CN104113249A - 基于柴油发动机变速驱动的中频发电机及多功能供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于柴油发动机变速驱动的中频发电机及多功能供电系统，励磁模块包括带电网滤波的整流器，带电网滤波的整流器的输入端与中频发电机主体的输出端连接，带电网滤波的整流器的输出端连接高频逆变器的输入端，高频逆变器的输出端连接高频变压器的一次侧绕组，高频变压器的二次侧绕组连接第二整流器的输入端，第二整流器的输出端连接所述中频发电机主体的励磁绕组，第二整流器的输出端还连接有控制器，控制器的输入端接收控制指令和电流指令，控制器输出端连接所述高频逆变器。本发明多功能供电系统可实现预喷油、主喷油和补喷油，将高功率、大扭矩和低排放结合在一起，可以大幅度减小柴油机转速变化对柴油机供油压的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种中频发电机及包含发电机的供电系统，具体涉及一种基于柴油发动机变速驱动的中频发电机及多功能供电系统。
背景技术
自备电源中柴油发动机-中频发电机组是整个自备电源的电能供应系统，由柴油发动机驱动中频发电机发出满足拖动电动机-高压储能发电机系统和电力电子变换器组的电能供应。针对拖动电动机-高压储能发电机系统能满足高压储能发电机实现高压充电器的在10Hz工况下的充电需求，同时，通过中频发电机向电力电子变换器组供电，满足车载系统的仪器设备供电要求。
现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，排放控制标准难以满足。
发明内容
本发明的目的是为了达到日益严格的排放控制标准，提供一种基于柴油发动机变速驱动的中频发电机及多功能供电系统。
为实现上述目的，本发明设计的基于柴油发动机变速驱动的中频发电机包括中频发电机主体和励磁模块，所述励磁模块包括带电网滤波的整流器，所述带电网滤波的整流器的输入端与所述中频发电机主体的输出端连接，所述带电网滤波的整流器的输出端连接高频逆变器的输入端，所述高频逆变器的输出端连接高频变压器的一次侧绕组，所述高频变压器的二次侧绕组连接第二整流器的输入端，所述第二整流器的输出端连接所述中频发电机主体的励磁绕组，所述第二整流器的输出端还连接有控制器，所述控制器的输入端接收控制指令和电流指令，所述控制器输出端连接所述高频逆变器。
在上述技术方案中，所述高频变压器的变比为1.3：1，额定功率为6KVA，频率为20KHz，一次侧的电压为510V。
在上述技术方案中，所述高频变压器的磁芯为纳米晶环形磁芯。
本发明同时提供一种包括上述基于柴油发动机变速驱动的中频发电机的多功能供电系统，其特别之处在于：多功能供电系统还包括柴油发动机，所述柴油发动机的输入端分别连接有发动机电控系统和发动机辅控系统，所述柴油发动机的输出端与所述中频发电机连接，所述中频发电机的输入端连接中频发电机励磁调节器的输出端，所述中频发电机的输出端连接中频发电机励磁调节器的输入端，所述中频发电机的输出端还连接有电力电子变换器组和拖动电动机。
进一步地，所述发动机电控系统由传感器、中央控制器和执行机构三部分组成。
再进一步地，所述发动机辅控系统用于发动机的起动、蓄电池的充电、发动机冷却与散热、进排气辅助设备的控制和管理
本发明的利用中频发电机输出为励磁系统供电，通过带电网滤波的整流器和逆变器产生频率恒定、电压可调的高频交流电，再经高频变压器隔离变换后，由第二整流器输出为中频发电机励磁。控制器则根据中频发电机励磁指令和来自自备电源中央控制器的控制指令控制高频逆变器输出电压，从而提供中频发电机励磁电流，维持中频发电机恒压恒频输出。
柴油发动机在电控系统和辅控系统的控制下，拖动中频发电机以4000转/分恒速运行，根据中频发电机输出功率要求，自动调节柴油发动机喷油量、喷油压力和喷射正时。中频发电机通过励磁调节器实现恒压恒频输出，为电力电子变换器组和拖动电动机提供电源。
发动机电控系统由传感器、ECU（中央控制器）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油正时随运行工况的实时控制。采用转速、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入ECU，与已储存的设定参数值或参数图谱进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。
发动机辅控系统主要解决发动机的起动、蓄电池的充电、发动机冷却与散热、进排气等辅助设备的控制和管理。
本发明不仅可以通过中频发电机向电力电子变换器组供电，满足车载系统的仪器设备供电要求，而且可以准确排控制放，达到国际上日益严格的排放控制标准。
附图说明
图1为本发明基于柴油发动机变速驱动的中频发电机励磁模块结构方框图；
图2为本发明中频发电机的励磁模块电路原理图；
图3为本发明多功能供电系统原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示的基于柴油发动机变速驱动的中频发电机，包括中频发电机主体和励磁模块，励磁模块包括带电网滤波的整流器，带电网滤波的整流器的输入端与中频发电机主体的输出端连接，带电网滤波的整流器的输出端连接高频逆变器的输入端，高频逆变器的输出端连接高频变压器的一次侧绕组，高频变压器的二次侧绕组连接第二整流器的输入端，第二整流器的输出端连接所述中频发电机主体的励磁绕组，第二整流器的输出端还连接有控制器，控制器的输入端接收控制指令和电流指令，控制器输出端连接所述高频逆变器。
高频变压器的变比为1.3：1，额定功率为6KVA，频率为20KHz，一次侧的电压为510V，高频变压器的磁芯为纳米晶环形磁芯。
下表为中频发电机主体结构的参数：
参阅图2所示的中频发电机的励磁模块电路原理图和下表所示的中频发电机励磁电源电路主要元器件设计参数，制作中频发电机的励磁模块。
中频发电机的励磁模块工作原理为：
通过带电网滤波的整流器和逆变器产生频率恒定、电压可调的高频交流电，再经高频变压器隔离变换后，由第二整流器输出为中频发电机励磁。控制器则根据中频发电机励磁指令和来自自备电源中央控制器的控制指令控制高频逆变器输出电压，从而提供中频发电机励磁电流，维持中频发电机恒压恒频输出。
参阅图3所示的多功能供电系统，柴油发动机在电控系统和辅控系统的控制下，拖动中频发电机以4000转/分恒速运行，根据中频发电机输出功率要求，自动调节柴油发动机喷油量、喷油压力和喷射正时。中频发电机通过励磁调节器实现恒压恒频输出，为电力电子变换器组和拖动电动机提供电源。
发动机电控系统由传感器、ECU（中央控制器）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油正时随运行工况的实时控制。采用转速、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入ECU，与已储存的设定参数值或参数图谱进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。
发动机辅控系统主要解决发动机的起动、蓄电池的充电、发动机冷却与散热、进排气等辅助设备的控制和管理。
本发明采用的发动机，采用TDI（Turbo Direct Injection）技术和压电控制式的共轨燃油喷射系统，将柴油喷射压力的产生和柴油喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管 (共轨管)，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，且高压油管内压力大小与柴油机的转速无关，具有喷油压力高、喷油过程更灵活等显著特点，可实现预喷油、主喷油和补喷油，将高功率、大扭矩和低排放结合在一起，可以大幅度减小柴油机转速变化对柴油机供油压的影响。
Claims (6)
1.一种基于柴油发动机变速驱动的中频发电机，包括中频发电机主体和励磁模块，其特征在于：所述励磁模块包括带电网滤波的整流器，所述带电网滤波的整流器的输入端与所述中频发电机主体的输出端连接，所述带电网滤波的整流器的输出端连接高频逆变器的输入端，所述高频逆变器的输出端连接高频变压器的一次侧绕组，所述高频变压器的二次侧绕组连接第二整流器的输入端，所述第二整流器的输出端连接所述中频发电机主体的励磁绕组，所述第二整流器的输出端还连接有控制器，所述控制器的输入端接收控制指令和电流指令，所述控制器输出端连接所述高频逆变器。
2.根据权利要求1所述的基于柴油发动机变速驱动的中频发电机，其特征在于：所述高频变压器的变比为1.3：1，额定功率为6KVA，频率为20KHz，一次侧的电压为510V。
3.根据权利要求2所述的基于柴油发动机变速驱动的中频发电机，其特征在于：所述高频变压器的磁芯为纳米晶环形磁芯。
4.一种包括权利要求3所述基于柴油发动机变速驱动的中频发电机的多功能供电系统，其特征在于：还包括柴油发动机，所述柴油发动机的输入端分别连接有发动机电控系统和发动机辅控系统，所述柴油发动机的输出端与所述中频发电机连接，所述中频发电机的输入端连接中频发电机励磁调节器的输出端，所述中频发电机的输出端连接中频发电机励磁调节器的输入端，所述中频发电机的输出端还连接有电力电子变换器组和拖动电动机。
5.根据权利要求4所述的多功能供电系统，其特征在于：所述发动机电控系统由传感器、中央控制器和执行机构三部分组成。
6.根据权利要求4或5所述的多功能供电系统，其特征在于：所述发动机辅控系统用于发动机的起动、蓄电池的充电、发动机冷却与散热、进排气辅助设备的控制和管理。
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2014
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