本發(fā)明涉及一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

變頻柴油發(fā)電機(jī)組包括變速發(fā)動(dòng)機(jī)、永磁同步電機(jī)和控制器，其能根據(jù)負(fù)載功率的變化自動(dòng)調(diào)整變速發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變永磁同步電機(jī)的輸出頻率和功率，使柴油發(fā)電機(jī)組始終工作在最節(jié)能的狀態(tài)。變速發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換為可變頻率和可變電壓的電源，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源整流環(huán)節(jié)輸出穩(wěn)定的恒壓直流電，即使在非線性負(fù)載和不平衡負(fù)載的情況下，也能輸出持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源。永磁同步電機(jī)有很多優(yōu)勢(shì)，采用無(wú)軸承外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)使電機(jī)具有長(zhǎng)壽命，高效率和高可靠性，因無(wú)摩擦功率損失，綜合效率可達(dá)96％以上，遠(yuǎn)高于小功率傳統(tǒng)定速發(fā)電機(jī)。配用轉(zhuǎn)速可調(diào)的變速發(fā)動(dòng)機(jī)后輸出功率可調(diào)，與負(fù)載可實(shí)現(xiàn)最佳匹配，變速發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出與其轉(zhuǎn)速相關(guān)而不是由噴油量決定，避免變速發(fā)動(dòng)機(jī)因工作在低負(fù)載區(qū)而造成的積炭等損害，同時(shí)由于永磁同步電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁繞組、軸承等，可靠性也大幅提高。由于以上優(yōu)點(diǎn)，變頻柴油發(fā)電機(jī)組在小功率段機(jī)組應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。

由變頻柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出的三相頻率變化、電壓變化的中頻交流電，無(wú)法直接與常規(guī)負(fù)載匹配使用，須經(jīng)由電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)整流穩(wěn)壓為穩(wěn)定的直流電或恒壓工頻交流電方可使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，其在保證變頻柴油發(fā)電機(jī)組能提供恒壓的直流電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于電源轉(zhuǎn)換電路的有效保護(hù)。

實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，包括電源轉(zhuǎn)換電路和控制器；

所述電源轉(zhuǎn)換電路由三相整流電路、電容C1和降壓電路并聯(lián)而成，具有AC-DC-AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

所述三相整流電路由三相交流整流橋臂并聯(lián)而成，且每相所述交流整流橋臂均由兩個(gè)二極管串聯(lián)而成，且每相所述交流整流橋臂的串聯(lián)點(diǎn)均連接位于輸入母線上的三相空氣開(kāi)關(guān)QF1；

所述降壓電路由第一降壓橋臂和第二降壓橋壁并聯(lián)而成，所述第一降壓橋臂由IGBT管T1和IGBT管T3串聯(lián)而成，所述第二降壓橋臂由IGBT管T2和IGBT管T4串聯(lián)而成，IGBT管T3的正極和IGBT管T4的正極構(gòu)成所述降壓電路的第一端部，IGBT管T1的正極和IGBT管T2的正極分別連接一個(gè)電感，兩個(gè)所述電感并聯(lián)，所述降壓電路的第一端部與兩個(gè)所述電感之間通過(guò)電容C2連接，兩個(gè)所述電感與所述電容C2形成LC濾波電路；

所述三相整流電路的兩端，以及IGBT管T1的正極和IGBT管T2的正極均設(shè)有與所述控制器連接的電流傳感器和電壓傳感器。

進(jìn)一步的，所述變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)還包括EMI濾波器，兩個(gè)所述電感與所述EMI濾波器的第二輸入端之間設(shè)有防反二極管D0，所述EMI濾波器的第一輸入端連接所述降壓電路的第一端部，所述EMI濾波器的第二輸出端連接直流母線，所述EMI濾波器的第一輸出端連接0V電源線。

再進(jìn)一步的，所述EMI濾波器上，以及所述防反二極管D0的正極均設(shè)有連接所述控制器的電流傳感器和電壓傳感器。

進(jìn)一步的，所述電壓傳感器通過(guò)光耦或者繼電器進(jìn)行隔離。

進(jìn)一步的，所述電流傳感器為非接觸式電流傳感器。

再進(jìn)一步的，所述控制器和所述防反二極管D0的正極之間連接有的PID調(diào)節(jié)器電路。

進(jìn)一步的，所述輸入母線上設(shè)有輸入功率因數(shù)感應(yīng)電感。

進(jìn)一步的，所述變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)還包括箱體，所述三相空氣開(kāi)關(guān)置于所述箱體內(nèi)，所述電源轉(zhuǎn)換電路和所述LC濾波電路均通過(guò)位于所述箱體內(nèi)的接線端子連為一體。

再進(jìn)一步的，所述控制器位于所述箱體的箱壁上，所述控制器上設(shè)有消聲按鈕，蜂鳴器和狀態(tài)指示燈。

采用了本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括電源轉(zhuǎn)換電路和控制器；所述電源轉(zhuǎn)換電路由三相整流電路、電容C1和降壓電路并聯(lián)而成，具有AC-DC-AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述三相整流電路由三相交流整流橋臂并聯(lián)而成，且每相所述交流整流橋臂均由兩個(gè)二極管串聯(lián)而成，且每相所述交流整流橋臂的串聯(lián)點(diǎn)均連接位于輸入母線上的三相空氣開(kāi)關(guān)QF1；所述降壓電路由第一降壓橋臂和第二降壓橋壁并聯(lián)而成，所述第一降壓橋臂由IGBT管T1和IGBT管T3串聯(lián)而成，所述第二降壓橋臂由IGBT管T2和IGBT管T4串聯(lián)而成，IGBT管T3的正極和IGBT管T4的正極構(gòu)成所述降壓電路的第一端部，IGBT管T1的正極和IGBT管T2的正極分別連接一個(gè)電感，兩個(gè)所述電感并聯(lián)，所述降壓電路的第一端部與兩個(gè)所述電感之間通過(guò)電容C2連接，兩個(gè)所述電感與所述電容C2形成LC濾波電路；所述三相整流電路的兩端，以及IGBT管T1的正極和IGBT管T2的正極均設(shè)有與所述控制器連接的電流傳感器和電壓傳感器。其技術(shù)效果是：其在保證變頻柴油發(fā)電機(jī)組能提供恒壓的直流電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于電源轉(zhuǎn)換電路的有效保護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的電路示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的箱體內(nèi)的左視、正視和右視展開(kāi)示意圖。

圖3為圖2的B向示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過(guò)具體地實(shí)施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明：

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)包括電源轉(zhuǎn)換電路1和EMI濾波器2，電源轉(zhuǎn)換電路1包括并聯(lián)設(shè)置的三相整流電路11、降壓電路12和電容C1。

三相整流電路11由并聯(lián)設(shè)置的A相交流整流橋臂、B相交流整流橋臂和C相交流整流橋臂組成。

所述A相交流整流橋臂由二極管D1和二極管D4串聯(lián)而成，二極管D4的正極為A相交流整流橋臂的第一端部，二極管D1的負(fù)極為A相交流整流橋臂的第二端部。所述B相交流整流橋臂由二極管D2和二極管D5串聯(lián)而成，二極管D5的正極為B相交流整流橋臂的第一端部，二極管D2的負(fù)極為B相交流整流橋臂的第二端部。所述C相交流整流橋臂由二極管D3和二極管D6串聯(lián)而成，二極管D6的正極為C相交流整流橋臂的第一端部，二極管D3的負(fù)極為C相交流整流橋臂的第二端部。所述A相交流整流橋臂的第一端部、所述B相交流整流橋臂的第一端部和所述C相交流整流橋臂的第一端部構(gòu)成三相整流電路11的第一端部，所述A相交流整流橋臂的第二端部、所述B相交流整流橋臂的第二端部和所述C相交流整流橋臂的第二端部構(gòu)成三相整流電路11的第二端部。

三相交流整流電路11連接位于輸入母線上的三相空氣開(kāi)關(guān)QF1，三相空氣開(kāi)關(guān)QF1同時(shí)連接二極管D1的正極、二極管D2的正極和二極管D3的正極，即A相交流整流橋臂的串聯(lián)點(diǎn)、B相交流整流橋臂的串聯(lián)點(diǎn)和C相交流整流橋臂的串聯(lián)點(diǎn)。

降壓電路12包括并聯(lián)設(shè)置的第一降壓橋臂和第二降壓橋臂。

所述第一降壓橋臂由IGBT管T1和IGBT管T3串聯(lián)而成，IGBT管T3的正極為所述第一降壓橋臂的第一端部，IGBT管T1的負(fù)極為所述第一降壓橋臂的第二端部。所述第二降壓橋臂由IGBT管T2和IGBT管T4串聯(lián)而成，IGBT管T4的正極為所述第二降壓橋臂的第一端部，IGBT管T2的負(fù)極為所述第二降壓橋臂的第二端部。所述第一降壓橋臂的第一端部和所述第二降壓橋臂的第一端部連接成為降壓電路12的第一端部，所述第一降壓橋臂的第二端部和所述第二降壓橋臂的第二端部連接形成降壓電路12的第二端部。

三相整流電路11的第一端部和降壓電路12的第一端部同時(shí)連接電容C1的第一端部，形成電源轉(zhuǎn)換電路1的第一端部。三相整流電路11的第二端部和降壓電路12的第二端部同時(shí)連接電容C1的第二端部，形成電源轉(zhuǎn)換電路1的第二端部。

EMI濾波器2的第二輸入端連接防反二極管D0的負(fù)極，EMI濾波器2的第一輸入端與防反二極管D0的正極之間連接電容C2。

EMI濾波器2的第一輸入端連接電源轉(zhuǎn)換電路1的第一端部，防反二極管D0的正極與IGBT管T1的正極，即降壓電路12的第一降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)之間通過(guò)電感L1連接，防反二極管D0的正極與IGBT管T2的正極，即降壓電路12的第二降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)之間通過(guò)電感L2連接。電感L1和電感L2和電容C2組成了一組LC濾波電路。

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換電路1根據(jù)變頻柴油發(fā)電機(jī)組電源的技術(shù)要求，主拓?fù)洳捎肁C-DC-AC的結(jié)構(gòu)，由變頻柴油發(fā)電機(jī)組的永磁同步電機(jī)輸出的中頻交流電經(jīng)過(guò)三相整流電路11的不控整流，而變?yōu)橹绷麟娏鳎绷麟娏髟俳?jīng)過(guò)降壓電路12的交錯(cuò)buck降壓后，以及由電感L1、電感L2和電容C2組成的LC濾波電路的濾波后，再通過(guò)防反二極管D0與EMI濾波器2，輸出特定電壓的恒壓直流電。其中EMI濾波器2的第二輸出端連接直流母線，EMI濾波器2的第一輸出端連接0V電源線。

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)還包括控制器3，控制器3通過(guò)數(shù)據(jù)采集信號(hào)線，同時(shí)連接位于三相整流電路1的三相交流整流橋臂的兩端，即二極管D4、二極管D5和二極管D6的正極，以及二極管D1、二極管D2和二極管D3的負(fù)極的電流傳感器和電壓傳感器，用于對(duì)三相整流電路1的輸入電壓和輸入電流進(jìn)行檢測(cè)，并使控制器3對(duì)輸入母線進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，欠壓保護(hù)。其中位于三相整流電路1的三相交流整流橋臂的兩端的電流傳感器為非接觸式電流傳感器。

控制器3通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線，連接位于IGBT管T1正極和IGBT管T3正極，即降壓電路12的第一降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)，以及第二降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)上的電流傳感器和電壓傳感器，用于檢測(cè)IGBT管T1～T4的故障，并使控制器3對(duì)IGBT管T1～T4的驅(qū)動(dòng)故障進(jìn)行響應(yīng)。其中位于降壓電路12的第一降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)，以及第二降壓橋臂的串聯(lián)點(diǎn)上的電流傳感器為非接觸式電流傳感器。

另外一方面，控制器3通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線連接位于防反二極管D0正極的電流傳感器和電壓傳感器，以及位于EMI濾波器2上的電流傳感器和電壓傳感器，用于檢測(cè)EMI濾波器2的輸入電壓和輸入電流，以及輸出電壓和輸出電流，確保EMI濾波器2的恒流或恒壓輸出，比如保證輸出電壓始終為+48V。另外控制器3也可以定設(shè)定EMI濾波器2的輸出電流或輸出電壓的限值，該限值可調(diào)。EMI濾波器2的輸出電壓或輸出電流達(dá)到限值時(shí)，維持輸出電壓或輸出電流在限值不變。其中位于防反二極管D0正極和EMI濾波器2上的電流傳感器為非接觸式電流傳感器。

因此在本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換電路1的三相整流電路11和降壓電路12的配置滿足三相負(fù)載平衡要求，同時(shí)滿足多種測(cè)量與控制要求。

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換電路1上的所有電壓傳感器均通過(guò)光纖、光耦或繼電器與電源轉(zhuǎn)換電路1進(jìn)行隔離，位于防反二極管D0正極的電壓傳感器均通過(guò)光纖、光耦或繼電器與防反二極管D0進(jìn)行隔離，位于EMI濾波器2上的電壓傳感器均通過(guò)光纖、光耦或繼電器與EMI濾波器2進(jìn)行隔離。以降低耦合噪聲，避免形成接地環(huán)路。

當(dāng)輸入電源電壓，即輸入三相整流電路11的電壓在220V/380V±15％范圍波動(dòng)變化時(shí)，會(huì)影響到直流母線的電壓，為確保直流母線的輸出穩(wěn)壓要求，需要降壓電路12的PWM調(diào)整占空比滿足直流母線電壓變化的要求，當(dāng)輸入電源電壓降低引起直流母線電壓下降時(shí)，控制器3會(huì)使降壓電路12的PWM調(diào)整占空比自動(dòng)加大以滿足直流母線輸出穩(wěn)定電壓要求，同樣當(dāng)輸入電源電壓增加引起直流母線電壓上升時(shí)，控制器3會(huì)使降壓電路12的PWM調(diào)整占空比自動(dòng)減小滿足直流母線輸出穩(wěn)定電壓要求。

當(dāng)電源轉(zhuǎn)換電路1的輸入功率因數(shù)不小于0.92時(shí)，由于EMI濾波器2連接的是非線性負(fù)載，對(duì)電源轉(zhuǎn)換電路1污染大，因電源轉(zhuǎn)換電路1本身AC-DC-AC的拓?fù)涮攸c(diǎn)，輸入前級(jí)的交流轉(zhuǎn)直流整流單元，即三相整流電路11的輸入功率的功率因數(shù)被拉低，為使輸入三相整流電路11的輸入功率的功率因數(shù)不小于0.9，輸入母線上采用輸入功率因數(shù)感應(yīng)電感(圖中未顯示)，使電源轉(zhuǎn)換電路1在滿載工作時(shí)的輸入功因數(shù)大于0.9。

當(dāng)輸入電壓變化或輸出負(fù)載的功率變化時(shí)，一般都會(huì)引起輸出電壓的變化，控制器3通過(guò)電壓負(fù)反饋的方式實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，再配合優(yōu)化的與控制器3和防反二極管D0的正極連接的PID調(diào)節(jié)器電路(圖中未顯示)，使得輸出電壓控制在輸出穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，有較快的響應(yīng)速度確保其閉環(huán)控制的幅頻特性和相頻特性均在優(yōu)化狀態(tài)，進(jìn)一步確保負(fù)載穩(wěn)壓率和電源穩(wěn)壓率在指標(biāo)要求之內(nèi)。

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在：

檢測(cè)由直流母線輸出的輸出電壓并與標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓超過(guò)設(shè)定上限時(shí)，控制器3切斷電源轉(zhuǎn)換電路1，使得輸出電壓終止輸出并報(bào)警。

檢測(cè)降壓電路12上的IGBT管T1～T4上電流信號(hào)，當(dāng)IGBT管T1～T4中任意一個(gè)短路損壞時(shí)，信號(hào)反饋到控制器3上，控制器3切斷降壓電路12的輸出并報(bào)警。

檢測(cè)由直流母線輸出的負(fù)載電流信號(hào)并判斷負(fù)載電流信號(hào)狀態(tài)，依負(fù)載電流信號(hào)狀態(tài)，確定為延時(shí)保護(hù)、立即保護(hù)或忽略不保護(hù)等。當(dāng)直流母線的輸出電壓很低且負(fù)載電流很大時(shí)視其為短路狀態(tài)并立即關(guān)斷電源轉(zhuǎn)換電路1的輸出。

控制器3檢測(cè)與輸入母線連接模組和變壓器溫度，當(dāng)其溫度高于安全溫度時(shí)，切斷電源轉(zhuǎn)換電路1的輸出并報(bào)警。

控制器3檢測(cè)輸入母線上的輸入欠壓及輸入缺相，當(dāng)檢測(cè)到輸入母線的電壓低于設(shè)定值時(shí)，切斷電源轉(zhuǎn)換電路1的輸出并報(bào)警。

同時(shí)強(qiáng)電磁輻射環(huán)境可能會(huì)對(duì)控制器3產(chǎn)生電磁輻射干擾，控制器3安裝在兼容特殊電磁條件的控制電路板上；在強(qiáng)電磁輻射環(huán)境下，控制器3可能會(huì)受到共用電源轉(zhuǎn)換電路1的其他設(shè)備的電磁傳導(dǎo)干擾，同時(shí)電源轉(zhuǎn)換電路1也可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)或負(fù)載產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，此部分在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化與輸入輸出濾波功能匹配相應(yīng)的EMI濾波器2，及高頻電感，即電感L1和電感L2，確保電源在整個(gè)系統(tǒng)中安全可靠工作。

本發(fā)明的一種變頻柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)還包括箱體5，三相空氣開(kāi)關(guān)QF1位于箱體5內(nèi)，箱體5內(nèi)，電源轉(zhuǎn)換電路1、所述LC濾波電路、防反二極管D0和EMI濾波器2通過(guò)接線端子4連為一體。箱體5的左壁和右壁的下部均設(shè)有通風(fēng)孔51?？刂破?位于箱體5右壁的上部，控制器3上設(shè)有消聲按鈕TB，蜂鳴器FM和狀態(tài)指示燈HD，電源轉(zhuǎn)換電路1正常工作指示燈HD顯示為綠色，電源轉(zhuǎn)換電路1故障指示燈HD顯示為紅色。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。