專利名稱：一種短路保護(hù)速度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及柴油發(fā)電機(jī)組的電子速度控制器，特別是一種采用了執(zhí)行器短路 保護(hù)及緩起動方式的速度控制器，它在保證控制器的壽命延長的同時(shí)，能使發(fā)電機(jī)組在寒 冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期存在的起動困難問題得以順利解決。
背景技術(shù)：
康明斯柴油發(fā)電機(jī)組在我國已經(jīng)有20多年的廣泛應(yīng)用，其控制器存在一個(gè)致命 的弱電，即執(zhí)行器隨著主發(fā)電機(jī)的負(fù)荷波動而經(jīng)常在調(diào)整燃油量，是在運(yùn)動著的，有磨損、 有壽命，到一定時(shí)間要換新的，由于沒有短路保護(hù)電路，在更換執(zhí)行器時(shí)，很容易造成短路 燒壞控制器的功率管。此外，在將發(fā)電機(jī)組在寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)使用時(shí)存在起動 困難的問題，因而不適用于北方地區(qū)、青藏高原的工程發(fā)電機(jī)組。究其原因，是柴油發(fā)電機(jī) 組使用的速度控制器在啟動方式上存在缺陷，起動性能很不好噪聲大、黑煙濃，在寒冷、高 原地區(qū)，起動后還常常不能升速到預(yù)定轉(zhuǎn)速，停滯在1200RPM左右冒著陣陣黑煙，轉(zhuǎn)速上不 去了。這是因?yàn)榘l(fā)動機(jī)在起動、引燃時(shí)油門是全開的，汽缸里有油，轉(zhuǎn)速很快升速到怠速或 高速，但很多燃油并沒有燃燒，排出一團(tuán)團(tuán)很濃的黑煙，噪聲也極大。這種情況，在南方寒冷 季節(jié)或北方寒冷地區(qū)，特別是在空氣稀薄的青藏高原地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生，十分嚴(yán)重，嚴(yán)重耽誤 工作。極大的噪聲和極濃的黑煙還造成環(huán)境污染，在城市高樓、居民小區(qū)的備用機(jī)組，令人 厭惡，被環(huán)保部門勒令停止。當(dāng)發(fā)電機(jī)組附近有大功率步話機(jī)，例如海上許多捕漁船相互之間、鐵路空調(diào)車經(jīng) 過站臺之間使用大功率步話機(jī)通話時(shí)，發(fā)電機(jī)組要受干擾而隨聲擺動、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，造成發(fā)電 頻率不穩(wěn)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種短路保護(hù)速度控制
ο為實(shí)現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種短路保護(hù)速度控制器，包括 與速度傳感器輸出端連接的轉(zhuǎn)速采樣電路，采樣電路將信號整形成標(biāo)準(zhǔn)方波信號后經(jīng)頻率 /電壓電路轉(zhuǎn)換成正比于轉(zhuǎn)速的電壓Vn連接至加法器的輸入端；還包括轉(zhuǎn)速設(shè)定電路，轉(zhuǎn)速設(shè)定電路包括轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開關(guān)組成， 輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定信號\連接至加法器輸入端；還包括執(zhí)行器的電流采樣電路，將采樣電流通過放大電路、調(diào)速率電位器處理成 為與主發(fā)電機(jī)負(fù)載相對應(yīng)的負(fù)反饋信號Vd連接至加法器的輸入端；加法器對輸入信號進(jìn)行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行 靜、動態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端連接，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器 輸出端連接，比較器的輸出端連接驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā)動機(jī)的燃油量，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速； 還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括 1、執(zhí)行器短路保護(hù)電路，該電路的輸入端通過采樣電阻分別連接驅(qū)動電路的輸出 端和輸出端，其輸出端連接至比較器的正向輸入端；當(dāng)采樣電阻檢測到輸入信號存在而輸 出信號短路時(shí)，則輸出一高電平關(guān)閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過；2、緩起動電路包括調(diào)速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時(shí)選擇開關(guān)，其中緩 起動信號發(fā)生器接收來自轉(zhuǎn)速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過調(diào)速 率控制電路連接至調(diào)速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時(shí)輸出，另一路 通過轉(zhuǎn)速設(shè)定電路控制轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Vk的延時(shí)輸出，延時(shí)選擇開關(guān)與緩起動信號發(fā)生器的 延時(shí)信號輸出控制端連接，提供七檔延時(shí)時(shí)間的選擇。本實(shí)用新型由于所述電路結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的積極效果是非常顯著的，即由于由于采用 了執(zhí)行器短路保護(hù)電路，消除了因更換執(zhí)行器而容易使控制器功率管燒壞的現(xiàn)象，使控制 器的壽命延長。由于在調(diào)速控制器中采用了緩起動電路，能使發(fā)電機(jī)組在寒冷季節(jié)、寒冷地 區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期存在的起動困難問題得以順利解決，使發(fā)電機(jī)組能夠適用于 北方地區(qū)、青藏高原。也解決了發(fā)電機(jī)組在起動時(shí)黑煙大，噪音大大的弊端，改善人體感受， 提升環(huán)保品質(zhì)。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)可以通過附圖給出的非限定性的實(shí)施例進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型有如下附圖附圖1為發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制的基本原理框圖；附圖2為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電機(jī)組速度控制器的結(jié)構(gòu)框圖；為廣泛使用的美國康明斯 零件號3044196模擬式控制器的結(jié)構(gòu)框圖；附圖3為本實(shí)用新型短路保護(hù)速度控制器的結(jié)構(gòu)框圖；附圖4為短路保護(hù)速度控制器的緩起動電路圖；附圖5為短路保護(hù)速度控制器的執(zhí)行器短路保護(hù)電路圖；附圖6為短路保護(hù)速度控制器的抗干擾電路圖；附圖7為本實(shí)用新型短路保護(hù)速度控制器的電路原理圖；附圖8為起動過程的轉(zhuǎn)速和供油情況實(shí)驗(yàn)曲線。
具體實(shí)施方式
參見附圖3，本實(shí)用新型包括與速度傳感器輸出端連接的轉(zhuǎn)速采樣電路，采樣電路 將信號整形成標(biāo)準(zhǔn)方波信號后經(jīng)頻率/電壓電路轉(zhuǎn)換成正比于轉(zhuǎn)速的電壓Vn連接至加法 器的輸入端；還包括轉(zhuǎn)速設(shè)定電路，轉(zhuǎn)速設(shè)定電路包括轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開關(guān)組成， 輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定信號\連接至加法器輸入端；還包括執(zhí)行器的電流采樣電路，將采樣電流通過放大電路、調(diào)速率電位器處理成 為與主發(fā)電機(jī)負(fù)載相對應(yīng)的負(fù)反饋信號Vd連接至加法器的輸入端；加法器對輸入信號進(jìn)行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行靜、動態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端連接，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器 輸出端連接，比較器的輸出端連接驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā)動 機(jī)的燃油量，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括1、執(zhí)行器短路保護(hù)電路，該電路的輸入端通過采樣電阻分別連接驅(qū)動電路的輸出 端和輸出端，其輸出端連接至比較器的正向輸入端；當(dāng)采樣電阻檢測到輸入信號存在而輸 出信號短路時(shí)，則輸出一高電平關(guān)閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過；2、緩起動電路包括調(diào)速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時(shí)選擇開關(guān)，其中緩 起動信號發(fā)生器接收來自轉(zhuǎn)速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過調(diào) 速率控制電路連接至調(diào)速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時(shí)輸出，另一 路通過轉(zhuǎn)速設(shè)定電路控制轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Vk的延時(shí)輸出，延時(shí)選擇開關(guān)與緩起動信號發(fā)生器 的延時(shí)信號輸出控制端連接，向緩起動信號發(fā)生器提供七檔延時(shí)時(shí)間的預(yù)置選擇；3、在實(shí)施例中，還包括抗干擾電路轉(zhuǎn)速傳感器通過高頻穿芯電感抗干擾輸入電 路與轉(zhuǎn)速采樣電路連接；轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開關(guān)串聯(lián)電感器后與轉(zhuǎn)速設(shè)定電路連 接；驅(qū)動電路的輸出端通過高頻穿芯電感輸出電路與執(zhí)行器連接；電瓶通過過高頻穿芯電 感抗干擾輸入電路與電源電路連接。參見附圖4，上述緩起動電路中，緩起動信號發(fā)生器由型號可選擇為C8051F330的 PC芯片IC7、石英振蕩定時(shí)電路及轉(zhuǎn)速輸入、輸出電路構(gòu)成，其中由電壓放大器IC6B及其外圍電阻R72-R77及電容C41-C45構(gòu)成緩起動信號 發(fā)生器的轉(zhuǎn)速輸入電路，其中電阻R72與電容C41、電阻R74串聯(lián)后與IC6B的輸入1端連 接，IC6B的輸出端與電阻R76串聯(lián)后與IC7連接，R77及C45分別并聯(lián)在R76輸出端與負(fù)極 之間；C44并聯(lián)在IC6B輸出端與負(fù)極之間，R75與C42分別并聯(lián)在IC6B輸入端與負(fù)極之間； R73連接在R72出端與負(fù)極之間。該輸入電路中的R72，R73，R74，R75，C41組成轉(zhuǎn)速信號 采集電路，由輸入端VF采集前述轉(zhuǎn)速采樣電路輸出的轉(zhuǎn)速信號，采集的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)IC6B， C43，R76，R77組成的頻率轉(zhuǎn)電壓電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓送入IC7微電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，微 電腦根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行一系列煙度數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，最后輸出一直流電壓信號；緩 起動信號發(fā)生器的輸出電路由電壓放大器IC6A及其外圍電阻R78-R85及電容C46構(gòu)成，其 功能是將緩起動信號發(fā)生器輸出的模擬信號進(jìn)行放大后經(jīng)輸出端Tl 一路向轉(zhuǎn)速設(shè)定電路 輸出控制信號，經(jīng)轉(zhuǎn)速設(shè)定電路控制轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Vk的延時(shí)輸出，去推動執(zhí)行器的開度，從 而實(shí)現(xiàn)緩升速，使煙度得到有效的控制；另一路向調(diào)速率控制電路輸出控制信號；調(diào)速率 控制電路由放大器IC11、電子開關(guān)(？ )IC12A和IC12B、外圍電阻R103-R111及電容C65、 C66構(gòu)成，將輸入的信號再次放大后用于控制調(diào)速率電位器D ；延時(shí)選擇開關(guān)Kl是一個(gè)三位 撥動開關(guān)，通過它選擇緩升速的時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)0、5、10、15、20、25、30秒的預(yù)置選擇。在我國 南方，一般使用5-10秒，北方用10-20秒，青藏高原地區(qū)的冬天用20-30秒，根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí) 實(shí)際情況試1、2次即可確定。在點(diǎn)火前先讓發(fā)動機(jī)不給油空轉(zhuǎn)2-3秒鐘，將汽缸里的余油排除，然后設(shè)法給點(diǎn) 很少燃油量，剛夠引燃，沒有多余的燃油，也就沒有黑煙了，再慢慢加油、緩慢升速，機(jī)身逐 漸升溫，逐漸到達(dá)高速。這樣噪聲降低了，黑煙減少了。經(jīng)重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院檢驗(yàn)， 煙度由IOnT1下降至2. 5m—1，噪聲由IOOdb下降至90db，效果十分明顯。起動過程的轉(zhuǎn)速和供油情況，以及煙度參見附圖8、9。上述執(zhí)行器短路保護(hù)電路參見附圖5，此電路由比較器IC10，BG5及外圍電阻 R95-R100，二極管D19-D21，電容C60-C62組成，其中R95，R96電阻分別檢測來自驅(qū)動電路 的輸出脈沖與輸入脈沖信號，若R96檢測到輸入信號存在，而輸出信號則有意外而短路時(shí)， 則IClO迅速輸出一高電平通過D20去關(guān)閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過，從而避免了 執(zhí)行器短路而損壞內(nèi)部電路，BG5, D21組成電路自恢復(fù)，若外界短路消失，則電路自動恢復(fù) 倒常態(tài)，可避免電路一直處于保護(hù)自鎖。參見附圖6，此電路是抗干擾電路部分，在輸入端，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端并聯(lián)有電 阻R92，高頻穿芯電感L3的初段與R92并聯(lián)，出端并聯(lián)有電容C29，電容C30、C31串聯(lián)后并 聯(lián)在L3出端，它們中間抽頭接地。轉(zhuǎn)速微調(diào)轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開關(guān)與速設(shè)定電 路的連接端分別串聯(lián)有電感L4-L7，所述電感器的輸出端分別通過高頻電容C32-C35接地。 電瓶通過高頻穿芯電感Ll抗干擾輸入電路與電源電路連接，其中由電容C25、(^6串聯(lián)后并 聯(lián)在Ll出端，它們中間抽頭接地；二極管Dll串聯(lián)在Ll出端構(gòu)成。在輸出端，驅(qū)動電路的 輸出端通過高頻穿芯電感L2輸出電路與執(zhí)行器連接，其中在L2的初端分別通過高頻電容 C28、C27接地。由于無線電及其他的射頻，傳輸線的干擾，會使發(fā)動機(jī)工作失常，給生產(chǎn)帶 來嚴(yán)重安全威脅，這些高頻濾波器件把干擾雜波通過電感隔離，在通過電容對大地濾除掉， 使電路得到純凈的信號，使電路更可靠的工作，內(nèi)外互不干擾。由于在控制器輸入、輸出端 增加了抗干擾電路，使發(fā)電機(jī)組不會出現(xiàn)因受干擾而隨聲擺動、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，造成發(fā)電頻率不 穩(wěn)現(xiàn)象，保障了用電設(shè)備穩(wěn)定使用，保障了漁船安全航行、空調(diào)車正常聯(lián)絡(luò)；由于采用了執(zhí) 行器短路保護(hù)電路，消除了因更換執(zhí)行器而容易使控制器功率管燒壞的現(xiàn)象，使控制器的 壽命延長。參見附圖7，工作原理如下1.模擬控制部分這部分是美國康明斯控制器的基礎(chǔ)，具體線路是(1).轉(zhuǎn)速輸入電路轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)放大器BG1，經(jīng)IC1B、IClD整形，成為和轉(zhuǎn)速 傳感器信號相同的矩形波，又經(jīng)IC1A、ICIC將方波頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號，見圖7中的②。(2).轉(zhuǎn)速設(shè)定電路包括W4、Wl怠/高速的設(shè)定電位器，以及外置的轉(zhuǎn)速微調(diào)電 位器，和IC3A、C、D的3個(gè)電子開關(guān)所組成，提供轉(zhuǎn)速設(shè)定信號VD，見圖7中的⑦。(3). IC4B是3個(gè)輸入信號Vn、VD、VK的加法器，IC5A、IC5B、IC2D、IC2B是電子模擬 PID調(diào)節(jié)器，包括手動調(diào)增益電位器G(W》，保證機(jī)組正常運(yùn)行中靜、動態(tài)性能良好，一般取 G= 70+:%，見圖7中的③。(4).IC2C是鋸齒波信號發(fā)生器，頻率在200Hz左右，見圖7中的④，和PID的輸出 信號在IC2A中進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換成脈沖調(diào)寬信號，再通過BG2驅(qū)動、BG3功放輸出，推動執(zhí)行 器，見圖7中的⑤。(5). R59為執(zhí)行器電流采樣電阻，其電壓降經(jīng)IC4A放大，見圖7中的⑥；W3電位
器調(diào)整反饋量，發(fā)電機(jī)組負(fù)載的調(diào)速率(DROOP) O,單機(jī)運(yùn)行取D = 0% ；并機(jī)運(yùn)行取D =
8%，此時(shí)調(diào)速率約=2. 5%左右，組成負(fù)載反饋電路，成為負(fù)載反饋信號電壓為VD，和主發(fā) 電機(jī)負(fù)載的大小成正比。(6).864及其周邊元件為電源模塊，提供對、7.5、3.8、7.25￥ 4種電源，見圖7中的[0045] 2、緩起動功能部分以單片機(jī)IC7為核心的緩起動電路保證了緩起動全過程性能 良好在引爆點(diǎn)、緩升速過程中各階段、以及到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)速的接軌點(diǎn)，都能使加油量和升速 需要量相匹配好，達(dá)到煙度低、噪聲小，升速平穩(wěn)而快捷的目的，IC6B、IC6A和三位撥動開關(guān) Kl是緩起動電路的輔助件。Kl用以人工選擇最佳升速時(shí)間。見圖7中的⑨。
權(quán)利要求1.一種短路保護(hù)速度控制器，包括與速度傳感器輸出端連接的轉(zhuǎn)速采樣電路，采樣電 路將信號整形成標(biāo)準(zhǔn)方波信號后經(jīng)頻率/電壓電路轉(zhuǎn)換成正比于轉(zhuǎn)速的電壓Vn連接至加 法器的輸入端；還包括轉(zhuǎn)速設(shè)定電路，所述轉(zhuǎn)速設(shè)定電路的輸入端連接轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開 關(guān)，輸出端輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Vk連接至加法器輸入端；還包括轉(zhuǎn)速設(shè)定電路，轉(zhuǎn)速設(shè)定電路包括轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速開關(guān)，輸出轉(zhuǎn)速 設(shè)定信號\連接至加法器輸入端；加法器對輸入信號進(jìn)行求差處理，將差值通過增益電位器送入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行靜、動 態(tài)性能處理后，接至比較器的正向輸入端連接，比較器的反向輸入端與鋸齒波發(fā)生器輸出 端連接，比較器的輸出端連接驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路向執(zhí)行器輸出電流，控制柴油發(fā)動機(jī)的 燃油量，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；還包括與電瓶連接的電源電路；其特征是還包括(1)、執(zhí)行器短路保護(hù)電路，該電路的輸入端通過采樣電阻分別連接驅(qū)動電路的輸出端 和輸出端，其輸出端連接至比較器的正向輸入端；當(dāng)采樣電阻檢測到輸入信號存在而輸出 信號短路時(shí)，則輸出一高電平關(guān)閉執(zhí)行器電路，使執(zhí)行器無電流流過；(2)、緩起動電路包括調(diào)速率控制電路、緩起動信號發(fā)生器和延時(shí)選擇開關(guān)，其中緩起 動信號發(fā)生器接收來自轉(zhuǎn)速采樣電路輸出端的信號，其緩起動信號輸出端一路通過調(diào)速率 控制電路連接至調(diào)速率電位器的輸入端和輸出端，控制反饋信號Vd的延時(shí)輸出，另一路通 過轉(zhuǎn)速設(shè)定電路控制轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Vk的延時(shí)輸出，延時(shí)選擇開關(guān)與緩起動信號發(fā)生器的延 時(shí)信號輸出控制端連接，提供七檔延時(shí)時(shí)間的選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短路保護(hù)速度控制器，其特征是還包括抗干擾電路轉(zhuǎn)速傳 感器通過高頻穿芯電感抗干擾輸入電路與轉(zhuǎn)速采樣電路連接；轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器及怠/高速 開關(guān)串聯(lián)電感器后與轉(zhuǎn)速設(shè)定電路連接；驅(qū)動電路的輸出端通過高頻穿芯電感輸出電路與 執(zhí)行器連接；電瓶通過過高頻穿芯電感抗干擾輸入電路與電源電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及柴油發(fā)電機(jī)組的電子速度控制器，由于增加了執(zhí)行器短路保護(hù)電路和緩起動電路，在保證延長設(shè)備的使用壽命的同時(shí)，能使發(fā)電機(jī)組在寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)和高原、空氣稀薄地區(qū)長期存在的起動困難問題得以順利解決；這種起動方式速度控制器也使發(fā)電機(jī)組在起動時(shí)黑煙大大減小，噪音大大降低。
文檔編號H02P9/04GK201918954SQ20102061047
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者魏榮生 申請人:重慶市海德自動化有限公司