一種能輸出較大沖擊電流的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)

王運(yùn)良 徐青松 董廣鵬

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)用于感性沖擊負(fù)載存在啟動(dòng)電流過(guò)大過(guò)載導(dǎo)致發(fā)電機(jī)啟動(dòng)失敗機(jī)組燜機(jī)的缺陷，提出一種新的勵(lì)磁控制方法，以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載電流、不同時(shí)間發(fā)電機(jī)組輸出不同電壓，并介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示此方法適合于啟動(dòng)較大功率的空調(diào)、水泵等感性沖擊負(fù)載。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁控制，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)，感性沖擊負(fù)載

1.引言

現(xiàn)有通用中小型汽油、柴油交流發(fā)電機(jī)組中，帶有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)組由于輸出電壓穩(wěn)定，諧波含量較少而深受廣大用戶的偏愛(ài)。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器作為發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的重要組成部分，一直是各界研究的一個(gè)重要課題。[1]

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器多采用輸出電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)的控制方式，即根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出交流電壓控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁占空比：當(dāng)輸出電壓偏高，減小轉(zhuǎn)子勵(lì)磁占空比；當(dāng)輸出電壓偏低，增大轉(zhuǎn)子勵(lì)磁占空比。這種控制方式對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钪姓彰鳌⒓訜岬纫恍┏Ｒ?jiàn)阻性負(fù)載適應(yīng)性較好，但對(duì)于水泵、空調(diào)壓縮機(jī)等感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載，由于啟動(dòng)瞬間電流較大或者過(guò)載情況，輸出電壓下降，在電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)作用下，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置會(huì)工作在最大占空比狀態(tài)，機(jī)組瞬間輸出功率遠(yuǎn)大于機(jī)組實(shí)際輸出能力，常常導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，甚至機(jī)組燜機(jī)損壞。

本文介紹的一種新的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法可以有效解決上述難題，啟動(dòng)較大功率容量的空調(diào)、水泵等感性沖擊負(fù)載。

2.勵(lì)磁控制系統(tǒng)的組成與工作原理

本文介紹的控制方法克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷，針對(duì)感性負(fù)載啟動(dòng)瞬間，由于沖擊電流過(guò)大導(dǎo)致啟動(dòng)失敗的情況，提供一種基于負(fù)載電壓、負(fù)載電流、負(fù)載持續(xù)時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁輸出，從而控制發(fā)電機(jī)組輸出功率的控制方法。一方面，將負(fù)載電流作為影響勵(lì)磁輸出的一個(gè)因素，實(shí)際上是將輸出電流和輸出電壓關(guān)聯(lián)起來(lái)，根據(jù)不同的輸出電流控制發(fā)電機(jī)組的輸出功率，防止機(jī)組因?yàn)檩敵龉β蔬^(guò)大而造成燜機(jī)損壞；另一方面，由于將負(fù)載持續(xù)時(shí)間作為影響勵(lì)磁輸出的另一個(gè)因素，實(shí)際上是利用機(jī)組慣性，瞬間輸出較大的沖擊功率，能使機(jī)組頂住感性負(fù)載啟動(dòng)瞬間的沖擊，使感性負(fù)載成功啟動(dòng)。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)包括電壓測(cè)量電路，電流測(cè)量電路、功率轉(zhuǎn)換電路和主控單元電路以及過(guò)流保護(hù)器短路控制電路等。電壓測(cè)量電路測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出電壓，并將所測(cè)結(jié)果輸出給主控單元；電流測(cè)量電路測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出電流，并將所測(cè)結(jié)果輸出給主控單元；主控單元電路根據(jù)電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路的輸出控制功率轉(zhuǎn)換電路的輸出占空比。圖1為本發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)框圖。

主控單元電路根據(jù)電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路的輸出控制功率轉(zhuǎn)換電路的輸出占空比，其工作特征為：當(dāng)電流測(cè)量電路輸出低于設(shè)定值時(shí)，主控單元主要根據(jù)電壓測(cè)量電路的輸出動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換電路輸出占空比，以維持發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定；當(dāng)電流測(cè)量電路輸出高于設(shè)定值時(shí)，主控單元電路根據(jù)電壓測(cè)量電路的輸出、電流測(cè)量電路的輸出和負(fù)載持續(xù)時(shí)間循環(huán)改變功率轉(zhuǎn)換電路的輸出占空比，使發(fā)電機(jī)在極限功率輸出和設(shè)定功率輸出兩種狀態(tài)之間循環(huán)。

其中發(fā)電機(jī)工作在設(shè)定功率輸出狀態(tài)下且電流測(cè)量電路輸出高于設(shè)定值時(shí)，主控單元根據(jù)電壓測(cè)量電路的輸出和電流測(cè)量電路的輸出控制功率轉(zhuǎn)換電路輸出占空比，使得發(fā)電機(jī)工作在降電壓輸出模式、恒功率輸出模式和恒電流輸出模式。

3.控制系統(tǒng)的控制流程

設(shè)定輸出功率模式為降電壓輸出模式的控制系統(tǒng)控制流程圖如圖2所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)組由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速后，系統(tǒng)開(kāi)始建壓，主控單元以一恒定的頻率f循環(huán)讀取負(fù)載電流測(cè)量電路輸出值I。如果I小于等于設(shè)定值Is，勵(lì)磁輸出主要根據(jù)電壓測(cè)量電路輸入V進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)勵(lì)磁輸出占空比，使發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)壓輸出環(huán)節(jié)；如果I大于設(shè)定值Is，進(jìn)一步讀取系統(tǒng)計(jì)數(shù)器值T，如果T為0，則將T賦值為Tm，如果T大于0，則將T減1，減1后如果T還大于極限功率輸出時(shí)間T0，勵(lì)磁輸出占空比主要根據(jù)負(fù)載電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，此時(shí)由于電流和電壓都比較大，發(fā)電機(jī)組處于輸出功率開(kāi)環(huán)模式，即極限功率模式；減1后如果T小于等于T0，勵(lì)磁輸出進(jìn)一步根據(jù)I適當(dāng)減小，使輸出電壓降低，這樣發(fā)電機(jī)功率輸出處于閉環(huán)控制模式，即設(shè)定功率輸出模式。當(dāng)下一個(gè)計(jì)時(shí)周期到達(dá)時(shí)，讀取負(fù)載電流測(cè)量電路輸出值I并重復(fù)上述過(guò)程。

設(shè)定輸出功率模式為恒功率模式和恒電流模式與降電壓模式原理類似，不再贅述。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文所述的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制模塊實(shí)物如圖3所示。其中白色線為18V交流電壓采樣線，藍(lán)色線為輸出負(fù)載電壓采樣線，紅黑線為發(fā)電機(jī)碳刷線，棕色線為斷路器線束，另由電流互感器負(fù)責(zé)負(fù)載電流取樣。

實(shí)驗(yàn)基于2.5KW的汽油發(fā)電機(jī)組，負(fù)載電流、負(fù)載電壓和勵(lì)磁裝置主控單元控制方式轉(zhuǎn)換觸發(fā)波形如圖4所示。示波器CH1波形為負(fù)載電壓波形，CH2為電流互感器輸出經(jīng)過(guò)整流后的信號(hào)，CH3波形為沖擊電流觸發(fā)波形（即系統(tǒng)控制模式轉(zhuǎn)變觸發(fā)信號(hào)），CH4波形為負(fù)載電流波形?？梢钥吹剑寒?dāng)系統(tǒng)處于設(shè)定功率輸出狀態(tài)時(shí)，如電流測(cè)量電路輸出高于設(shè)定值（CH2），系統(tǒng)發(fā)出模式轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(hào)（CH3）使系統(tǒng)根據(jù)電壓測(cè)量電路的輸出和電流測(cè)量電路的輸出控制功率轉(zhuǎn)換電路輸出占空比，使發(fā)電機(jī)輸出電壓適當(dāng)下降（CH1），這樣在機(jī)械系統(tǒng)慣性作用的配合下使輸出電流瞬間能大幅提高（CH4）。

本勵(lì)磁裝置已成功應(yīng)用于某型2.0kW左右的發(fā)電機(jī)組，該型發(fā)電機(jī)組可以讓一臺(tái)1.5匹的空調(diào)成功啟動(dòng)并平穩(wěn)運(yùn)行，即使空調(diào)在異常斷電停機(jī)的情況也可以順利啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)電流瞬間可以達(dá)到25A左右。而市場(chǎng)上正常的2.0kW的發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)因?yàn)閱?dòng)電流太大而導(dǎo)致機(jī)器直接熄火。

5.結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)控制方法，根據(jù)負(fù)載電壓、負(fù)載電流和負(fù)載持續(xù)時(shí)間同時(shí)控制輸出勵(lì)磁占空比，以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載電流、不同時(shí)間發(fā)電機(jī)組輸出不同電壓。該控制方法利用發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)慣性可以循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)瞬間大電流沖擊輸出。相比于相同容量的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，更適合于較大功率的空調(diào)、水泵等感性沖擊負(fù)載。

參考文獻(xiàn)

[1]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]賴廣顯 新型柴油發(fā)電機(jī)組. 人民郵電出版社，2004.