專利名稱：智能化高集成發(fā)電機組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發(fā)電機組，特別是涉及智能化高集成發(fā)電機組。
背景技術：
發(fā)電機組包括發(fā)動機和發(fā)電機，兩者之間存在著互相的問題例如發(fā)動機的轉速直接影響發(fā)電機的輸出電壓，而發(fā)電機的輸出電壓、電流又直接受負載的影響。而已有技術對汽油機采用機械調速，機械調速存在著傳動部件多，結構復雜，可靠性較差等缺點。另外發(fā)電機出現故障的原因很多，例如“欠壓”、“過壓”、“過載”或“過熱”等，已有技術不能顯示， 用戶查找原因麻煩，故障排除難。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了克服已有技術存在的缺點，提供一種效率高，噪音小，節(jié)能降耗，輸出電壓質量好，電壓幅值和頻率穩(wěn)態(tài)精度高，電壓波形紋波小，諧波含量低，畸變小，實現了人機對話，提高了小型汽油發(fā)電機組的性能和品位的智能化高集成發(fā)電機組。本實用新型智能化高集成發(fā)電機組的技術方案是包括稀土發(fā)電機組、化油器和汽油機，稀土發(fā)電機組中有曲軸，曲軸上安裝飛輪，飛輪一側外壁安裝點火磁鋼，在飛輪另一側外壁有與點火磁鋼相等重量的配重鐵，飛輪中有電機定子，電機定子與稀土發(fā)電機組的箱體相固定，其特征在于所述稀土發(fā)電機組中飛輪的內壁安裝14塊用稀土材料鐵氧體制成的稀土磁鋼，稀土磁鋼與電機定子相配合，電機定子上的脈沖信號源通過輸入電源聯(lián)接單片機，單片機聯(lián)接化油器控制線，化油器控制線聯(lián)接步進電機，步進電機上安裝罩蓋， 步進電機下安裝底座，步進電機通過底座與化油器相連接，步進電機的軸伸端為方軸，在化油器的油門控制轉軸上有聯(lián)接頭，方軸與化油器的聯(lián)接頭相配合，化油器與汽油機相固定， 所述智能化高集成發(fā)電機組由智能控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、供能系統(tǒng)所組成， 智能控制系統(tǒng)輸入量為發(fā)動機節(jié)氣門開度、點火提前角、發(fā)電機勵磁電壓、逆變橋開關占空比、負載，智能控制系統(tǒng)輸出量為發(fā)動機轉速、發(fā)電機端電壓、整流器輸出電壓、逆變器輸出電壓和自診斷故障信息。本實用新型公開了一種智能化高集成發(fā)電機組，發(fā)動機與發(fā)電機組成的稀土發(fā)電機組同軸旋轉，發(fā)電機輸出端接單片機，單片機輸出端接人機界面系統(tǒng)和負載。在機組工作時，采用模糊神經網絡控制器實時調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度，使其始終工作在用戶指定的模式；采用自動勵磁調節(jié)器調節(jié)發(fā)電機勵磁電流，使單片機中整流橋輸出直流電壓恒定在某個設定值；采用數字PID控制器調節(jié)逆變橋開關占空比，使逆變器輸出恒定的220V/50HZ正弦電壓，即使負載波動時仍能輸出質量較好的正弦波。采用PLC人機界面系統(tǒng)，系統(tǒng)把自診斷的故障信息以預報警或報警的形式通知用戶，使用戶及時準確地掌握機組內部的工作信息。智能化高集成發(fā)電機組比傳統(tǒng)發(fā)電機組效率更高、工作方式更靈活；發(fā)動機少了固定轉速的限制，可以與負載更佳配合，使智能化高集成發(fā)電機組工作在最優(yōu)狀態(tài)。本方案智能化高集成發(fā)電機組效率高，噪音小，節(jié)能降耗，輸出電壓質量好，電壓幅值和頻率穩(wěn)態(tài)精度高，電壓波形紋波小，諧波含量低，畸變小，并且實現了人機對話，從而大大提高了小型汽油發(fā)電機組的性能和品位。 本實用新型智能化高集成發(fā)電機組，所述控制發(fā)動機節(jié)氣門開度。對發(fā)動機而言， 負載變化必然引起轉速的上升或下降，因此可通過檢測負載電流和轉速來調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度。發(fā)動機是一個包含很多復雜變化過程的非線性系統(tǒng)，從節(jié)氣門開度到進氣量，到耗油量，再到輸出功率和轉速，它們之間沒有精確、固定的函數表達式來描述其相互關系。對這樣一個復雜系統(tǒng)，采用智能控制可獲得較好效果。模糊控制技術和神經網絡技術同屬于人工智能技術。模糊控制是基于規(guī)則的智能控制，其前提是關于被控過程經驗的存在，人們必須能夠將這些經驗用控制率、語言變量和隸屬函數描述出來。然而在很多控制問題中，人們只知道各種過程量之間的關系，而不能將這些關系描述出來，在這種情況下可考慮使用人工神經網絡來描述這種關系。人工神經網絡具有學習功能，它需要大量描述過程特性關系的數據信息。但人工神經網絡不具備處理模糊信息的能力。也就是說，它們各自具備對方恰恰不具備的優(yōu)缺點，具有互補性。將模糊控制和神經網絡控制相融合，組成模糊神經網絡控制器，去實現對發(fā)動機節(jié)氣門開度的控制，是一種較為理想的控制方案。對發(fā)動機節(jié)氣門的控制，分粗調和細調環(huán)節(jié)。其中粗調為查表控制，細調為模糊神經網絡控制。執(zhí)行元件為步進電機，即單片機輸出控制脈沖給步進電機，從而帶動節(jié)氣門開度變化。發(fā)動機的給定模式為高速和低速兩種，用戶通過面板上的節(jié)能開關按鈕選定工作模式。其中高速模式時發(fā)動機工作在4000r/min左右；低速模式時發(fā)動機工作在2500r/min左右。使發(fā)動機始終運行在“最優(yōu)燃油消耗率的工作區(qū)”之內。所述控制發(fā)電機勵磁電壓。對發(fā)電機而言，假定已通過調節(jié)氣門開度使得轉速恒定不變。當負載變化時，勵磁電壓需實時調整。在傳統(tǒng)的小型汽油發(fā)電機組中，轉子勵磁電壓是通過反饋發(fā)電機端電壓來調節(jié)，目的是使發(fā)電機端電壓恒定。在本文設計的智能稀土小機組中，可參照傳統(tǒng)的勵磁調節(jié)器來設計。只不過不采用發(fā)電機端電壓反饋，而通過整流器輸出電壓反饋來調節(jié)勵磁電壓，使得直流以保持恒定。所述控制逆變橋開關占空比。對逆變橋而言，在線電壓保持恒定時，通過反饋單片機輸出電壓調整開關占空比，使輸出電壓保持恒定。對單相逆變器，可近似看成二階系統(tǒng)，采用數字PID控制器，即可使輸出電壓具有較好的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。所述自診斷故障功能和人機界面系統(tǒng)。在變頻器上，采用智能IBGT模塊、智能傳感器等，推出智能故障診斷系統(tǒng)；在人機界面系統(tǒng)上設置紅綠黃三種指示燈、節(jié)能開關和顯示屏。節(jié)能開關設置兩種工作模式；高速和低速工作模式供用戶使用選擇。顯示屏輸入端接口與變頻器輸出端接口連接， 顯示器上顯示信息為電流，電壓，轉速，機組工作時間，故障信息等。紅綠黃三種指示燈的作用是綠燈亮表示機組工作正常，此時顯示器故障信息一欄顯示“正?！倍?；黃燈亮表示機組工作不正常，提前預警，此時顯示器故障信息一欄會顯示故障原因，比喻“缺機油”， “欠壓”，“過壓”，“過載”或“過熱”等，通知用戶要停機加機油，負載過大時要減負載或要停機維護；紅燈亮表示機組停止工作了，此時機器會處在停機狀態(tài)，顯示器故障信息欄同樣會留下故障信息，比喻“缺機油”，“欠壓”，“過壓”，“過載”或“過熱”等，通知用戶查找故障原因，故障排除后恢復工作。設置了人機界面系統(tǒng)后，很方便用戶查找問題，用戶可以放心的使用機組。所述智能化故障診斷系統(tǒng)。在變頻器上，采用了智能IBGT模塊、智能傳感器等， 推出了智能故障診斷系統(tǒng)，以微機為主體，液晶屏為顯示窗口，不僅在故障發(fā)生后能準確指出故障性質、部位。在故障發(fā)生前也能預測發(fā)生故障的可能性，因此大大地提高變頻器的快速性、及時性、準確性和可靠性。智能故障診斷系統(tǒng)由監(jiān)控、檢測、知識庫(故障模式知識庫或故障診斷專家系統(tǒng)知識庫)、推理機構、人機對話接口和數據庫組成。診斷一般分為預診和在線診斷兩部分(1)預診是指在變頻器起動前對診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路(包括電源)、控制系統(tǒng)等進行一次診斷清查隱患，一般是在主電路不通電、控制系統(tǒng)通電情況下進行。若發(fā)現故障現象則調用知識庫推理、判斷故障原因并顯示不能開機，如無故障則顯示可以開機。(2)在線診斷是指開機以后運行中的實時檢測診斷。工作時對各檢測點進行循環(huán)查詢，存儲數據并不斷刷新。若發(fā)現數據越限，則認為可能發(fā)生故障，立即定向追蹤。若幾次檢查結果相同，說明確實出了故障，于是調用知識庫進行分析推理，確定是何種故障及其部位，嚴重時則發(fā)出停機指令。

圖1是本實用新型智能化高集成發(fā)電機組的結構示意圖；圖2是飛輪的結構示意圖；圖3是本實用新型智能化高集成發(fā)電機組的電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型涉及一種智能化高集成發(fā)電機組，如圖1-圖3所示，包括稀土發(fā)電機組1、化油器2和汽油機3，稀土發(fā)電機組中有曲軸11，曲軸上安裝飛輪12，飛輪一側外壁安裝點火磁鋼16，在飛輪另一側外壁有與點火磁鋼相等重量的配重鐵17，飛輪中有電機定子 13，電機定子與稀土發(fā)電機組的箱體相固定，其特征在于所述稀土發(fā)電機組中飛輪12的內壁安裝14塊用稀土材料鐵氧體制成的稀土磁鋼14，稀土磁鋼14與電機定子13相配合，電機定子13上的脈沖信號源通過輸入電源15聯(lián)接單片機4，單片機聯(lián)接化油器控制線42，化油器控制線聯(lián)接步進電機5，步進電機上安裝罩蓋51，步進電機下安裝底座52，步進電機通過底座與化油器2相連接，步進電機的軸伸端為方軸53，在化油器2的油門控制轉軸上有聯(lián)接頭21，方軸與化油器的聯(lián)接頭相配合，化油器與汽油機3相固定，所述智能化高集成發(fā)電機組由智能控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)6、動力系統(tǒng)、供能系統(tǒng)所組成，智能控制系統(tǒng)輸入量為發(fā)動機節(jié)氣門開度、點火提前角、發(fā)電機勵磁電壓、逆變橋開關占空比、負載，智能控制系統(tǒng)輸出量為發(fā)動機轉速、發(fā)電機端電壓、整流器輸出電壓、逆變器輸出電壓和自診斷故障信息。發(fā)動機與發(fā)電機組成的稀土發(fā)電機組1同軸旋轉，發(fā)電機輸出端接單片機4，單片機4 輸出端接人機界面系統(tǒng)6和負載。在機組工作時，采用模糊神經網絡控制器實時調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度，使其始終工作在用戶指定的模式；采用自動勵磁調節(jié)器調節(jié)發(fā)電機勵磁電流，使單片機中整流橋輸出直流電壓恒定在某個設定值；采用數字PID控制器調節(jié)逆變橋開關占空比，使逆變器輸出恒定的220V/50HZ正弦電壓，即使負載波動時仍能輸出質量較好的正弦波。采用PLC人機界面系統(tǒng)6，系統(tǒng)把自診斷的故障信息以預報警或報警的形式通知用戶，使用戶及時準確地掌握機組內部的工作信息。智能化高集成發(fā)電機組比傳統(tǒng)發(fā)電機組效率更高、工作方式更靈活；發(fā)動機少了固定轉速的限制，可以與負載更佳配合，使智能化高集成發(fā)電機組工作在最優(yōu)狀態(tài)。本方案智能化高集成發(fā)電機組效率高，噪音小，節(jié)能降耗，輸出電壓質量好，電壓幅值和頻率穩(wěn)態(tài)精度高，電壓波形紋波小，諧波含量低，畸變小，并且實現了人機對話，從而大大提高了小型汽油發(fā)電機組的性能和品位。所述控制發(fā)動機節(jié)氣門開度。對發(fā)動機而言，負載變化必然引起轉速的上升或下降，因此可通過檢測負載電流和轉速來調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度。發(fā)動機是一個包含很多復雜變化過程的非線性系統(tǒng)，從節(jié)氣門開度到進氣量，到耗油量，再到輸出功率和轉速，它們之間沒有精確、固定的函數表達式來描述其相互關系。對這樣一個復雜系統(tǒng)，采用智能控制可獲得較好效果。模糊控制技術和神經網絡技術同屬于人工智能技術。模糊控制是基于規(guī)則的智能控制，其前提是關于被控過程經驗的存在，人們必須能夠將這些經驗用控制率、語言變量和隸屬函數描述出來。然而在很多控制問題中，人們只知道各種過程量之間的關系，而不能將這些關系描述出來，在這種情況下可考慮使用人工神經網絡來描述這種關系。人工神經網絡具有學習功能，它需要大量描述過程特性關系的數據信息。但人工神經網絡不具備處理模糊信息的能力。也就是說，它們各自具備對方恰恰不具備的優(yōu)缺點，具有互補性。將模糊控制和神經網絡控制相融合，組成模糊神經網絡控制器，去實現對發(fā)動機節(jié)氣門開度的控制，是一種較為理想的控制方案。對發(fā)動機節(jié)氣門的控制，分粗調和細調環(huán)節(jié)。其中粗調為查表控制，細調為模糊神經網絡控制。執(zhí)行元件為步進電機，即單片機輸出控制脈沖給步進電機，從而帶動節(jié)氣門開度變化。發(fā)動機的給定模式為高速和低速兩種，用戶通過面板上的節(jié)能開關按鈕選定工作模式。其中高速模式時發(fā)動機工作在4000r/min左右；低速模式時發(fā)動機工作在2500r/min左右。使發(fā)動機始終運行在“最優(yōu)燃油消耗率的工作區(qū)”之內。所述控制發(fā)電機勵磁電壓。對發(fā)電機而言，假定已通過調節(jié)氣門開度使得轉速恒定不變。當負載變化時，勵磁電壓需實時調整。在傳統(tǒng)的小型汽油發(fā)電機組中，轉子勵磁電壓是通過反饋發(fā)電機端電壓來調節(jié)，目的是使發(fā)電機端電壓恒定。在本文設計的智能稀土小機組中，可參照傳統(tǒng)的勵磁調節(jié)器來設計。只不過不采用發(fā)電機端電壓反饋，而通過整流器輸出電壓反饋來調節(jié)勵磁電壓，使得直流以保持恒定。所述控制逆變橋開關占空比。對逆變橋而言，在線電壓保持恒定時，通過反饋單片機輸出電壓調整開關占空比，使輸出電壓保持恒定。對單相逆變器，可近似看成二階系統(tǒng)，采用數字PID控制器，即可使輸出電壓具有較好的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。所述自診斷故障功能和人機界面系統(tǒng)。在變頻器上，采用智能IBGT模塊、智能傳感器等，推出智能故障診斷系統(tǒng)；在人機界面系統(tǒng)上設置紅綠黃三種指示燈、節(jié)能開關和顯示屏。節(jié)能開關設置兩種工作模式；高速和低速工作模式供用戶使用選擇。顯示屏輸入端接口與變頻器輸出端接口連接，顯示器上顯示信息為電流，電壓，轉速，機組工作時間，故障信息等。紅綠黃三種指示燈的作用是綠燈亮表示機組工作正常，此時顯示器故障信息一欄顯示“正?！倍?；黃燈亮表示機組工作不正常，提前預警，此時顯示器故障信息一欄會顯示故障原因，比喻“缺機油”，“欠壓”，“過壓”，“過載”或“過熱”等，通知用戶要停機加機油， 負載過大時要減負載或要停機維護；紅燈亮表示機組停止工作了，此時機器會處在停機狀態(tài)，顯示器故障信息欄同樣會留下故障信息，比喻“缺機油”，“欠壓”，“過壓”，“過載”或“過熱”等，通知用戶查找故障原因，故障排除后恢復工作。設置了人機界面系統(tǒng)后，很方便用戶查找問題，用戶可以放心的使用機組。所述智能化故障診斷系統(tǒng)。在變頻器上，采用了智能 IBGT模塊、智能傳感器等，推出了智能故障診斷系統(tǒng)，以微機為主體，液晶屏為顯示窗口，不僅在故障發(fā)生后能準確指出故障性質、部位。在故障發(fā)生前也能預測發(fā)生故障的可能性，因此大大地提高變頻器的快速性、及時性、準確性和可靠性。智能故障診斷系統(tǒng)由監(jiān)控、檢測、 知識庫(故障模式知識庫或故障診斷專家系統(tǒng)知識庫)、推理機構、人機對話接口和數據庫組成。診斷一般分為預診和在線診斷兩部分(1)預診是指在變頻器起動前對診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路(包括電源)、控制系統(tǒng)等進行一次診斷清查隱患，一般是在主電路不通電、控制系統(tǒng)通電情況下進行。若發(fā)現故障現象則調用知識庫推理、判斷故障原因并顯示不能開機，如無故障則顯示可以開機。(2)在線診斷是指開機以后運行中的實時檢測診斷。工作時對各檢測點進行循環(huán)查詢，存儲數據并不斷刷新。若發(fā)現數據越限，則認為可能發(fā)生故障，立即定向追蹤。若幾次檢查結果相同，說明確實出了故障，于是調用知識庫進行分析推理，確定是何種故障及其部位，嚴重時則發(fā)出停機指令。
權利要求1.智能化高集成發(fā)電機組，包括稀土發(fā)電機組(1)、化油器( 和汽油機(3)，稀土發(fā)電機組中有曲軸(11)，曲軸上安裝飛輪(12)，飛輪一側外壁安裝點火磁鋼(16)，在飛輪另一側外壁有與點火磁鋼相等重量的配重鐵(17)，飛輪中有電機定子(13)，電機定子與稀土發(fā)電機組的箱體相固定，其特征在于所述稀土發(fā)電機組中飛輪(1 的內壁安裝14塊用稀土材料鐵氧體制成的稀土磁鋼(14)，稀土磁鋼(14)與電機定子(1 相配合，電機定子(13) 上的脈沖信號源通過輸入電源(1 聯(lián)接單片機G)，單片機聯(lián)接化油器控制線(42)，化油器控制線聯(lián)接步進電機(5)，步進電機上安裝罩蓋(51)，步進電機下安裝底座(52)，步進電機通過底座與化油器( 相連接，步進電機的軸伸端為方軸(53)，在化油器( 的油門控制轉軸上有聯(lián)接頭(21)，方軸與化油器的聯(lián)接頭相配合，化油器與汽油機C3)相固定，所述智能化高集成發(fā)電機組由智能控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)(6)、動力系統(tǒng)、供能系統(tǒng)所組成，智能控制系統(tǒng)輸入量為發(fā)動機節(jié)氣門開度、點火提前角、發(fā)電機勵磁電壓、逆變橋開關占空比、 負載，智能控制系統(tǒng)輸出量為發(fā)動機轉速、發(fā)電機端電壓、整流器輸出電壓、逆變器輸出電壓和自診斷故障信息。
專利摘要智能化高集成發(fā)電機組，包括稀土發(fā)電機組有曲軸上安飛輪，飛輪有電機定子，所述飛輪內安14塊稀土材料鐵氧體制成稀土磁鋼與電機定子配合，電機定子脈沖信號源通過輸入電源聯(lián)接單片機，單片機聯(lián)接化油器控制線聯(lián)接步進電機上安罩蓋，下安底座與化油器連接，步進電機軸伸端為方軸，化油器油門控制轉軸有聯(lián)接頭，化油器與汽油機固定，所述智能化高集成發(fā)電機組由智能控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、供能系統(tǒng)組成，智能控制系統(tǒng)輸入量為節(jié)氣門開度、點火提前角、勵磁電壓、逆變橋開關占空比、負載，智能控制系統(tǒng)輸出量為發(fā)動機轉速、發(fā)電機電壓、整流器輸出電壓、逆變器輸出電壓和自診斷故障信息。
文檔編號F02B63/04GK202117764SQ20112015720
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者徐查慶 申請人:徐查慶