CN101399459A - 一种用于永磁发电机的可控调压方法及其装置 - Google Patents

一种用于永磁发电机的可控调压方法及其装置 Download PDF

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Abstract

提供一种用于永磁发电机的可控调压方法和装置，能根据负载的用电情况自动调节电压输出，实现节能可控调压。可以在不增加制造成本的情况下，能够有效改善系统的能量损耗，提高系统的可靠性，并且能在蓄电池引线断开后，也有稳定的直流电压输出，满足摩托车整车性能的要求。

Description

一种用于永磁发电机的可控调压方法及其装置
技术领域
本发明一般涉及永磁发电机整流调压技术，更具体地涉及车辆永磁发电机的可控调压方法及其装置。
背景技术
摩托车用动力能源全部由燃油供给，车上发动机消耗燃油获得功率扭力牵引，同时扭转永磁发电机产生电能，并经整流调压器调节电压后输出，给车上蓄电池提供充电电能及车上负载提供电能。
现有的摩托车永磁发电机用整流调压器采用的是单向可控硅削波短路调压器。图1所示是公众所知的现有技术削波短路调压电路，由单向可控硅和二极管组成的削波短路调压电路，永磁发电机产生的交流电能经三相桥式整流器整流给蓄电池提供充电能量，同时给车上负载提供电能。当蓄电池充足电能时，控制电路触发3个单向可控硅导通，使永磁发电机产生的电能通过3个单向可控硅削波短路、发热消耗，以热能的形式白白浪费。
并且，永磁发电机转速越高，永磁发电机产生的电能越大，削波短路产生的发热消耗也就越大，尤其对于功率较大的永磁发电机，发热消耗会更严重。永磁发电机产生的电能是从发动机消耗燃油(汽油)获得的，可见，发热消耗、能量损耗归根到底是燃油的消耗。
这导致两种不利影响：第一种是从车辆发动机抽取较多的功率，常年累月结果有较大的燃油消耗和废气排放污染；第二种影响是耗散的电能导致永磁发电机绕组和整流调压器温升高，加剧老化，不利地影响其可靠性。
可见，现有技术的摩托车整流调压要以消耗燃油为代价，况且，造成自然界能源的浪费，这不符合科学发展观，也不符合现代车辆高效、节能、环保的要求。这些问题作为共性问题正引起我国政府和发达国家的关注。
寻求解决问题的方案是现实需求的，迄今已经提出多种节能整流调压电路，但有两个问题还没有解决，第一个问题是：电路较复杂，制造成本相对较高，不利于产品的市场化推进；第二个问题是：在某种情况下保险丝熔断，在蓄电池引线断开后，整流调压电路就不能正常工作，影响车辆夜间行驶的安全，没有达到摩托车的整车性能要求。
因此，现实生活需求一种适用于摩托车的节能整流调压装置，以改善系统的发热消耗，减小能源浪费，同时改善废气排放污染；并且该装置在蓄电池引线断开后，能够正常工作，有稳定的直流电压输出，以确保车辆夜间行驶的安全。
发明内容
基于高效、节能、环保的理念，同时又考虑到摩托车的整车性能要求，本发明的一般目的是提出一种创新的可控调压技术方案、方法。该方法适用于车辆永磁发电机的可控调压，借助于该方法实施，使由现有技术削波调压造成的发热消耗和能量损耗保持到最小，并因此大大减小磁电机绕组和整流调压器的发热量。
而本发明的另一个目的在于提供一种永磁发电机的可控调压装置，如上所述，该可控调压装置不仅能使能量损耗和发动机的燃油消耗减小，改善废气排放污染，而且也满足现代车辆高效、节能、环保的要求。
事实上，车辆发动机产生的功率应该主要用于扭力牵引目的，发动机功率的一最小部分用于扭转永磁发电机电能的产生，其量足够用于蓄电池补充电能及供给车上负载电能就可以了。
为实现上述这些优点和其它优点并且根据本发明的意图，本发明提供一种用于永磁发电机的可控调压方法，包括：由双向可控硅和二极管组成的桥式可控整流器电路、也可以由双向可控硅组成的桥式可控整流器电路，用于将永磁发电机输出的交流电压转换成直流电压；同步信号发生触发控制电路，用于产生触发脉冲信号，提供触发控制信号给桥式可控整流器电路，使桥式可控整流器电路工作在可控调压状态；取样检测反馈电路，用于检测直流输出电压，反馈信号给触发控制电路。所述组成的桥式可控整流器电路，运用双向可控硅定向的导通特性将永磁发电机输出的交流电压进行整流，同时运用双向可控硅导通角受控的开关可控特性进行调节直流输出电压，实现可控调压。
为实现上述这些优点和其它优点并且根据本发明的意图，如在此具体实施和描述的，本发明提供一种用于永磁发电机的可控调压装置，包括：桥式可控整流器电路、同步信号发生触发控制电路和取样检测反馈电路。所述组成的桥式可控整流器电路，受触发控制电路的触发信号控制，控制桥式可控整流电路中的双向可控硅导通角，将永磁发电机输出的交流电进行整流，同时工作于可控调压状态，使输出电压稳定在规定值范围内。
一种用于永磁发电机的可控调压方法，其特征在于：由双向可控硅和二极管组成的桥式可控整流器电路、也可以由双向可控硅组成的桥式可控整流器电路。
所述的可控调压方法，其特征还在于：
1)所述组成的桥式可控整流器电路，由2个双向可控硅和2个二极管组成的单相桥式半控整流器电路；
2)所述组成的桥式可控整流器电路，由4个双向可控硅组成的单相桥式全控整流器电路；
3)所述组成的桥式可控整流器电路，由3个双向可控硅和3个二极管组成的三相桥式半控整流器电路；
4)所述组成的桥式可控整流器电路，由4个双向可控硅和2个二极管组成的三相桥式可控整流器电路；
5)所述组成的桥式可控整流器电路，由6个双向可控硅组成的三相桥式全控整流器电路；
6)所述组成的桥式可控整流器电路，由4个及4个以上双向可控硅和4个及4个以上二极管组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路；
7)所述组成的桥式可控整流器电路，由8个及8个以上双向可控硅组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路。
一种用于永磁发电机的可控调压装置，包括：桥式可控整流器电路、同步信号发生触发控制电路和取样检测反馈电路。其特征在于：
1)桥式可控整流器电路，受触发控制电路的触发信号控制，控制桥式可控整流器电路中的双向可控硅导通角。将永磁发电机输出的交流电压进行整流，同时工作于可控调压状态，使输出电压稳定在规定值范围内；
2)同步信号发生触发控制电路，产生触发脉冲信号，提供触发控制信号给桥式可控整流器电路，使桥式可控整流器电路工作在可控调压状态；
3)取样检测反馈电路，用于检测直流输出电压，反馈信号给触发控制电路。
所述的可控调压装置，其特征还在于：
1)桥式可控整流器电路，可以由双向可控硅和二极管组成单相桥式半控整流器电路；也可以由双向可控硅组成单相桥式全控整流器电路，以适用于单相永磁发电机的整流可控调压；
2)桥式可控整流器电路，可以由双向可控硅和二极管组成的三相桥式半控整流器电路；也可以由双向可控硅组成三相桥式全控整流器电路，以适用于三相永磁发电机的整流可控调压；
3)桥式可控整流器电路，可以由双向可控硅和二极管组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路，以适用于四相、五相、六相永磁发电机的整流可控调压；
4)桥式可控整流器电路，可以全部由双向可控硅组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路，以适用于四相、五相、六相永磁发电机的整流可控调压。
附图说明：
图1所示的是现有技术由单向可控硅和二极管组成的削波短路调压器电路；
图2为本发明示意性地说明了一种用于永磁发电机的可控调压方法及其装置原理框图；
图3为本发明示意性地描述了组成桥式可控整流器电路的实施例电路框图；
图4、图5、图6、图7、图8、图9为本发明示意性地说明了由双向可控硅和二极管组成的单相桥式半控整流器电路图；
图10、图11为本发明示意地说明了由双向可控硅组成的单相桥式全控整流器电路图；
图12、图13、图14、图15为本发明示意性地说明了由双向可控硅和二极管组成的三相桥式半控整流器电路图；
图16、图17为本发明示意性地说明了由双向可控硅和二极管组成的三相桥式可控整流器电路图；
图18、图19为本发明示意性地说明了由双向可控硅组成的三相桥式全控整流器电路图。
在附图2中，可控调压装置(110)、桥式可控整流器电路(111)、同步信号发生触发控制电路(112)、取样检测反馈电路(113)、蓄电池及车上负载(130)、永磁发电机(120)。
在附图3至图19中，单相桥式半控整流器电路(114)、单相桥式全控整流器电路(115)、三相桥式半控整流器电路(116)、三相桥式可控整流器电路(117)、三相桥式全控整流器电路(118)、四相、五相、六相桥式可控整流器电路(119)、二极管(140)、双向可控硅(150)、电容器c(160)、第一电极T1(151)、控制极G(152)。
具体实施方式
图2示意性地描述包含可控调压装置(110)的原理框图。
可控调压装置(110)包含桥式可控整流器电路(111)，桥式可控整流器电路(111)受同步信号发生触发控制电路(112)的触发信号控制，控制桥式可控整流器电路(111)中的双向可控硅(150)导通角。桥式可控整流器电路(111)将永磁发电机(120)输出的交流电压进行整流，同时工作于可控调压状态，使输出电压稳定在规定值范围内。
可控调压装置(110)还包含同步信号发生触发控制电路(112)，用于产生触发脉冲信号，提供触发控制信号给桥式可控整流器电路(111)，使桥式可控整流器电路(111)工作在可控调压状态。
可控调压装置(110)还包含取样检测反馈电路(113)，用于检测直流输出电压，反馈信号给触发控制电路(112)。
图3示意性地描述组成桥式可控整流器电路(111)的实施例电路框图。如图4、图5、图6、图7、图8、图9所示：由2个双向可控硅(150)和2个二极管(140)组成单相桥式半控整流器电路(114)。单相桥式半控整流器电路(114)的输入端连接单相永磁发电机(120)交流电压(130)的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)负极。每个双向可控硅的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
如图10、图11所示：由4个双向可控硅(150)组成单相桥式全控整流器电路(115)。单相桥式全控整流器电路(115)的输入端连接单相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)负极。每个双向可控硅的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
如图12、图13、图14、图15所示：由3个双向可控硅(150)和3个二极管(140)组成三相桥式半控整流器电路(116)，三相桥式半控整流器电路(116)的输入端连接三相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)的负极。每个双向可控硅的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
如图16、图17所示：由4个双向可控硅(150)和2个二极管(140)组成三相桥式可控整流器电路(117)。三相桥式可控整流器电路(117)的输入端连接三相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)的负极。每个双向可控硅的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
如图18、图19所示：由6个双向可控硅(150)组成三相桥式全控整流器电路(118)。三相桥式全控整流器电路(118)的输入端连接三相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)的负极。每个双向可控硅的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
所述组成的桥式可控整流器电路(111)中涉及到使用交流开关器件：双向可控硅，在每个双向可控硅(150)的第1电极T1(151)与控制极G(152)之间并接有电容器C(160)，用于吸收尖峰脉冲。
本发明可控调压的工作原理是这样的：永磁发电机(120)产生的交流电，一路提供同步信号发生触发控制电路(112)、一路提供桥式可控整流器电路(111)。当蓄电池及车上负载(130)的端电压低于规定值，触发控制电路(112)提供触发信号给桥式可控整流器电路(111)，使桥式可控整流器电路(111)处于开通工作状态，交流电压经桥式可控整流器电路(111)整流，输出直流电压对蓄电池及车上负载(130)提供电能。当蓄电池及车上负载(130)的端电压升高到规定值时，触发控制电路(112)关断触发信号，使桥式可控整流器电路(111)处于关断状态。这种情况导致输出电压的下降，蓄电池的端电压下降，当降低到规定值时，触发控制电路(112)又提供触发信号给桥式可控整流器电路(111)，使桥式可控整流器电路(111)又处于开通工作状态，如此反复，周而复始，桥式可控整流器电路(111)处于可控调压状态，调节直流电压输出，使蓄电池及车上负载(130)的端电压稳定在规定值范围内。
综上所述，显而易见，本发明可控调压装置(110)能根据蓄电池及车上负载(130)的用电情况自动调节输出电能；能在车上负载(130)不用电时，自动关断永磁发电机的电能输出，使永磁发电机(120)处于空载节能运行状态，实现节能可控调压。并且在蓄电池引线断开后(未安装蓄电池)，也有稳定的直流电压输出，满足摩托车整车性能要求。
本发明一种用于永磁发电机的可控调压方法及其装置，其技术特征在于：由双向可控硅(150)和二极管(140)组成桥式可控整流器电路(111)、或全部由双向可控硅(150)组成桥式可控整流器电路(111)，所述组成的桥式可控整流器电路(111)代替现有技术由单向可控硅和二极管组成削波短路调压器电路。突破了可控硅在电路中的结构方式，彻底克服了削波短路耗能、内耗发热温升高、消耗燃油的缺陷。
而且，在不增加制造成本和改变外形尺寸情况下，改善系统的能量损耗，有效减轻永磁发电机及整流调压器本身的发热量，有助于延长永磁发电机及整流调压器的使用寿命，提高系统的可靠性，同时有助于提升扭力牵引，使引擎的运转更为顺畅、节省燃油，进而也改善废气的排放。
本发明是一种在技术、方法应用上具有创新的发明，其中涉及的控制电路和检测反馈电路等，都属于已有技术，已有应用，在此不对其细部特征再作叙述。此外，本发明的主题特征：桥式可控整流器电路不限于以上的实施方式，等效界限内的所有变化和修改或等效替换仍应为所附权利要求书所涵盖。

Claims (9)

1、一种用于永磁发电机的可控调压方法，包括：由双向可控硅(150)和二极管(140)组成的桥式可控整流器电路(111)、也可以由双向可控硅(150)组成的桥式可控整流器电路(111)，用于将永磁发电机(120)输出的交流电压转换成直流电压；同步信号发生触发控制电路(112)，用于产生触发脉冲信号，提供触发控制信号给桥式可控整流器电路(111)，使桥式可控整流器电路(111)工作在可控调压状态；取样检测反馈电路(113)，用于检测直流输出电压，反馈信号给触发控制电路(112)。其特征在于：由双向可控硅(150)和二极管(140)组成的桥式可控整流器电路(111)、也可以由双向可控硅(150)组成的桥式可控整流器电路(111)。
2、根据权利1所述的方法，其特征在于：
1)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由2个双向可控硅(150)和2个二极管(140)组成的单相桥式半控整流器电路(114)；
2)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由4个双向可控硅(150)组成的单相桥式全控整流器电路(115)；
3)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由3个双向可控硅(150)和3个二极管(140)组成的三相桥式半控整流器电路(116)；
4)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由4个双向可控硅(150)和2个二极管(140)组成的三相桥式可控整流器电路(117)；
5)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由6个双向可控硅(150)组成的三相桥式全控整流器电路(118)；
6)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由4个及4个以上双向可控硅(150)和4个及4个以上二极管(140)组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路(119)；
7)所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由8个及8个以上双向可控硅(150)组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路(119)。
3、根据权利1所述的方法，其特征在于：所述组成的桥式可控整流器电路(111)，由触发控制电路(112)提供触发控制信号，控制桥式可控整流器电路(111)中的双向可控硅(150)导通角。
4、根据权利1所述的方法，其特征在于：所述组成的桥式可控整流器电路(111)，运用双向可控硅(150)定向的导通特性将永磁发电机(120)输出的交流电压进行整流，同时，运用双向可控硅(150)导通角受控的开关可控特性进行调节直流输出电压，实现可控调压。
5、一种用于永磁发电机的可控调压装置，包括：桥式可控整流器电路(111)、同步信号发生触发控制电路(112)和取样检测反馈电路(113)。其特征在于：
1)桥式可控整流器电路(111)，受触发控制电路(112)的触发信号控制，控制桥式可控整流器电路(111)中的双向可控硅(150)导通角。将永磁发电机(120)输出的交流电压进行整流，同时工作于可控调压状态，使输出电压稳定在规定值范围内；
2)同步信号发生触发控制电路(112)，产生触发脉冲信号，提供触发控制信号给桥式可控整流器电路(111)，使桥式可控整流器电路(111)工作在可控调压状态；
3)取样检测反馈电路(113)，用于检测直流输出电压，反馈信号给触发控制电路(112)。
6、根据权利5所述的可控调压装置，其特征在于：
1)桥式可控整流器电路(111)，可以由双向可控硅(150)和二极管(140)组成单相桥式半控整流器电路(114)；也可以由双向可控硅(150)组成单相桥式全控整流器电路(115)，以适用于单相永磁发电机(120)的整流可控调压；
2)桥式可控整流器电路(111)，可以由双向可控硅(150)和二极管(140)组成的三相桥式半控整流器电路(116)；也可以由双向可控硅(150)组成三相桥式全控整流器电路(118)，以适用于三相永磁发电机(120)的整流可控调压；
3)桥式可控整流器电路(111)，可以由双向可控硅(150)和二极管(140)组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路(119)，以适用于四相、五相、六相永磁发电机(120)的整流可控调压；
4)桥式可控整流器电路(111)，可以全部由双向可控硅(150)组成四相、五相、六相桥式可控整流器电路(119)，以适用于四相、五相、六相永磁发电机(120)的整流可控调压。
7、根据权利6所述的单相桥式半控或全控整流器电路，其特征在于：单相桥式半控整流器电路(114)或全控整流器电路(115)的输入端连接单相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)负极，每个双向可控硅(150)的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
8、根据权利6所述的三相桥式半控、可控、全控整流器电路，其特征在于：三相桥式半控整流器电路(116)、可控整流器电路(117)、全控整流器电路(118)的输入端连接三相永磁发电机(120)交流电压的输出端，正极输出端连接蓄电池(130)的正极，负极回流端连接蓄电池(130)的负极。每个双向可控硅(150)的控制极G(152)连接触发控制电路(112)的信号输出端。
9、根据权利6所述的桥式可控整流器电路，其特征在于：所述组成的桥式可控整流器电路(111)中涉及到使用交流开关器件：双向可控硅(150)，在每个双向可控硅(150)的第1电极T1(151)与控制极G(152)之间并接有电容器C(160)，用于吸收尖峰脉冲。
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