CN103956948B - 智能交流变速柴油发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能交流变速柴油发电机组。包括一柴油发电机组变速控制***及与该柴油发电机组变速控制***连接的工程机械用柴油机、三相交流发电机和定频稳压器；所述柴油发电机组变速控制***用于控制所述工程机械用柴油机和三相交流发电机的转速；所述工程机械用柴油机用于提供转动动力；所述三相交流发电机用于将柴油机的机械动能转换成电能；所述定频稳压器用于将变化频率的电能整定为预定频率的电能，定频稳压器采用AC—DC—AC的工作方式。本发明***大大节省柴油发电机组购置费用；减少废气排放；提高柴油发电机组寿命；减少柴油发电机组维护保养费用，且电压采用DVR自动调节，频率采用定频器调节，频率调节和电压调节两者分开。

Description

智能交流变速柴油发电机组

技术领域

本发明涉及一种智能交流变速柴油发电机组。

背景技术

柴油发电机组以其重量轻、结构简单、功率密度大广泛应用在各行各业中，现实应用中各类型负载分为三大类，感性负载、阻性负载、容性负载

其中以感性负载使用最广泛，占据了全部负载的70%以上，比如电动机、节能灯、电脑、通信类设备。这些感性负载虽然千差万别，根据功能来分可以分为两大类，信号处理性负载和动力性负载。其中动力性负载占据了感性负载的80%以上。比如电动机。电动机带动各种负载工作，根据楞次定律——感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。电动机的瞬间起动电流一般可以达到额定电流的5-7倍，单台电动机瞬间起动电流再大，但对市政电网的容量来讲是可以忽略不计。所以接市政电网用电的电动机一般不用考虑启动电流的问题。但是，如果用柴油发电机组发电来驱动电动机，特别是带动用电动机驱动的空调压缩机、或者电焊机这类大瞬间启动电流的负载。配置的柴油发电机组的额定功率就要比负载的额定功率大3-5倍。因为柴油发电机组的容量对电动机负载来讲是很有限的。如果机组的配置功率只比负载额定功率大一些，那么瞬间启动电流过大，柴油机无法承受，然后熄火。在实际使用中我们一般配置的发电机机组额定功率比电动机负载的额定功率大3-5倍。

另外一方面，我们所使用最广泛的柴油发电机组为磁极对数为4级的三相交流发电机组，三相柴油发电机组输出电能的频率必须保持在50Hz，这就要求柴油机转速必须稳定在1500RPM，根据功率公式P=9550*N*T，柴油机的功率等于9550乘以转速（N）乘以钮矩（T）。发电用柴油机可以使用的转速在500—2200RPM之间，因为发电机组频率的限制，柴油机的可使用的转速在900-1500之间，发电用柴油机最大钮矩在1500RPM，工程机械用柴油机最大钮矩在1800RPM，同样一款柴油发动机（只有喷油***不同，其它都一样），工程机械用的柴油机最大输出功率要比发电用柴油机功率大15%—25%，在低速空载时，工程机械用的柴油机燃料消耗比发电机用柴油机在空载时燃料消耗低10%因为转速很低。

因为要保持交流发电机不管是空载还是满载时输出的三相交流电频率都保持在50Hz，所以这样柴油发动机所储备的功率不能充分发挥出来，在发电机空载时，因为要保持1500RPM的转速，导致不能以更低的负荷运转，从而多消耗燃油。

虽然我们配置大功率的柴油发电机组能够保证负载的正常使用，但是带来一系列问题。电动机成功启动后，电流迅速回归到额定电流，这将导致柴油发电机组长期处于轻载的运行状况，这种长期大马拉小车会导致如下问题：

（1）柴油发电机组购置费用较大；

（2）柴油发电机组寿命大大缩短；

（3）柴油发电机组燃油消耗大增，导致运行花费巨大。

实例：

有一台7KW.50HZ.380V.3P的电动机带动的冷库压缩机。额定电流约为12A，瞬间起动电流时间为60A.2S。

为此负载配置的柴油发电机组额定功率必须达到21KW。其中柴油机额定功率必须要达到22Kw(1500RPM时)（最大功率为24Kw(1500RPM时)），方可带动压缩机正常运行。

如果使用变速技术把柴油机剩余的25%功率发挥出来，那么为负载配置的发电机组中柴油机额定功率达到16.5Kw(1500RPM时)（最大功率可以达到24Kw(2200RPM时)）即可满足压缩机正常运行。

在同样满足负载功率需求的情况下，相同品牌的柴油发动机额定功率16.5Kw(1500RPM时)（最大功率24Kw(2200RPM时)）的柴油比额定功率22Kw(1500RPM时)（最大功率24KW(1500RPM时)）的柴油发动机价格要便宜将近25%。

负载起动成功后满负荷运行时16.5KW(1500RPM时)的发电机组剩余功率为7KW。22KW的发动机剩余功率为2KW。16.5KW机组耗油量为3.46L/h。22KW的发电机组耗油量为4.32L/h。这样每小时多耗费0.68L燃油.虽然做工相同。

机组由于长期轻载运行，燃烧恶化。会导致零件磨损加剧。维护保养费用将大大增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过发电用柴油机变速的运行方式来挖掘柴油机高速运行时的潜在输出功率，从而增加发电机组的输出功率，提高柴油发电机组抗过载能力、减少柴油发电机组燃油消耗、减少柴油发电机组的维护保养费用的智能交流变速柴油发电机组。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能交流变速柴油发电机组，包括一柴油发电机组变速控制***及与该柴油发电机组变速控制***连接的工程机械用柴油机、三相交流发电机和定频稳压器；

所述柴油发电机组变速控制***用于控制所述工程机械用柴油机和三相交流发电机的转速；当检测到的三相交流发电机的输出电压低于额定值且输出电流增大时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速加快，以提高工程机械用柴油机的输出功率；当检测到的三相交流发电机的输出电压大于额定值且输出电流减少时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速降低，以降低工程机械用柴油机的输出功率；

所述工程机械用柴油机用于提供转动动力；

所述三相交流发电机用于将柴油机的机械动能转换成电能；

所述定频稳压器用于将变化频率的电能整定为预定频率的电能，该定频稳压器采用AC—DC—AC的工作方式。

在本发明实施例中，所述柴油发电机组变速控制***包括一处理器及与该处理器连接的传感器模块、控制工程机械用柴油机的起动机和油门执行器；所述处理器还连接有一用于为柴油发电机组变速控制***提供电能的电源模块，该电源模块还连接有一蓄电池；所述处理器为S3C6410处理器。

在本发明实施例中，所述传感器模块包括用于检测智能交流变速柴油发电机组输出的三相电压检测传感器、用于检测智能交流变速柴油发电机组输出电流的三相电流检测传感器、用于检测柴油机机油压力的机油压力传感器、用于检测柴油机中水温的水温传感器和用于检测工程机械用柴油机及三相交流发电机转速的转速传感器。

在本发明实施例中，所述工程机械用柴油机工作在510RPM——2200RPM转速范围内。

在本发明实施例中，所述三相交流发电机为4级三相交流发电机组，工作在510RPM——2200RPM之间；

在本发明实施例中，所述三相交流发电机在510RPM——2200RPM转速范围内端电压均保持在额定电压400V，且在此速度范围内输出电能频率为工频17Hz-100Hz。

在本发明实施例中，所述定频稳压器包括一智能控制单元及一为整个定频稳压器提供电能的电源单元；所述智能控制单元与信号检测单元、整流滤波单元、逆变稳压单元、通信单元和显示操作单元连接。

在本发明实施例中，所述信号检测单元用于检测定频稳压器中各项参数；所述信号检测单元还用于检测空气温度和相对湿度；所述整流滤波单元用于将智能交流变速柴油发电机组的电能进行整流、滤波，进而输出稳定的直流电能至逆变稳压单元；所述逆变稳压单元用于将整流滤波单元输出的直流电能逆变为预定频率的交流电能；所述智能控制单元根据所述信号检测单元采集的***中各项参数，对所述整流滤波单元和逆变稳压单元进行控制，并实现***的欠过压、欠过频及过载保护；所述通信单元将所述信号检测单元采集的***中各项参数，传输给所述显示操作单元进行。

在本发明实施例中，所述定频稳压器正常工作输入电能的频率变化范围为1Hz-200Hz，额定输出频率为50Hz。

在本发明实施例中，所述智能交流变速柴油发电机组的工作方式如下，

低速运行状态：

所述智能交流变速柴油发电机组启动后，在所述柴油发电机组变速控制***的控制下，所述工程机械用柴油机驱动所述三相交流发电机旋转，智能交流变速柴油发电机组处于空载运行状态，当三相交流发电机电能输出后进入定频稳压器，定频稳压器把电能整定，输出预定频率、预定电压的电能，然后电能输送给负载；当负载起动后，柴油发电机组变速控制***控制智能交流变速柴油发电机组，使其输出功率追随负载，给负载提供稳定的电能；

高速运行状态：

当智能交流变速柴油发电机组所承担的负荷较重时，工程机械用柴油机在柴油发电机组变速控制***作用下，提高运行转速从而增大工程机械用柴油机的输出功率。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明***大大节省柴油发电机组购置费用；节省柴油；减少废气排放；提高柴油发电机组寿命；减少柴油发电机组维护保养费用；

2、本发明智能交流变速柴油发电机组功率8KW-2000KW全功率段可用；

3、本发明配备了串口RS485，网络，USB，GPRS等多种通信接口，可以远程实现三“遥控”功能；

4、电压采用DVR自动调节，频率采用定频器调节，频率调节和电压调节两者分开。

附图说明

图1为本发明智能交流变速柴油发电机组的示意框图。

图2为本发明柴油发电机组变速控制***示意框图。

图3为本发明定频稳压器整体框图。

图4为本发明定频稳压器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明一种智能交流变速柴油发电机组，包括一柴油发电机组变速控制***及与该柴油发电机组变速控制***连接的工程机械用柴油机、三相交流发电机和定频稳压器；

所述柴油发电机组变速控制***用于控制所述工程机械用柴油机和三相交流发电机的转速；当检测到的三相交流发电机的输出电压低于额定值且输出电流增大时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速加快，以提高工程机械用柴油机的输出功率；当检测到的三相交流发电机的输出电压大于额定值且输出电流减少时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速降低，以降低工程机械用柴油机的输出功率；

所述工程机械用柴油机用于提供转动动力；

所述三相交流发电机用于将柴油机的机械动能转换成电能；

所述定频稳压器用于将变化频率的电能整定为预定频率的电能，该定频稳压器采用AC—DC—AC的工作方式。

如图2所示，本实施例中，所述柴油发电机组变速控制***包括一处理器及与该处理器连接的传感器模块、控制工程机械用柴油机的起动机和油门执行器；所述处理器还连接有一用于为柴油发电机组变速控制***提供电能的电源模块，该电源模块还连接有一蓄电池；所述处理器为S3C6410处理器。

处理器输出指令到工程机械用柴油机的起动机和油门执行机构，传感器模块检测三相交流发电机输出的电压和电流，当检测到发电机电压低于额定值时，电流增大时，该检测的电压和电流把信号输入到处理器，处理器经过计算，输出一个模拟量的数值传送到油门执行器，增大工程机械用柴油机的油门开度，工程机械用柴油机此时迅速提高速度，输出功率增大，使工程机械用柴油机的输出功率满足三相交流发电机的带动需求（扩大柴油机的最大输出功率，当传感器模块检测到三相交流发电机输出电流减少，电压恒定，则处理器对采集到的电流和电压进行计算，此时会发出一个模拟量的值到油门执行器来，减少工程机械用柴油机油门开度，工程机械用柴油机此时处于轻载低速，以节省燃料。（低速省油）；上述的传感器模块就是不断检测智能交流变速柴油发电机组所处的负荷，来及时调整工程机械用柴油机的输出功率，从而拓展工程机械用柴油机高速的大功率区间，低速运行节省柴油。

本实施例中，所述传感器模块包括用于检测智能交流变速柴油发电机组输出电压的三相电压检测传感器、用于检测智能交流变速柴油发电机组输出电流的三相电流检测传感器、用于检测柴油机机油压力的机油压力传感器、用于检测柴油机中水温的水温传感器和用于检测工程机械用柴油机及三相交流发电机转速的转速传感器。

本实施例中，所述工程机械用柴油机工作在510RPM——2200RPM转速范围内。

本实施例中，所述三相交流发电机为4级三相交流发电机组，工作在510RPM——2200RPM之间；

本实施例中，所述三相交流发电机在510RPM——2200RPM转速范围内端电压均保持在额定电压400V，且在此速度范围内输出电能频率为工频17Hz-100Hz。

如图3-4所示，本实施例中，所述定频稳压器包括一智能控制单元及一为整个定频稳压器提供电能的电源单元；所述智能控制单元与信号检测单元、整流滤波单元、逆变稳压单元、通信单元和显示操作单元连接。

本实施例中，所述信号检测单元用于检测定频稳压器中各项参数；所述信号检测单元还用于检测空气温度和相对湿度；所述整流滤波单元用于将智能交流变速柴油发电机组的电能进行整流、滤波，进而输出稳定的直流电能至逆变稳压单元；所述逆变稳压单元用于将整流滤波单元输出的直流电能逆变为预定频率的交流电能；所述智能控制单元根据所述信号检测单元采集的***中各项参数，对所述整流滤波单元和逆变稳压单元进行控制，并实现***的欠过压、欠过频及过载保护；所述通信单元将所述信号检测单元采集的***中各项参数，传输给所述显示操作单元进行。

本实施例中，所述定频稳压器正常工作输入电能的频率变化范围为1Hz-200Hz，额定输出频率为50Hz。

本实施例中，所述智能交流变速柴油发电机组的工作方式如下，

低速运行状态：

所述智能交流变速柴油发电机组启动后，在所述柴油发电机组变速控制***的控制下，所述工程机械用柴油机驱动所述三相交流发电机旋转，智能交流变速柴油发电机组处于空载运行状态，当三相交流发电机电能输出后进入定频稳压器，定频稳压器把电能整定，输出预定频率、预定电压的电能，然后电能输送给负载；当负载起动后，柴油发电机组变速控制***控制智能交流变速柴油发电机组，使其输出功率追随负载，给负载提供稳定的电能；

高速运行状态：

当智能交流变速柴油发电机组所承担的负荷较重时，工程机械用柴油机在柴油发电机组变速控制***作用下，提高运行转速从而增大工程机械用柴油机的输出功率。

本发明（1）通过变速运行方式使柴油机工作在高速（大于1500RPM），充分挖掘柴油发动机的性能：以前的柴油发电机组都是定速柴油发电机组，保持发电机组频率稳定在50Hz，此时柴油机转速必须控制在1500RPM，但是我们通常使用的柴油机转速在500—2200RPM之间，而根据功率公式P=9550*N*T，柴油机的功率等于9550乘以转速（N）乘以钮矩（T），这样在定速运行的柴油机所具有的输出功能还有15%-25%没有发挥出来。通过变速运行方式充分发挥柴油机的功率，同一款柴油机在驱动三相交流发电机的应用上可以输出更多的功率。

（2）在发电机组空载运行状态下，使柴油发电机组低速运行，从而在空载的情况下降低燃油消耗。

（3）通过定频稳压器，直接把以前柴油机转速和输出频率关系断开（发动机与发电机同轴，发电机转速与柴油机转速相同，60f=PN，f是发电机输出电能的频率，P是发电机磁极对数的1/2，N是发电机转速，如果发电机用4级的P=2，转速是1500转则f=PN/60=（2*1500）/60=50Hz），通过定频器，把变化的频率整定成稳定的50Hz频率输出，不管柴油发动机转速是多少，始终保持发电机最终输出电能的频率为50Hz。从而使柴油机的转速不影响最终输出的频率，使发电机最终输出频率保持稳定，稳定在50Hz。

（4）智能化：发电机组电源设备通过CAN总线与负载设备建立通信，成为智能输配电***。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能交流变速柴油发电机组，其特征在于：包括一柴油发电机组变速控制***及与该柴油发电机组变速控制***连接的工程机械用柴油机、三相交流发电机和定频稳压器；

所述柴油发电机组变速控制***用于控制所述工程机械用柴油机和三相交流发电机的转速；当检测到的三相交流发电机的输出电压低于额定值且输出电流增大时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速加快，以提高工程机械用柴油机的输出功率；当检测到的三相交流发电机的输出电压大于额定值且输出电流减少时，所述柴油发电机组变速控制***控制工程机械用柴油机转速降低，以降低工程机械用柴油机的输出功率；

所述工程机械用柴油机用于提供转动动力；

所述三相交流发电机用于将柴油机的机械动能转换成电能；

所述定频稳压器用于将变化频率的电能整定为预定频率的电能，该定频稳压器采用AC—DC—AC的工作方式；

所述柴油发电机组变速控制***包括一处理器及与该处理器连接的传感器模块、控制工程机械用柴油机的起动机和油门执行器；所述处理器还连接有一用于为柴油发电机组变速控制***提供电能的电源模块，该电源模块还连接有一蓄电池；所述处理器为S3C6410处理器；所述传感器模块包括用于检测智能交流变速柴油发电机组输出电压的三相电压检测传感器、用于检测智能交流变速柴油发电机组输出电流的三相电流检测传感器、用于检测柴油机机油压力的机油压力传感器、用于检测柴油机中水温的水温传感器和用于检测工程机械用柴油机及三相交流发电机转速的转速传感器；所述工程机械用柴油机工作在510RPM——2200RPM转速范围内；所述三相交流发电机为4级三相交流发电机组，工作在510RPM——2200RPM之间；所述三相交流发电机在510RPM——2200RPM转速范围内端电压均保持在额定电压400V，且在此速度范围内输出电能频率为工频17Hz-100Hz。

2.根据权利要求1所述的智能交流变速柴油发电机组，其特征在于：所述定频稳压器包括一智能控制单元及一为整个定频稳压器提供电能的电源单元；所述智能控制单元与信号检测单元、整流滤波单元、逆变稳压单元、通信单元和显示操作单元连接。

3.根据权利要求2所述的智能交流变速柴油发电机组，其特征在于：所述信号检测单元用于检测定频稳压器中各项参数；所述信号检测单元还用于检测空气温度和相对湿度；所述整流滤波单元用于将智能交流变速柴油发电机组的电能进行整流、滤波，进而输出稳定的直流电能至逆变稳压单元；所述逆变稳压单元用于将整流滤波单元输出的直流电能逆变为预定频率的交流电能；所述智能控制单元根据所述信号检测单元采集的***中各项参数，对所述整流滤波单元和逆变稳压单元进行控制，并实现***的欠过压、欠过频及过载保护；所述通信单元将所述信号检测单元采集的***中各项参数，传输给所述显示操作单元进行显示。

4.根据权利要求3所述的智能交流变速柴油发电机组，其特征在于：所述定频稳压器正常工作输入电能的频率变化范围为1Hz-200Hz，额定输出频率为50Hz。

5.根据权利要求4所述的智能交流变速柴油发电机组，其特征在于：所述智能交流变速柴油发电机组的工作方式如下，

低速运行状态：

所述智能交流变速柴油发电机组启动后，在所述柴油发电机组变速控制***的控制下，所述工程机械用柴油机驱动所述三相交流发电机旋转，智能交流变速柴油发电机组处于空载运行状态，当三相交流发电机电能输出后进入定频稳压器，定频稳压器把电能整定，输出预定频率、预定电压的电能，然后电能输送给负载；当负载起动后，柴油发电机组变速控制***控制智能交流变速柴油发电机组，使其输出功率追随负载，给负载提供稳定的电能；

高速运行状态：

当智能交流变速柴油发电机组所承担的负荷较重时，工程机械用柴油机在柴油发电机组变速控制***作用下，提高运行转速从而增大工程机械用柴油机的输出功率。