CN104104290A - 转速补偿式发电机稳压装置及工频永磁发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转速补偿式发电机稳压装置及工频永磁发电机组，通过为发电机配置上述发电机稳压装置，工作时，发电机稳压装置的测量控制补偿电路会根据发电机输出电压及负荷等电参数，根据需要的控制测量控制补偿电路的执行控制模块输出调速信号通过电动执行机构对原动机转速进行补偿，以达到稳定电压的目的。

Description

转速补偿式发电机稳压装置及工频永磁发电机组

技术领域

本发明涉及工频永磁发电机组及其稳压控制领域，尤其是指一种转速补偿式发电机稳压装置及工频永磁发电机组。

背景技术

发电机是一种能将其他形式的能源转换成电能的机械设备。它通常可由水轮机、汽轮机、内燃机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧等产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律的构造。因此最常见的发电机结构通常是由外围的定子和在定子内转动的转子组成的，在转子上具有励磁装置线圈或永磁材料，外部机械驱动力使转子旋转时，定子的线圈切割转子磁场，从而在定子的线圈产生电压，对于转子具备励磁装置线圈的情况，通过改变转子通过励磁装置线圈的电流大小，就可改变定子——也就是发电机上的输出电压。

然而工作时，当其转子为永磁材料时，磁性是不发生变化的，即磁场不能调节。因此当发电机在空载的情况下，其输出电压处于最大；而当其接入用电负荷(负载)或者用电负荷(负载)增大时，其输出电压就会减小，特别是接入感性负载时输出电压更是加速减少，发电机的这种输出电压由用电负荷(负载)的变化而产生波动会反之影响用电负荷(负载)的运行，严重的甚至会由于电压不稳定导致用电负荷(负载)无法正常运行，对正常使用造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：避免发电机输出电压的波动从而防止用电负荷(负载)运行不畅。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种转速补偿式发电机稳压装置，它包括测量控制补偿电路；

所述测量控制补偿电路包括测量模块、控制模块及执行控制模块；测量模块设有发电机电参数输入口，测量模块与控制模块相连，控制模块与执行控制模块相连，执行控制模块设有调节原动机转速的输出口；

测量模块，用于采集发电机的电参数至控制模块；

控制模块，用于根据测量模块的电参数输出控制信号；以及，

执行控制模块，用于根据控制模块输出的控制信号进而输出调速信号至原动机。

本发明还涉及一种永磁工频发电机组，包括发电机、原动机，所述原动机输出驱动发电机，原动机设置有原动机调速机构，所述发电机输出连接用电负荷；它还包括如上所述的转速补偿式发电机稳压装置，所述原动机调速机构接入所述调速信号。

本发明的有益效果在于：通过为发电机配置上述发电机稳压装置，工作时，发电机稳压装置的测量控制补偿电路会根据发电机输出电压及负荷等电参数，根据需要的控制测量控制补偿电路的执行控制模块输出调速信号通过电动执行机构对原动机转速进行补偿，以达到稳定电压的目的。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的转速补偿式发电机稳压装置的整体电路原理框图；

图2为本发明的转速补偿式发电机稳压装置的测量模块部分具体实施例电路原理框图；

图3为本发明的转速补偿式发电机稳压装置的执行模块、保护模块部分具体实施例电路原理框图；

图4为本发明的转速补偿式发电机稳压装置的具体示例电路图；

图5为本发明永磁工频发电机组的架构示意图。

1-第一电源模块；  2-测量模块；  3-控制模块；  4-电动控制机构；  5-保护模块；  6-第二电源模块；  7-触发信号控制模块；  8-过压快速切除模块；  9-低压快速投入模块；  10-电压补偿模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于:提供测量控制补偿电路一套补偿电路，从而通过调节原动机转速方式对发电机输出电压进行调整，以确保用电负荷(负载)的稳定运行。

请参阅图1，本发明提供了一种转速补偿式发电机稳压装置，它包括测量控制补偿电路；

所述测量控制补偿电路包括测量模块、控制模块及执行控制模块；其中测量模块设有发电机电参数输入口，测量模块与控制模块相连，执行控制模块与控制模块相连，执行控制模块设有调节原动机转速的输出口，从而可直接输出至外部的电动控制机构。

测量模块，用于采集发电机的电流、电压信号输出发电机的电参数至控制模块；所述电参数包括工频永磁发电机的电压、电流、相位、频率、有功功率，无功功率，功率因数；

控制模块，用于根据测量模块的电参数输出控制信号；

执行控制模块，用于根据控制模块输出的控制信号进而输出调速信号至原动机；

通常的，测量控制补偿电路中还包括第一电源模块，用于对输入交流或直流电源整流、滤波后分别为控制模块、测量模块及执行控制模块供电。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过为发电机配置上述发电机稳压装置，工作时，发电机稳压装置的测量控制补偿电路会根据发电机输出电压及负荷等电参数，根据需要的控制测量控制补偿电路的执行控制模块输出调速信号至原动机从而对原动机转速进行补偿，以达到稳定电压的目的。

实施例一：

较佳的，出于安全考虑，上述稳压装置还包括有保护模块，保护模块与测量控制补偿电路的控制模块相连，用于根据测量控制补偿电路的控制模块输出的控制信号切断发电机输出或使发电机停机。

实施例二：

作为一实施例，如图3所示，保护模块包括相连的第五开关模块及继电器模块；所述第五开关模块连接测量控制补偿电路的控制模块，根据其输出的控制信号吸/合继电器，给电气触点切断发电机输出或使发电机停机。

实施例三：

如图2所示，上述测量模块包括限流单元、电流型电压互感器、可调分压单元、电流互感器，电阻单元及测量单元；所述限流单元、电流型电压互感器、可调分压单元依次相连，限流单元接入发电机电压，可调分压单元输出接入测量单元；所述电流互感器接入发电机电流，输出连接电阻单元，电阻单元输出连接测量单元；所述测量单元输出发电机的电参数至控制模块。

实施例四：

作为一实施例，上述执行控制模块包括电动控制机构及与其相连的至少一个控制单元；所述控制单元连接测量控制补偿电路的控制模块，根据其输出的控制信号开启/关闭电动控制机构。

实施例五：

进一步的，本实施例中的电动控制机构可为步进电机、直线电机、电磁铁或其他电动器件。控制单元可为开关电路或开关调制电路式模拟电路。若为步进电机时，步进电机包括多个线圈，所述控制单元与线圈对应设置连接。参见图3的实施例中，电动控制机构采用的就是步进电机，其具有第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈，对应的控制单元也有四个，即第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和第四控制单元，第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和第四控制单元分别受控制模块控制，进而开启步进电机的一个对应线圈工作。

本专利具体应用示例：

如图4为本发明上述实施例的一具体示例的电路图，其中，测量控制补偿电路的第一电源模块1通过PIN3、PIN4输入低压交流电源，而通过桥式整流电路D16整流，电容滤波后经稳压芯片U8产生12v电源供给测量控制补偿电路电源，再经稳压芯片U9产生3.3v供测量电路和测量控制补偿电路使用。作为一种方式，此处也可用机组直流电源或开关电源等。

测量模块2对输入的发电机电压经电阻R56限流、经电流型电压互感器T1次极并联电阻R59、电阻R60产生电压值送到测量单元的电压输入端，调节可变电阻VR2可改变输入电压值，调节发电机输出电压。发电机电流经电流型电压互感器CT1，电阻R58变换或电压输送到测量电路电流输入端。测量单元根据输入电压，电流值输出电压，电流、相位、频率、有功功率、无功功率、功率因数等电参数。

控制模块3是单片机电路，输入值为测量电路输出的电流、电压、相位频率、无功功率、有功功率、功率因数等电参数，单片机程序设计对应输出控制信号实现以下控制：

1、对电动控制机构的控制。可通过电压值与标准值比较，在偏差很小时不调节，在偏差较小时慢调节，在偏差较大时快速调节。根据电压正负偏差选择调整方向，实现对原动机转速的调节。也可根据输入功率变化量通过电动控制机构对原动机进行定量的转速快速调节，然后通过电压参数进行修正调节，以达到反映灵敏，调节精度高的目的。

2、对电容补偿电路控制。根据输入有功功率、无功功率参数，控制电容器分级投切，还可通过输入电压参数进行修正，也可通过电压参数对电容器进行分级投切，可根据相位参数，在晶闸管承受电压最低时，给出控制信号，投入电容器。

3、根据有功功率或无功功率参数或电压参数控制切换继电器切换发电机输出线圈的抽头，改变输出电压。

4、对保护模块控制。根据输入的电流、电压、频率情况，在超过一定值时，控制保护继电器动作，切断机组输出或停机。

5、根据功率、电压、频率关系，判断是否出现关机，在出现关机时快速将电动控制机构向降速方向运动，在每次开机时也快速将电动控制机构向降速方向运动。

执行控制模块，本例中为一个采用步进电机作为电动控制机构4，步进电机有第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4，该而第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和第四控制单元分别为三极管Q9、Q10、Q11和Q12实现，三极管接受测量控制补偿电路中控制模块的控制信号分别导通步进电机有第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4，实现步进电机高速正转、低速正传、停、低速反转、高速反转，进而带动原动机的调速机构，对原动机进行转速调节，可实现快速调节，慢速调节及不调节。

保护模块5部分的第五开关模块主要为以三极管Q8，而继电器模块则为继电器K1，三极管Q8的基极由测量控制补偿电路中控制模块输出的控制信号控制，从而开启/闭合继电器K1，继电器K1的常开常用触点接在PIN5、PIN6、PIN7上，从而实现上述控制目的。

本实施例中还包括有电容器补偿电路，此处包括第二电源模块6、触发信号控制模块7、过压快速切除模块8及低压快速投入模块9及电压补偿模块10。

其中，第二电源模块6采用电容降压整流稳压后提供各部分电源。

触发信号控制模块7则对230v的发电机电压输入采用电容C5、电阻R5移相，电阻R2、电阻R6分压，经电压比较电路U1B比较，在230v电压最负点(也就是触发器，如可控硅SCR电压最低点)前20度左右产生正脉冲信号，并经C4、电阻R15、比较器U1D延时约2ms，作为触发信号，保证SCR触发是在电压最低点前20度到后30度之间，使触发时流过元件电流较小。

过压快速切除模块8，过压快速切除模块输入发电机电压输入，输出连接触发信号控制模块。过压快速切除模块8的加入，是为了当发电机带满载，无功功率较大时，电容器投入较多，这时如果突减负荷，由于控制电路软件反应慢，可能电容不能及时切除。而产生过电压，这时比较器U1C检测到过电压输出电压对电容C6快速充电在1个周期内比较器U1A输出0电平。二极管D3导通，将触发角控制电路输出钳位在低电平上。电容器触发电平降低，全部不触发而切除，电容C6、电阻R14、比较器U1A延时约0.5秒电容器强行切除0.5秒，以适应控制电路反应慢，防止过电压产生。

低压快速投入模块9，低压快速投入模块输入发电机电压输入，输出连接触发信号控制模块。低压快速投入模块9的加入，是为了在发电机组空载时，如果突加负荷，特别是突加感性负荷时，由于控制电路反映较慢，电容器不能及时加上，所以机组输出电压较低，这时比较器U5A检测不到正常电压信号，不输出高电平信号。电容C13、电阻R2在一个周期放电后电压低于比较器U5B负输入端电平，比较器U5B输出0电平。光耦U6二极管发光，在触发角控制电路输出高电平时光耦U6三极管发射极输出高电平经二极管D6，再经三极管Q2电流放大后触发晶闸管Q5导通使电容C3投入补偿，以提高机组输出电压，在该实施例中电容C3为第三组电容为第一组电容器容量的4倍，该电路也可增加切换继电器，通过切换发电机输出线圈抽头进一步提高性能。当然，电压调节装置单设转速调节部分进行控制或单设电容补偿部分进行控制；也可设置转速调节部分和抽头切换部分进行控制；也可设置电容补偿部分和抽头切换部分进行控制。

电压补偿模块10，本实施例中包括3组补偿单元，其补偿单元中的电容器容量分别为C、2C、4C，从而可根据需要排列组合启动分成0-7C共8级投切。当然也可以设置成1组2级或2组4级投切。具体的，电路包括有光耦U2(和/或U3、U4),测量控制补偿电路的控制信号经光耦U2、U3、U4的初级隔离，当有控制信号时光耦U2(和/或U3、U4)次级的三极管导通，此时同时在触发信号控制模块有送来触发信号时，光耦U2(和/或U3、U4)次级的三极管发射极输出电压，经三极管Q1(和/或Q2、Q3)电流放大后触发触发器，此处为晶闸管SCR，三极管Q4(和/或Q5、Q6)导通，电容器C2(和/或C3、C1)回路接通，投入对230V电压进行补偿。

参见图5，本发明还提供了一种应用了上述转速补偿式发电机稳压装置的永磁工频发电机组。永磁工频发电机组包括有发电机、原动机，所述原动机输出驱动发电机，原动机设置有原动机调速机构，所述发电机输出连接用电负荷。为了实现上述控制，上述原动机调速机构接入所述调速信号。

此处的原动机可采用如汽油机、柴油机、燃气机等内燃机或水力、风力机械等驱动发电机并由发电机输出电压直接供给用电负荷。而发电机可采用永磁发电机。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过加设上述转速补偿式发电机稳压装置，工作时，转速补偿式发电机稳压装置根据发电机输出电压及负荷参数，通过电动测量控制补偿电路例如步进电机、直线电机、其他控制电机或电磁铁，电动机构控制原动机的调速机构，以达到稳定电压的目的。

进一步，基于本发明上述结构可实现多种方法的发电机稳压控制，分别是：

由测量控制补偿电路的控制模块对测量模块输入来的电压进行判断，直接由执行控制模块调节原动机转速的方式进行补偿。

此外，也可通过判断测量模块输入来的电压是否在标准范围下的预设范围内，是则不启动调整，超出预设范围较小值时，采用慢速进行调整，超出范围较大则采用粗调快速调整。

再有一种是基于检测功功率变化的变化量来调整转速后进而根据电压修正转速调整。

此外，还可以根据有功功率、无功功率或电压参数控制继电器切换发电机抽头对电压进行调节。

为了确保安全，在控制中最好加入一个停机判断机制，及当检测到符合条件(功率不变，电压大幅下降/电压低于阈值)时，可判定为停机，此时应当拉低转速。此外，在每次开机时也应当快速拉低转速。

综上所述，本发明提供的一种转速补偿式发电机稳压装置及工频永磁发电机组，通过为发电机配置上述发电机稳压装置，工作时，稳压装置的测量控制补偿电路会根据发电机输出电压及负荷等电参数，根据需要的控制测量控制补偿电路的执行控制模块输出调速信号至原动机从而对原动机转速进行补偿，以达到稳定电压的目的。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，此外，稳重的第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。因此凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：它包括测量控制补偿电路；

所述测量控制补偿电路包括测量模块、控制模块及执行控制模块；测量模块设有发电机电参数输入口，测量模块与控制模块相连，控制模块与执行控制模块相连，执行控制模块设有调节原动机转速的输出口；

测量模块，用于采集发电机电参数至控制模块；

控制模块，用于根据测量模块的电参数输出控制信号；以及，

执行控制模块，用于根据控制模块输出的控制信号进而输出调速信号至原动机。

2.如权利要求1所述的转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：它还包括与测量控制补偿电路的控制模块相连的保护模块；

所述保护模块，用于根据测量控制补偿电路的控制模块输出的控制信号切断发电机输出或使发电机停机。

3.如权利要求2所述的转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：：所述保护模块包括相连的第五开关模块及继电器模块；所述第五开关模块连接测量控制补偿电路的控制模块，根据其输出的控制信号吸/合继电器模块从而切断发电机输出或使发电机停机。

4.如权利要求1所述的转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：所述测量模块包括限流单元、电流型电压互感器、可调分压单元、电流互感器，电阻单元及测量单元；所述限流单元、电流型电压互感器、可调分压单元依次相连，限流单元接入发电机电压，可调分压单元输出接入测量单元；所述电流互感器接入发电机电流，输出连接电阻单元，电阻单元输出连接测量单元；所述测量单元输出发电机的电参数至控制模块。

5.如权利要求1所述的转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：所述执行控制模块包括电动控制机构及与其相连的至少一个控制单元；所述控制单元连接测量控制补偿电路的控制模块，根据其输出的控制信号开启/关闭电动控制机构。

6.如权利要求5所述的转速补偿式发电机稳压装置，其特征在于：所述电动控制机构为步进电机、直线电机、电磁铁或电动调节装置；所述步进电机包括多个线圈，所述控制单元与线圈对应设置连接。

7.一种永磁工频发电机组，包括发电机、原动机，所述原动机输出驱动发电机，原动机设置有原动机调速机构，所述发电机输出连接用电负荷；其特征在于：它还包括如权利要求1-6任意一项所述的转速补偿式发电机稳压装置，所述原动机调速机构接入所述调速信号。