定可靠的前提下，采用模拟电路来实现开环驱动控制方式，由无刷直流电机专用控制芯片结合功率驱动芯片构成，即满足系统要求，又简化系统、降低成本和重量，使机组便于保养和维修，在这个过程中：机组操作人员按下系统启动开关后，无刷直流电机驱动控制器上电；无刷直流电机驱动芯片接收位置传感器信号，将位置信号按照预定逻辑计算后，输出驱动信号驱动三相逆变桥上的功率开关管，将电池供给的直流电逆变成顶宽为120°的梯形波，供给电机的三相绕组，使电机中形成旋转的磁场以带动转子转动；发动机起动后，随着发动机转速上升，发动机将反拖电机，此时电机将成为发电机，逆变桥上的功率开关管的驱动芯片根据电机位置信号控制功率管的开通和关断，以实现对无刷直流电机的发电整流；（2）发电阶段：起动/发电系统进入发电状态后，无刷直流电机作为发电机发电，发电机与汽油发动机构成一个汽油机‑发电系统。