CN203189128U - 发电机组及对燃料进入发电机组的喷射进行调节的*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机组及对燃料进入发电机组的喷射进行调节的***。一种发电机组(1)包括发动机(2)以及由该发动机驱动的交流发电机(3)，该发动机包括速度调节器(4)，该发电机组被配置为：将与电功率(P)的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的信息项传输至该速度调节器(4)，并且至少随着这信息项的变化来对喷射进入该发动机(2)中的燃料流速进行适配。

Description

发电机组及对燃料进入发电机组的喷射进行调节的***

技术领域

本实用新型涉及发电机组的调节。 

背景技术

一个发电机组由一个发动机以及一个交流发电机的组件构成。为了提供一个额定电压以及频率，发动机和交流发电机都装备有调节装置。发动机装备有被整合到该发动机的燃料喷射***中的一个电子速度调节器。除其他之外，发动机速度的调节会取决于发动机轴的旋转速度的测量值，例如通过一个传感器对每时间单位内一个有齿的环齿轮在该传感器前面经过的齿数进行计数。 

通过由这个传感器发送的信号，速度调节器的喷射计算机确定了喷射的水平从而将速度保持在一个预定值上，但是并不具有施加在该发动机上的负载水平的直接知识，因为还不存在经济的手段来用于将这个负载水平告知计算机。 

施加到该发动机上的负载的每个变化，无论它是增加还是减少，均会导致这个发动机转数（速度调节器试图通过一个适当的喷射水平来对其进行校正）的瞬时减少或增加。 

在已知的发电机组中，仅仅是通过速度和喷射水平的知识，该调速器就确定了施加到发动机上的这个负载水平。 

对发动机所要求的扭矩C是直接与交流发电机的输出处的电流I成比例的。实际上，发动机的功率P的定律为： 

P=C.w， 

其中，w是发动机的旋转速度。 

交流发电机的功率定律P为： 

其中，U是交流发电机的输出电压，并且 

是电流I与电压U之间的 相移。 

发动机和交流发电机是机械式连接的，对于在偶联效率之内，它就有可能写为： 

在一个大的有效负载的施加过程中， 

变得接近于1，并且交流发电机的电压下降。交流发电机装备有一个电压调节器，该电压调节器通过在磁极轮中增加电流而迅速校正这个电压下降。 

负载中的这种变化还导致速度的下降，因为对发动机所要求的扭矩C增大了。发动机没有能力立即响应这个要求，其速度w下降，这是因为扭矩C的一部分是从旋转动能的储备中抽取的。 

实质上，使发动机增加速度的方式是以这个电压调节器如何快速地将帮助应用到这个发动机上为条件的。 

涡轮增压器发动机正被越来越多地使用在发电机组中。这种类型的发动机的一个缺点是如果涡轮增压不能正确地被启动那么它的性能会降级。 

现在，负载的重大变化会倾向于就发动机的正确运行而言使得发动机过度减速。在怠速运行的过程中，进气口的压力是接近于大气压力的，而一旦负载的增加被施加到发电机组上，该发动机的速度就下降到这样一个点上，即：不论速度调节器在喷射***上反应，排气流都不足以将这些涡轮增压器的这个或这些涡轮启动到它们的运行状况中。于是它们没有能力使进气压力增加，而这种增加是为了使该发动机有能力加速并且恢复到其额定速度所要求的。因此，存在一个不返回的点，在此要求的是避免达到该点。 

在一种已知的方式中，这种发动机帮助是在发动机的速度已经下降并且其速度已经下落低于某一数值时施加的。 

从专利US 5 703 410中已知，基于该交流发电机的输出处的矫正的电压的知识来监测交流发电机的励磁电流以及燃料喷射。 

从申请EP 1 938 447中也已知，当检测到一个负载变化时，通过监测装置发送一个控制信号（它代替了速度调节器的输出信号）来控制发电机组的燃料吸入致动器。 

存在着一种要求来进一步改进发电机组的性能，尤其是在负载增加的过程中，以便除其他之外协助涡轮增压器发动机的使用。 

实用新型内容

本实用新型目的是至少部分地应对这种要求并且根据本实用新型的多个方面中的一个，本实用新型通过以下方式实现了这种目的，即：一种对燃料进入发电机组的发动机中的喷射进行调节的方法，该发电机组包括由该发动机驱动的一个交流发电机，该发动机包括一个速度调节器，该方法包括以下步骤：将与电功率（electrical power）的变化相关和/或与该电功率水平相关联的一信息项传输至该速度调节器，并且至少随着这信息项的变化来对喷射进入发动机中的燃料流速进行适配。 

通过本实用新型，一旦施加一个负载和/或一旦该电功率发生变化，电功率水平的知识就使之有可能通过在交流发电机与速度调节器之间的信息通信来即时地将一种校正应用到这个发电机组上。这个发电机组的性能增加而无需改变其任何其他特性。具体而言，这个速度调节器可以用容纳在对于发动机而言是具体的一个或多个壳体中的一个或多个电子卡的形式来实施，并且这个电压调节器可以用容纳在对于交流发电机而言是具体的一个或多个壳体中的一个或多个电子卡的形式来实施。一条总线可以允许信息在这些电子卡之间进行交换。 

这个交流发电机包括一个电压调节器，这个电压调节器通过这样一条信息传送总线可以将与电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的这信息项传输至发动机速度调节器。这条总线还可以连接到用于发电机组的一个监测界面上，例如，被安排在这个机组的前面的或侧面的一个柜中。 

交流发电机的电压调节器可以在任何时刻观察被施加到发电机组上的负载水平并且非常快速地计算这个电功率。在本实用新型中，由此可以通过知道被施加到发电机组和/或其变体上的负载的电功率而使调节生效。 

通过观察电功率来检测负载的变化就允许了预期发动机的速度下降，并且然后可以实施多种措施来以一种有效的方式限制这种下降。 

例如，一旦检测到交流发电机的输出处的电功率变化，尤其是在发动机速度传感器检测到速度下降之前，就可以增加喷射进入发动机中的燃料流速，从而使发动机加速。 

交流发电机的输出处的电功率（限定了施加到发电机组上的负载水平）可以是在对经过交流发电机的主电枢绕组的电流进行测量的一个电流传 感器的帮助下以及在交流发电机的输出处的电压的知识的帮助下被确定的。这个功率可以通过电压调节器的通常已知的电学的量来计算。 

电功率的值以及（如果适当的话）其变化、或者对于喷射的调节是有用的任何其他量值可以通过任何适当的连接（例如，串行的，例如，CAN或者其他的连接）而被这个交流发电机的电压调节器传输至这个发动机速度调节器的喷射计算机，这个喷射计算机可以很好地在通过该发动机的旋转速度传感器的一种间接的方式而获得这信息项之前来计算一个新的喷射剂量。 

在对有待应用的喷射水平进行计算的过程中，知道发电机组的负载水平是有用的，发动机在负载变化前的状态会影响其行为，例如，在负载变化过程中的进气压力。 

喷射进入发动机中的燃料流速的这种改变可以通过一种线性的或非线性的方式来取决于交流发电机的输出处的电功率相对于时间的导数，这个导数可能是持续地、以规律的间隔计算出的。 

喷射进入发动机中的燃料流速随着交流发电机的输出处的电功率的变化的这种演进可以遵循一个预定的控制规则，例如，在表格中被预先录入的、或者被计算出来。这种计算可以涉及至少一个参数，如在施加这种校正时的电功率水平。 

当检测到交流发电机的输出处的电功率变化时，优选地改变这个磁极轮中电流的值，以便出于减小对发动机所要求的扭矩水平的观点而优选地在发动机速度下降之前暂时性地使交流发电机的输出电压达到一个值，这个值低于检测到电功率变化之前的值。 

磁极轮中电流的值的这种改变以及作为结果而导致的交流发电机电压的下降可以取决于检测到这种变化时已知的电功率水平。 

这个磁极轮中电流的值的这种改变可以尤其是以一种线性的或非线性的方式取决于交流发电机的输出处的电功率相对于时间的导数，这个导数可能是连续地、以规率的间隔被计算出的。 

随着交流发电机的输出处的电功率的变化的这个磁极轮中电流的值的这种演进可以遵循一个预定的控制规则，例如，在一个表中预先记录的、或者根据有至少一个参数（例如，电功率水平）的一个函数计算出。 

磁极轮中的电流由此甚至在施加低负载的情况下也被适当减小，并且发动机转矩以一种适当的方式在发动机的功率增加所要求的时间过程中 被减小。 

为了对磁极轮中的电流起作用，有可能的是在交流发电机包括一个励磁机（它具有一个线圈式定子）时对励磁机的励磁电流起作用。磁极轮中的电流的改变可以例如通过减少励磁机的励磁电流来实现。 

具体地说，在交流发电机包括一个励磁机（其定子包括多个永磁体）的情况下，有可能的是通过以下方式对磁极轮中的电流起作用：将一个切换***安排在该转子上使之有可能调制该磁极轮中的电流。 

在这样一个变体中，该交流发电机在该转子处可以包括用于控制该切换***的一个控制器。一个传输***，例如无线的，可以与位于该交流发电机的定子处的电压调节器进行通信。 

该控制器可以控制该切换***，以便例如通过跨过该磁极轮的这些端子的电压的一种脉宽调制而对该交流发电机的输出电压进行调节。该调节器可以随着搜索到的该交流发电机的输出电压的变化来改变该脉宽调制的占空比。这种改变使之有可能在负载变化时改进发电机组的响应时间。 

交流发电机的输出可以连接到一个三相网络上，发动机的额定旋转速度为例如1500rpm，额定频率为50Hz，并且交流发电机的多个相之间的额定输出电压例如为400V。 

根据本实用新型的多个方面中的另一个，本实用新型的主题进一步是一种发电机组，这种发电机组包括一个发动机以及由该发动机驱动的一个交流发电机，这种发电机组适合于实施根据本实用新型的方法（如在以上限定的）。 

这个机组可以包括一条总线从而允许在速度调节器、电压调节器以及一个用户界面之间进行信息交换，这条总线可以例如采取一个监测柜的形式，这个监测柜被定位在与速度调节器以及电压调节器不同的位置处。信息在总线上的交换是例如通过一个串行传输协议，例如CAN或类似的协议来实现的。 

这个机组装备有一个调节***，这个调节***确保了交流发电机的输出处的电学的数据的变化被最佳地利用以便将该发动机保持在适合的运行范围中。这个调节***实现了以上限定的方法，并且某些调节功能可以通过发动机的速度调节器来实现，而其他的功能通过电压调节器来实现。 

以上已经相对于该方法列出的本实用新型的所有这些特征因此也是相对于这种发电机组而持有的。 

这个调节***可以尤其被配置为将与电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的一信息项传输至速度调节器，并且至少随着这信息项的变化来对喷射进入发动机中的燃料流速进行适配。 

这个调节***可以在电压调节器的水平处包括一个计算机，这个计算机对电功率相对于时间的导数进行计算，并且当这个导数是正的或者大于某一阈值时，改变这个磁极轮中电流的值，以便使交流发电机的输出电压达到一个值，这个值低于检测到变化之前的值。这使之有可能优选在发动机已经减速之前减小对发动机所要求的扭矩水平。 

根据一个实施例，提供了一种发电机组，该发电机组包括发动机以及由该发动机驱动的交流发电机，该发动机包括速度调节器，其中，所述速度调节器被配置为接收与电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的信息项，并且所述发电机组至少随着这信息项的变化来对喷射进入该发动机中的燃料流速进行适配。 

可选地，所述交流发电机可包括电压调节器，该电压调节器通过例如总线或者信息模拟项而将与电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的该信息项传输至该速度调节器。 

可选地，该发动机可包括速度传感器，该速度传感器被配置为检测所述发动机的速度，并且所述发电机组在该电压调节器检测到该交流发电机的输出处的电功率变化的情况下并在该速度传感器已检测到发动机速度下降之前使得喷射进入该发动机中的燃料流速增加。 

可选地，所述电压调节器在对经过该交流发电机的主电枢绕组的电流进行测量的电流传感器的帮助下、以及在该交流发电机的输出处的电压的知识的帮助下来确定该交流发电机的输出处的电功率。 

可选地，该交流发电机包括磁极轮，该磁极轮中电流的值在该电功率变化的情况下被改变，以便暂时性地使该交流发电机的输出电压达到一个值，该值低于检测到该电功率变化之前的值，以此减小对发动机所要求的的扭矩水平。 

可选地，所述交流发电机还包括励磁机，其中，当所述励磁机的励磁电流减少时，所述磁极轮中的电流改变。 

可选地，所述交流发电机还包括控制器和切换***，所述控制器控制所述切换***对跨过所述磁极轮的端子的电压进行脉宽调制，以改变该磁极轮中的电流。 

可选地，该发动机是一个涡轮增压的发动机。 

根据另一实施例，提供了一种用于对燃料进入发电机组的发动机中的喷射进行调节的***。其中，该发电机组包括由该发动机驱动的交流发电机，该交流发电机包括转子，该转子具有磁极轮，该发动机包括速度调节器和速度传感器，其中，该速度调节器被配置为通过总线接收与该电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的信息项，并且所述***至少随着这信息项的变化来对喷射进入该发动机中的燃料流速进行适配。 

可选地，该***可包括计算机，该计算机对该电功率相对于时间的导数（dP/dt）进行计算，并且当该导数是正的或者大于某一阈值时，在该发动机的速度传感器已检测到发动机速度下降之前，指示喷射进入该发动机中的燃料流速的增加。 

可选地，所述速度调节器可根据所述电功率水平来改变喷射进入该发动机中的燃料流速。 

可选地，当该电功率对于时间的导数是正的或大于某一阈值时，所述计算机指示改变该磁极轮中的电流。 

可选地，该***可包括与该转子一起旋转的控制器，该控制器能够通过跨过该磁极轮的这些端子的电压的脉宽调制来控制该磁极轮中的电流。 

附图说明

通过阅读按照后面的实现方式的非限制性实例的详细说明并且通过查看附图可以更好地理解本实用新型，在附图中： 

图1表示根据现有技术的一个发电机组， 

图2表示根据本实用新型的一个发电机组， 

图3通过分离的方式表示根据本实用新型的一个交流发电机， 

图4以一种示意性的方式表示了根据本实用新型的发电机组的调节链，并且 

图5和图6表示根据本实用新型的一种交流发电机的变体。 

具体实施方式

如在图1中展示的，根据现有技术的一种发电机组包括一个发动机2 以及其上施加了一个负载的交流发电机3。 

这个发动机2包括一个速度调节器4，这个速度调节器包括一个喷射计算机，这个计算机对发动机的喷射量（或者气体的控制）进行计算，从而尽可能地使旋转速度w可以被保持恒定在一个额定值w_n处，这个额定值取决于交流发电机的极性以及在输出处搜索到的电流的频率，例如，对于50Hz的频率为1500rpm。 

这个发动机2包括一个速度传感器5，这个传感器可以是例如感应的、电容的、或者光学的。传感器5例如被安排在由这个发动机驱动在旋转之中的一个有齿的环齿轮的前面，并且以一种与旋转速度w成比例的频率来发送脉冲。 

速度调节器4接收来自传感器5的这种信号并且计算出用于保持这个速度的适当的燃料喷射水平。 

如图3中展示的，根据本实用新型的一个交流发电机3的转子19可以包括由一个全波二极管桥构成的一个整流器17，从而在励磁机电枢7的基础上为一条DC总线23供电。 

交流发电机3在定子20处可以包括一个励磁机感应器28并且主电枢绕组27被连接到一个负载30上，示意性地表出。 

根据本实用新型的交流发电机3的输出例如对一个三相网络供电，发动机2的额定旋转速度w_n例如是1500rpm，额定频率F_n是例如等于50Hz，并且在该交流发电机的多个相之间的额定输出电压U_n例如是400V。 

发动机2有利地是一个涡轮增压的发动机，但是本实用新型不受限于一种具体的发动机类型。 

如图2展示的，根据本实用新型的一个交流发电机3包括一个电压调节器6，这个电压调节器包括一个调节***，这个调节***被设计为在交流发电机的输出处的电功率P的基础上检测这个负载的变化。这个电压调节器6可以是一种数字式调节器，但本实用新型并不限于一种具体的电压调节器类型。 

这个发电机组1在所描述的实例中包括一个用户界面31，这个用户界面与电压调节器6以及速度调节器4进行通信，例如，通过一条信息交换总线，例如，通过一个CAN、Mod总线、CAN开路、J1939、专有的、或者其他链路协议。因此，这个电压调节器6可以将信息传输至速度调节器4，并且反之亦然。 

用户界面31包括一个监视屏，例如，一个网络分析器或者一个装置监督器。用户界面31可以例如执行读取和显示这个交流发电机3的电压、电流、功率以及温度的值。这个界面31可以使之有可能对电压、功率因数、功率单元、手动操作点进行调节，或者对每个调节循环的增益进行调节，并且如果适当的话，对在瞬时状态中对用于帮助这些响应的最佳化的参数进行调节。 

用户界面31还使之有可能调节多个限度参数、不同的选项、以及取决于所使用的交流发电机的类型的多个参数。 

电压调节器6通过与交流发电机的输出处的电量相关联的信息来计算交流发电机的输出处的电功率P，例如，在交流发电机的输出处的多个相之间的电压U以及经过定子20的主电枢绕组27的电流的基础上，这个电流是通过一个在图3中表示的电流传感器11来确定的。电压调节器6可以由具有多个永久磁体9的一个发电机或者由任何其他装置来供电。 

这个电压调节器被配置为通过上述总线将这信息项传输至这个速度调节器从而将电功率P的变化告知发动机2的速度调节器4。因此，这个喷射计算机可以甚至在发动机速度传感器5已检测到旋转速度下降之前来确定喷射进入发动机中的燃料流速随着电功率的变化的这种改变。 

喷射进入发动机中的燃料流速因此是随着电功率的导数dP/dt的变化而改变的。燃料流速随着功率的导数dP/dt变化的这种演进是遵循一个预定的控制规则的，这个规则可以是被列表的或者在每个瞬时计算出的。这个控制规则取决于发动机及其性能。 

喷射进入发动机2中的燃料流速的这种改变取决于交流发电机3的输出处的电功率的变化，并且优选地还取决于这个电功率水平。 

在电功率变化的情况下，这个电压调节器可以改变磁极轮8中电流的值，从而使交流发电机3的输出电压U达到一个值，这个值低于在检测到电功率变化之前的值。 

这个电压调节器6包括一个计算机12（例如基于微处理器的），这个计算机确定有待施加在磁极轮8中以便将电压幅值保持在一个设定点的值上的电流，这个设定点的值默认为额定电压U_n。 

如在图4中展示的，在步骤110中有功功率P_tn是在每个瞬时t_n处测量的，在步骤111中记录下在瞬时t_n-1处测量的值P_tn-1。这个导数dP/dt是在步骤112中计算的。 

在额定运行下，在不存在任何有待应用的校正的情况下，也就是说如果dP/dt是零或者小于一个预定阈值，这个调节链使交流发电机3的电压保持在这个设定点的值116，这个设定点的值是额定电压。 

如果这个电功率的导数dP/dt是正的，就在步骤114中确定有待应用到这个设定点的电压的一个校正量K，出于为了减小交流发电机的输出处的电压并且暂时性地减小对发动机所要求的扭矩的观点，从而允许发动机更容易地加速。 

磁极轮8中电流的值以及交流发电机3的输出电压的改变是取决于交流发电机3的输出处的有功功率的变化，并且优选地还取决于有功功率的水平。由此，这个校正量K可以随着有功功率在瞬时t_n-1处的水平115的变化而得到调制。 

电压调节器6可以按一种常规的方式对定子20处的励磁电流起作用，从而改变磁极轮8中的电流并且因此改变电压U。 

在图5和图6中所表示的变体中，转子19包括一个内置的通信***，并且该DC总线23被连接到一个切换***18上。可以设想的是一个滤波电容器21。 

例如，这个切换***18可以，如展示的，由一个续流二极管26以及由一个可切换的电子部件25（例如一个IGBT晶体管）形成。 

一个控制器13控制着这个切换***18，以便通过脉宽调制来调节这个磁极轮8中的电压。脉宽调制的占空比β除其他之外还取决于主要机器的输出电压，以便尽可能地将交流发电机3发出的电压保持在希望的值上。 

转子19包括在该实例中展示的一个电流传感器10，用于对磁极轮8中的电流进行测量。如此测量的电流的值被传输到控制器13上。 

在说明的这个实例中，定子20处的电压调节器6由一个电源32来供电，并且这个励磁机感应器28是线圈式的。一个HF无线通信***被安排在交流发电机3的转子19的控制器13与定子20的电压调节器6之间。这个无线通信***是由安排在转子19处的传输模块14、安排在定子20上的传输模块29、以及连接所述这些模块的无线传输通道15形成的。 

通过转子19的电流传感器10测量的磁极轮8中电流的值由无线通信***14、15、29传输到定子20的电压调节器6上。 

一旦发动机的功率已经增加并且旋转速度w增加，就可以再次改变这个磁极轮中的电流的值，以便使输出电压U的值回到功率变化之前的那个值，回到一个额定运行点。 

本实用新型不限于刚刚描述的这些实例。这些实例的特征可以结合在未展示的变体中。 

除非另外说明，术语“包括一个”应理解为是与“包括至少一个”同义。 

Claims (9)

1.一种发电机组(1)，包括发动机(2)以及由该发动机驱动的交流发电机(3)，该发动机包括速度调节器(4)，特征在于， 

所述交流发电机包括电压调节器(6)，所述电压调节器(6)通过总线向所述速度调节器(4)传送与电功率(P)的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的信息项，并且 

所述速度调节器(4)至少随着所接收的信息项的变化来对喷射进入该发动机(2)中的燃料流速进行适配。 

2.根据权利要求1所述的发电机组，其中该发动机(2)还包括速度传感器(5)，该速度传感器(5)被配置为检测所述发动机的速度。 

3.根据权利要求1所述的发电机组，其中所述交流发电机(3)还包括电流传感器(11)，所述电流传感器对要由所述电压调节器(6)使用来确定所述交流发电机(3)的输出处的电功率(P)的、通过所述交流发电机的主电枢绕组(27)的电流进行测量。 

4.根据权利要求1所述的发电机组，其中该交流发电机(3)还包括磁极轮(8)，该磁极轮(8)中电流的值在该电功率(P)变化的情况下改变，以便暂时性地使该交流发电机(3)的输出电压(U)达到低于检测到该电功率变化之前的值的一个值。 

5.根据权利要求4所述的发电机组，其中所述交流发电机(3)还包括励磁机，所述励磁机的励磁电流的减少导致所述磁极轮(8)中的电流改变。 

6.根据权利要求4所述的发电机组，其中所述交流发电机(3)还包括控制器(13)和切换***(18)，所述控制器控制所述切换***对跨过所述磁极轮(8)的端子的电压进行脉宽调制，以改变该磁极轮(8)中的电流。 

7.根据权利要求1所述的发电机组，其中该发动机(2)是一个涡轮增压的发动机。 

8.一种用于对燃料进入发电机组(1)的发动机(2)中的喷射进行调节的***，其中该发电机组包括由该发动机驱动的交流发电机(3)，该交流发电机包括转子，该转子具有磁极轮(8)，该发动机(2)包括速度调节器(4)和速度传感器(5)，特征在于，该速度调节器(4)至少根据通过总线接收的与该电功率的变化相关联的和/或与该电功率水平相关联的信息项的变化来对喷射进入该发动机(2)中的燃料流速进行适配。 

9.根据权利要求8所述的***，其中该***包括与该转子(19)一起旋转的控制器(13)，该控制器能够通过跨过该磁极轮的这些端子的电压的脉宽调制来控制该磁极轮(8)中的电流。 

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