CN102510255A - 一种通信基站的变频节能柴油发电机组 - Google Patents

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张鸿
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Abstract

本发明公开了一种输出功率是跟随负载所需的功率而变化的通信基站的变频节能柴油发电机组，包括柴油发动机、永磁发电机、AC/DC转换器及油门控制器。所述柴油发动机带有油门执行器，该柴油发动机与所述永磁发电机机械连接，以将机械能传输给所述永磁发电机，以使所述永磁发电机把机械能转化为电能；所述AC/DC转换器与所述永磁发电机的输出端电连接，所述AC/DC转换器将所述永磁发电机输出的交流电转换成一个稳定的直流电以供给负载；所述油门控制器电连接在所述AC/DC转换器的输出端和所述柴油发动机的油门执行器之间，所述油门控制器根据负载电流输出控制信号给所述柴油发动机的油门执行器，以调节所述柴油发动机的转速。

Description

一种通信基站的变频节能柴油发电机组
技术领域
本发明涉及一种通信基站的变频节能柴油发电机组，主要应用于通信基站供电，以及军队野外装备供电。
背景技术
柴油发电机组作为通信基站的主要电源配置，为通信基站的安全运行发挥重要作用。对于一些没有市电供电的通信基站，一般依靠蓄电池和柴油发电机组供电。其最佳组合是发电机和蓄电池轮流供电，工作模式是：发电机组的发电容量必须是负载用电和蓄电池充电的功率总和。蓄电池充满后发电机断开，由蓄电池给负载供电。当蓄电池放电到设定值时，重新启动发电机给负载及蓄电池供电(见图1)。一般发电机的工作约为六小时就可以给蓄电池充满电。根据蓄电池的充电特性(见图2)，在发电机供电时间段，发电机有一半以上时间是工作在较低负载状态。
当普通柴油机工作在小负荷区域时，其单位功率燃油消耗较大，尤其是柴油机的功率越大，小负载的单位功率能耗就越高。这是由于大功率的柴油发电机在小负荷工作时，其机械效率和热效率都急剧下降。同时气缸内柴油燃烧不完全会产生积碳和冒黑烟，还会加快发电机组的磨损。
下表是12kW柴油发电机组在各个负载段的油耗数据：
  序号   负载分段   燃油消耗率(g/kW.h)
  1   10％   1260
  2   25％   560
  3   50％   360
  4   75％   310
  5   100％   290
从上表可以看出，当发电机的负载低于50％时，其燃油消耗率急剧攀升。当发电机的负载为10％时，其燃油消耗率是发电机满载时的4.3倍，这无疑会增加很多运行成本和维护成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种通信基站的变频节能柴油发电机组，它能根据负载的变化自动调整发动机的转速，以便能在轻载时使发动机以尽可能低的转速运行，因而改变发电机的频率和功率输出，从而有效地获得最佳的运行经济性。
实现上述目的的一种技术方案是：一种通信基站的变频节能柴油发电机组，包括柴油发动机、永磁发电机及AC/DC转换器，所述发电机组还包括油门控制器，其中：
所述柴油发动机带有油门执行器，该柴油发动机与所述永磁发电机机械连接，以将机械能传输给所述永磁发电机，以使所述永磁发电机把机械能转化为电能；
所述AC/DC转换器与所述永磁发电机的输出端电连接，所述AC/DC转换器将所述永磁发电机输出的交流电转换成一个稳定的直流电以供给负载；
所述油门控制器电连接在所述AC/DC转换器的输出端和所述柴油发动机的油门执行器之间，所述油门控制器根据负载电流输出控制信号给所述柴油发动机的油门执行器，以调节所述柴油发动机的转速。
上述的通信基站的变频节能柴油发电机组，其中，所述柴油发动机的输出转速为800-3000转/分钟；所述永磁发电机的输出频率为150-400Hz，输出电压为AC150-400V；所述AC/DC转换器的输出电压为DC48V；所述油门控制器输出的控制信号为0-5V。
本发明的通信基站的变频节能柴油发电机组的技术方案，采用柴油发动机和永磁发电机构成，并采用油门控制器根据负载的变化自动调节柴油发动机的转速，有效解决了传统柴油发电机组只能工作在最高转速附近而导致能耗高、效率低等问题，因而具有如下显著特点：
1)油门控制器可使发电机组能根据其工作特性和负载的情况，始终运行在最经济的工况，彻底消除了现有发电机组在中、低负载时也运行在高油耗低效率的高转速的弊病，因此可大大降低燃油消耗，对间歇性负载或者负荷变化比较大的负载，可节省超过20％的燃料消耗；
2)避免了发电机组在低效率的高速下运行，因而大大减少了烟气排放，明显降低了噪音污染；
3)避免了发电机组长期在高速下运行，使得发电机组各部分的工作强度降低，磨损及故障率也大为减小，因此大大延长了发电机组的使用寿命并减少了维修的工作量。
附图说明
图1为常规的通信基站的柴油发电机组的工作模式图；
图2为常规的通信基站使用的蓄电池的充电特性示意图；
图3为本发明的通信基站的变频节能柴油发电机组的原理图。
具体实施方式
下面通过具体地实施例并结合附图对本发明的技术方案进行说明：
请参阅图3，本发明的一种通信基站的变频节能柴油发电机组，包括柴油发动机1、永磁发电机2、AC/DC转换器3及油门控制器4，其中：
柴油发动机1带有油门执行器，输出转速为800-3000转/分钟；该柴油发动机1与永磁发电机2机械连接，以将机械能传输给永磁发电机2；
永磁发电机2把机械能转化为电能，永磁发电机2的输出频率为150-400Hz，输出电压为AC150-400V；
AC/DC转换器3与永磁发电机2的输出端电连接，该AC/DC转换器3将永磁发电机2输出的交流电转换成一个稳定的直流电DC48V以供给负载5；
油门控制器4电连接在AC/DC转换器3的输出端和柴油发动机1的油门执行器之间，该油门控制器4根据负载电流输出控制信号给柴油发动机1的油门执行器，以调节柴油发动机1的转速。
本发明的变频节能柴油发电机组的工作原理是基于发动机的工况特点，即发动机的输出功率随着转速的增加几乎是线性提高的，而油耗与转速的变化关联度不大，当转速在800-3000rpm时，满载油耗在290g/kW.h到310g/kW.h之间。
油门控制器4根据负载电流输出一个0-5V的控制信号给柴油发动机1的油门执行器。当负载电流增大时，油门控制器3控制油门执行器，将柴油发动机1的转速提高，以提高柴油发动机1的输出功率；反之，当负载电流变小时，油门控制器3控制油门执行器，将柴油发动机1的转速降低以降低柴油发动机1的输出功率。这样，就实现了柴油发动机1的转速随负载功率的变化而变化，也即实现了柴油发电机组的输出功率是跟随负载5所需的功率而变化的。
本发明的变频节能柴油发电机组能根据负载的变化自动调整发动机的转速，因此能改变发电机的频率和功率输出，与传统的恒转速、恒频率柴油发电机组的供电方式比较，燃油消耗能减少20％以上。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种通信基站的变频节能柴油发电机组，包括柴油发动机、永磁发电机及AC/DC转换器，其特征在于，所述发电机组还包括油门控制器，
所述柴油发动机带有油门执行器，该柴油发动机与所述永磁发电机机械连接，以将机械能传输给所述永磁发电机，以使所述永磁发电机把机械能转化为电能；
所述AC/DC转换器与所述永磁发电机的输出端电连接，所述AC/DC转换器将所述永磁发电机输出的交流电转换成一个稳定的直流电以供给负载；
所述油门控制器电连接在所述AC/DC转换器的输出端和所述柴油发动机的油门执行器之间，所述油门控制器根据负载电流输出控制信号给所述柴油发动机的油门执行器，以调节所述柴油发动机的转速。
2.根据权利要求1所述的通信基站的变频节能柴油发电机组，其特征在于，所述柴油发动机的输出转速为800-3000转/分钟；所述永磁发电机的输出频率为150-400Hz，输出电压为AC150-400V；所述AC/DC转换器的输出电压为DC48V；所述油门控制器输出的控制信号为0-5V。
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