CN102797566A - 发电机组预知式电子调速器及调速方法 - Google Patents

Abstract

发电机组预知式电子调速器及调速方法，是在现有的装置基础上增加对发电机组电流取样的电流取样电路，微处理器实时监测电流取样电路输出的发电机组电流取样信号。当发电机组电流取样信号突然大幅增加，微处理器立即控制提高发动机供油量，使发电机组的发动机有足够的能力来阻止由于负荷突然增加引起的转速大幅下降；同理当负荷电流大幅减小时，调速器能在发动机转速未上升前就开始大幅减小燃油供给，防止由于负荷突卸引起的转速大幅上升，从而提高发电机组带负荷的能力，特别是带异步电机负荷的能力，以便调速器在任何负荷状况下都能控制发动机转速波动率保持在最优状态。

Description

发电机组预知式电子调速器及调速方法

技术领域

本发明涉及发动机控制技术，尤其是一种发电机组预知式电子调速器及对应的调速方法，属于发动机调速领域。

背景技术

发电机组做为常用或备用电源在现代社会中广泛应用。发电机组的重要控制装置调速器的主要功能是控制发动机的转速在需要的范围内。即当发电机组的负荷发生变化时，能自动调节发动机的燃料供给量，以保持发动机转速的波动尽可能的小。随着发电机组技术的进步，调速器也经历了机械式调速器、液压式调速器、气动式调速器、模拟式电子调速器和数字式电子调速器几个阶段。其中数字式电子调速器主要由转速传感器、输入电路、微处理器、驱动电路、执行器、通信电路和电源电路组成。转速传感器产生的转速信号，经输入电路转换后，送入微处理器；微处理器对转速信号进行PID（比例积分微分算法）运算后输出控制信号；控制信号经驱动电路放大后控制执行器转动；执行器转动引起发动机燃料供给量的变化，从而改变发动机的转速。以上这些控制过程形成了一个闭环控制。数字式电子调速器的优点在于它的参数可以方便的调试从而适用不同的发动机的调速要求，因此被广泛使用。

众所周知，发电机组的主要负荷是我们常见的异步电机，如冰箱、空调和洗衣机等都是由异步电机驱动的。因为异步电机的启动电流是它额定电流的2倍以上。例如对于冰箱而言，配发电机组的功率应该是冰箱本身功率的4倍；对于洗衣机而言，配发电机组的功率应该是洗衣机本身功率的3倍；对于空调而言，配发电机组的功率应该是空调本身功率的2倍。

当发电机组带上异步电机时，发电机的电流会突然增加，而由于惯性的作用发动机的转速会间隔一定时间后才会开始下降。而目前所有调速器都是检测到发动机的转速降低后，才会增加燃料，这在控制上来说，已经滞后了。另外由于发动机的燃烧特性，即便燃料增加，发动机的扭矩也不会迅速增加，以至发动机的转速会接着下降一定时间后才会开始上升，这很容易造成异步电动机启动的时候拖死发动机。所以在给异步电机这样的负载选配发电机组时要求留有足够的功率冗余，这无疑是大马拉小车，造成使用成本增大。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种发电机组预知式电子调速器及对应的调速方法，本发明能够预判发动机的转速变化趋势，从而在发动机转速变化前开始控制，以防止发动机转速大幅度波动，达到提高发电机组带异步电机负荷的能力。

为了实现上述目的，本发明的目的是这样实现的：一种发电机组预知式电子调速器，包括转速传感器、运行/怠速开关、输入电路和微处理器，该转速传感器和运行/怠速开关分别与所述输入电路的输入端连接，该输入电路的输出端与所述微处理器的输入端连接，该微处理器的输出端通过步进电机驱动电路与步进电机执行器连接，其特征在于，还包括用于对发电机组电流取样的电流取样电路，该电流取样电路的输出端与所述输入电路的输入端连接。

转速传感器、运行/怠速开关分别实时将发动机转速信号、运行/怠速信号传输到输入电路，发动机转速信号经输入电路转换为矩形波信号后传输到微处理器，微处理器对转速信号进行PID运算后输出控制信号到步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路对输入的信号进行放大后控制步进电机执行器对发动机供油量进行控制，使发动机运转在额定转速。发动机转速发生变化，步进电机执行器工作引起发动机燃料供给量的变化，从而调节发动机运行在额定转速。以上控制过程形成了一个闭环控制***。运行/怠速开关用于切换发电机组的工作状态。

微处理器实时监测电流取样电路输出的发电机组电流取样信号。当发电机组电流取样信号突然大幅增加，微处理器立即控制提高发动机供油量，使发电机组的发动机有足够的能力来阻止由于负荷突然增加引起的转速大幅下降；同理当负荷电流大幅减小时，调速器能在发动机转速未上升前就开始大幅减小燃油供给，防止由于负荷突卸引起的转速大幅上升，从而提高发电机组带负荷的能力，特别是带异步电机负荷的能力。

本电子调速器还包括通信电路，该通信电路与所述微处理器双向通信连接。通信电路使用户可以通过上位机浏览、设置本调速器的控制参数、运行状态参数。

发电机组预知式电子调速方法，使用上述的发电机组预知式电子调速器，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤1、所述输入电路实时将输入的发动机转速信号和发电机组电流取样信号进行处理后传输到微处理器；

步骤2、微处理器对输入的发动机转速信号进行PID运算后输出控制信号到步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路通过步进电机执行器控制发动机燃油供给量，控制发动机运行在额定转速；

步骤3、微处理器实时监测发电机组电流取样信号，通过监测该发电机组电流取样信号来判断发动机的负荷状况；

当检测到发电机取样电流变化幅度超过设定值X时，微处理器一方面根据负荷电流的变化率调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，另一方面改变设定的额定转速以加大微处理器的控制输出量，最后通过步进电机驱动电路控制步进电机执行器改变燃油供给量；

当检测到电流取样信号的电流变化率小于设定值X时，微处理器判定负荷为稳定状态，微处理器根据负荷电流的大小调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，以便调速器控制发动机转速恢复稳定状态；

微处理器改变调速器设定的额定转速运行一定时间后，再恢复以前设定的目标转速。延时时间一般都很短，在需要大电流启动的异步电机启动后，即可控制发动机转速回到原来的额定转速。此时只需要发动机运转在原来既定的额定转速即可提供电器运行所需要的功率。

发电机组电流取样信号电流变化幅度超过设定值X时，微处理器将设定的额定转速提高或降低五分之一。

本发明具有如下优点：

本发明的电子调速装置及调速方法，是在异步电机启动需要大电流时，提前提高发动机的供油量，阻止发动机转速大幅降低，从而提高了发电机组带异步电机负荷的能力。从而使得小功率的发电机组能够带动大启动功率的用电器，避免了使用大功率的发电机组造成成本的增大，且避免了平时使用时候冗余功率的浪费。

当负荷电流大幅减小时，调速器能在发动机转速未上升前就开始大幅减小燃油供给，防止由于负荷突卸引起的转速大幅上升，使得输出电压频率稳定，提高电子调速装置的稳定性和通用性。

当负荷电流变化较小时（如变化率在6%以内），微处理器判定负荷为稳定状态，调速器能相应的调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，以便调速器在任何负荷状况及工况下都能控制发动机转速保持稳定状态。

本发明在发电机输出电流突然增加时能够迅速增大发动机燃料供给量，达到迅速增大发动机输出扭矩，而无需额外增大发电机组冗余扭矩的发电机组预知式电子调速器及其调速方法，从而大大节约了购置设备的成本和使用成本。同样这种调速器能通过检测发电机输出电流来判断发动机的负荷变化情况，无论负荷突加、突卸、还是稳定，都能根据发动机的负荷状况来自动调整调整器的参数，以便调速器在任何负荷状况下都能控制发动机转速波动率保持在最优状态。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明通过检测发电机组电流取样信号变化来预判发动机的转速变化趋势，从而达到在发动机转速变化前开始控制，以防止发动机转速大幅度波动，达到提高发电机组带异步电机负荷的能力，最终实现降低用户的使用成本，降低材料、能源消耗的目的。其具体实现方案如图1所示，一种发电机组预知式电子调速器，包括转速传感器、运行/怠速开关、输入电路和微处理器，该转速传感器和运行/怠速开关分别与所述输入电路的输入端连接，该输入电路的输出端与所述微处理器的输入端连接，该微处理器的输出端通过步进电机驱动电路与步进电机执行器连接，还包括用于对发电机组电流取样的电流取样电路，该电流取样电路的输出端与所述输入电路的输入端连接。

还包括通信电路，该通信电路与微处理器双向通信连接。电源电路为本发明的电子调速器提供稳定可靠的电源。

发电机组预知式电子调速方法，使用上述的发电机组预知式电子调速器，按如下步骤进行：

步骤1、所述输入电路实时将输入的发动机转速信号和发电机组取样电流信号进行处理后传输到微处理器；

步骤2、微处理器对输入的发动机转速信号进行PID运算后输出控制信号到步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路通过步进电机执行器控制发动机燃油供给量，控制发动机运行在额定转速；

步骤3、微处理器实时监测发电机组电流取样信号，通过监测该发电机组电流取样信号来判断发动机的负荷状况；

当检测到发电机取样电流突然大幅变化，变化幅度超过设定值X时（一般情况下，X取值为5%～6%），微处理器一方面根据负荷电流的变化率调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，另一方面改变设定的额定转速以加大微处理器的控制输出量，最后通过步进电机驱动电路控制步进电机执行器改变燃油供给量；

当检测到电流取样信号的电流变化率小于设定值X时，微处理器一方面根据负荷电流的大小调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，以便调速器控制发动机转速恢复稳定状态；

发电机组电流取样信号突然大幅变化超过设定值X时，微处理器将设定的额定转速提高或降低五分之一。

本发明工作原理：转速传感器产生的转速信号，经输入电路（输入电路即整形滤波电路）转换为矩形波后，送入微处理器；微处理器对转速信号进行PID（比例积分微分）运算后输出控制信号；控制信号经驱动电路放大后控制执行器转动；步进电机执行器转动引起内燃发动机燃料供给量的变化，从而改变内燃发动机的转速。以上这些控制过程形成了一个闭环控制***。运行/怠速开关用于切换发电机组的工作状态，电源电路为电子调速器提供稳定可靠的电源。通信电路使用户可以通信上位机软件浏览、设置本调速器的控制参数、运行状态参数。

调速器实时检测发电机负荷电流（发电机组取样电流）的变化，通过检测发电机组取样电流的大小来判断发动机的负荷状况，当检测到负荷电流突然大幅变化时（变化幅度可预先设定和修改），调速器一方面根据负荷电流的变化情况调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机驱动电路的步距角；另一方面当负荷电流突然增大时，调速器的设定目标转速从1500转/分或3000转/分提高到1800转/分或3600转/分。而当负荷电流突然减小时，调速器的设定目标转速从1500转/分或3000转/分减小到1200转/分或2400转/分，延时一段时间后再恢复到以前的目标转速。

通过上述手段，当负荷电流大幅增加时，调速器能在发动机转速未下降前就开始大幅增加燃料供给，使发电机组发动机有足够的能力来阻止由于负荷突加引起的转速大幅下降；同理当负荷电流大幅减小时，调速器能在发动机转速未上升前就开始大幅减小燃料供给，防止由于负荷突卸引起的转速大幅上升，从而提高发电机组带负荷的能力和稳定性，特别是带异步电机的能力。

另外由于发动机在不同负荷状况下的调速性能有较大的差异，单一的调速器参数只能在固定的负荷状况下保证发动机频率波动率的最优。本调速器能根据负荷的大小调整调速器的PID参数及步进电机的驱动频率和驱动步距角，从而保证发电机组在多种负荷的情况下频率波动率达到最优。

举例说明：现有额定功率为25KW的发电机组，发电机组的发动机的额定转速3000转/分，此时输出50HZ交流电，用于给家用用电设备供电。家用用电设备的额定功率低于25KW，但是家用用电设备的启动总功率为30KW。在启动用电设备时，启动功率达到30KW，发电机组输出电流大幅变化。但是发电机组的额定功率已经不能满足启动电流需求。此时微处理器提前控制步进电机执行器加大供油量，提高发电机组的发动机转速到3600转/分，输出60HZ的交流电。60HZ的交流电不影响电器的正常使用。发动机输出大功率带动发电机组运转，当电器启动完毕后，通过步进电机执行器控制发电机组的发动机回到在额定转速。

由此可见由于发电机组电流大幅变化时，提前控制发动机提高转速或降低转速，阻止发动机转速大幅波动，从而提高发电机组带异步电机负荷的能力。而且使得小功率的发电机组能够启动大启动功率的用电器，避免了使用大功率的发电机组造成成本的增大，且避免了平时使用时候冗余功率的浪费，具有良好的使用价值，便于产品的推广使用。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种发电机组预知式电子调速器，包括转速传感器、运行/怠速开关、输入电路和微处理器，该转速传感器和运行/怠速开关分别与所述输入电路的输入端连接，该输入电路的输出端与所述微处理器的输入端连接，该微处理器的输出端通过步进电机驱动电路与步进电机执行器连接，其特征在于，还包括用于对发电机组电流取样的电流取样电路，该电流取样电路的输出端与所述输入电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的发电机组预知式电子调速器，其特征在于，还包括通信电路，该通信电路与所述微处理器双向通信连接。

3.发电机组预知式电子调速方法，使用权利要求1或2所述的发电机组预知式电子调速器，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤1、所述输入电路实时将输入的发动机转速信号和发电机组电流取样信号进行处理后传输到微处理器；

步骤2、微处理器对输入的发动机转速信号进行PID运算后输出控制信号到步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路通过步进电机执行器控制发动机燃油供给量，控制发动机运行在额定转速；

步骤3、微处理器实时监测发电机组电流取样信号，通过监测该发电机组电流取样信号来判断发动机的负荷状况；

当检测到电流取样信号的电流变化率超过设定值X时，微处理器一方面根据负荷电流的变化率调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，另一方面改变设定的额定转速以加大微处理器的控制输出量，最后通过步进电机驱动电路控制步进电机执行器改变燃油供给量；

当检测到电流取样信号的电流变化率小于设定值X时，微处理器判定负荷为稳定状态，微处理器根据负荷电流的大小调整PID的参数及步进电机驱动电路的驱动频率和步进电机执行器的步距角，以便调速器控制发动机转速恢复稳定状态。

4.根据权利要求3所述的发电机组预知式电子调速方法，其特征在于，发电机组电流取样信号电流变化率超过设定值时，微处理器将设定的额定转速提高或降低五分之一。