CN108695900A

CN108695900A - 发电机系统

Info

Publication number: CN108695900A
Application number: CN201810242214.8A
Authority: CN
Inventors: 前田河稔; 松久哲也; 柴田健次; 松山航
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: US10541538B2; US20180287393A1; JP2018170863A; CN108695900B; JP6836444B2

Abstract

一种发电机系统，具有：剩余燃料检测器(21)，分别检测第1发电机(1A)和第2发电机(1B)的剩余燃料量；可运转时间计算部(28)，基于由剩余燃料检测器(21)检测的剩余燃料量，计算出第1发电机(1A)和第2发电机(1B)各自的剩余可运转时间；信号输出部(29)，维持一定的第1发电机(1A)和第2发电机(1B)的整体输出功率的同时，向促动器(30)输出调整第1发电机(1A)和第2发电机(1B)的输出功率的控制信号，以使可运转时间计算部(28)计算出的第1发电机(1A)的剩余可运转时间和第2发电机(1B)的剩余可运转时间彼此相等。

Description

发电机系统

技术领域

本发明涉及一种具有并联连接的多个逆变发电机的发电机系统。

背景技术

以往已知的是并联连接多个逆变发电机并使其同步运转的装置。例如专利文献1公开的装置中，将由发动机驱动的一对逆变发电机经由电力线和信号线相互连接的同时，控制逆变发电机的动作，以使分别由一对发电机的逆变器输出的交流电的电流和电压彼此同步。

但是，专利文献1公开的装置，在并联运转时各发电机的输出功率彼此相等，所以各发电机的每单位时间的耗油量彼此相等。因此，若各发电机的剩余燃料量彼此不等时，其中一台发电机的燃料先燃尽而终止运转，所以难以进行长时间的并联运转。

现有技术文献

专利文献1：日本特许第5839834号公报(JP5839834B)。

发明内容

本发明一实施方式的发电机系统，其为具有分别由发动机驱动的同时，相互并联连接而同步运转的逆变式的第1发电机和第2发电机的发电机系统，具有：剩余燃料检测部，分别检测第1发电机和第2发电机的剩余燃料量；可运转时间计算部，基于由剩余燃料检测部检测出的剩余燃料量，计算出第1发电机和第2发电机各自的剩余可运转时间；输出功率调整部，维持一定的第1发电机和第2发电机的整体输出功率的同时，调整第1发电机和第2发电机的输出功率，以使可运转时间计算部计算出的第1发电机的剩余可运转时间和第2发电机的剩余可运转时间彼此相等。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。

图1是表示本发明一实施方式的发电机系统的整体结构的概略图。

图2是表示本发明一实施方式的发电机系统的控制装置结构的框图。

图3是表示发电机的电流电压特性的一个例子的概略图。

图4是表示驱动发电机的发动机的转速和发电输出功率的关系的图。

图5是表示在图2的发动机控制部实施处理的一个例子的流程图。

图6是表示本发明一实施方式的发电机系统的动作的一个例子的时序图。

具体实施方式

以下，参照图1～图6对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明一实施方式的发电机系统100的整体结构的概略图。该发电机系统，具有：第1发电机1A和第2发电机1B、将第1发电机1A和第2发电机1B可并联运转地连接的并联运转箱2。第1发电机1A和第2发电机1B是可搬运型乃至便携型的发电机，具有可由用户手动操作能够携带的重量和尺寸。另外，不只2台，也可以并联连接3台以上的发电机来构成发电机系统100。

第1发电机1A和第2发电机1B例如是额定电压120V的相同规格的交流发电机，具有彼此相同的结构。即，如图1所示，各发电机1A、1B分别具有：通用发动机10、由发动机10驱动的发电部11、将发电部11发出的电力转换输出的逆变单元13、以及控制单元20。发电机1A、1B的额定电压除120V以外，也可以是例如100V。

发动机10例如是将汽油作为燃料的点火式风冷发动机，具有：在气缸内往复运动的活塞、以及与活塞同步旋转的曲轴。具体来说，发动机10的进气管上设置有节流阀和喷射器，将由节流阀调量的空气和从喷射器喷射出的燃料混合后的混合气体在燃烧室燃烧来驱动活塞，并经由连杆使曲轴旋转。发动机10的动力经由曲轴向发电部11输出。节流阀和喷射器的驱动由控制单元20输出的控制信号进行控制。另外，也能将汽油以外的物质作为燃料。不仅是喷射器方式还可以用化油器方式的发动机。发动机转速根据负载而可变控制。

发电部(发电机主体)11是由发动机10驱动，发出交流电力的多极交流发电机，具有与曲轴连接并与曲轴一体旋转的转子、被配置为与转子的周面相对并与转子成同心状的定子。转子上设置有永久磁铁。定子上设有以每120度的相位角来配置的UVW绕组。发电部11能由从未图示的蓄电池供给的电力作为启动电机驱动，由此能启动发动机10。另外，发动机10也能通过例如与曲轴连接的未图显的反冲启动器的操作而启动。

逆变单元13具有，整流和平滑由发电部11输出的三相交流电的整流平滑电路14、将由整流平滑电路14输出的直流电转换成交流电的逆变电路15、以及检测由逆变电路15输出的交流电的电压值和电流值的电力检测器16。电力检测器16例如包含电压传感器和电流传感器。

整流平滑电路14包含与发电部11的U相、V相、W相的各绕组对应连接的整流电路和电容器等的平滑电路。整流平滑电路14包括MOSFET和IGBT等的晶体管，具有与发电部11的U相、V相、W相的各绕组对应连接的3对(计6个)半导体开关元件和与各开关元件并联连接的二极管。各开关元件根据从控制单元20输出的控制信号被接通/断开。由此，发电部11作为发生器发挥功能时，从发电部11输出的三相交流电被整流。另一方面，发电部11作为启动电机发挥功能时，由蓄电池供给的直流电被转换成三相交流电并输出到发电部11。另外，不是由具有FET或IGBT的三相桥电路作为电机驱动器启动发动机10，而是可以例如用蓄电池和启动电机启动发动机1。因此，不由FET或IGBT的三相桥来构成电路，而可以由晶闸管和二极管的三相混合桥构成电路。

逆变电路15例如作为H桥电路，具有由MOSFET和IGBT等晶体管构成的例如2对(计4个)半导体开关元件和与各开关元件分别并联连接的二极管。各开关元件根据从控制单元20输出的控制信号接通/断开，由此，直流电被转换成单相交流电。转换后的交流电，经由作为逆变电路15的一部分的未图显的滤波电路调制成正弦波，经由电缆3输入到并联运转箱2。

电缆3包含，从发电机1A、1B输出的电流流动的电力线和在发电机1A、1B的控制单元20、20之间用于进行通信的通信线。并联运转箱2，形成将与发电机1A、1B连接的电力线彼此并联连接的电路。并联运转箱2上设置有插座，插座上连接有电负载。并联运转时，能够得到单独运转发电机1A、1B时的2倍的输出功率(2倍电流)。

进行并联运转时，有必要使从各发电机1A、1B输出的电压波形的振幅、相位、频率相一致。即，需要使发电机1A、1B相互同步。这种情况下，若将先启动的发电机定义为主发电机，将后启动的发电机定义为从发电机时，控制从发电机的逆变电路15的开关动作，以使从发电机的输出与主发电机的输出同步，来进行并联运转。

具体而言，启动第1发电机1A(主发电机)后启动第2发电机1B(从发电机)时，用第2发电机1B的电力检测器16检测经由电力线施加的第1发电机1A的电压，基于该检测值，第2发电机1B的控制单元20控制逆变电路15的开关动作。并联运转后，将各发电机1A、1B的检测器16检测出的各发电机1A、1B的电流信息和电压信息等的各种信息，在各发电机1A、1B的控制单元20、20之间经由信号线发送接收。由此，控制逆变电路15的开关元件的动作，校正电压幅值和电压相位值，抑制不平衡电流和环流等。

这样构成的发电机系统100中，各发电机1A、1B的剩余燃料量彼此不同，且发电输出功率彼此相同时，由于一方的发电机先燃尽燃料而终止运转，所以难以进行长时间的并联运转。因此，在本实施方式中，如下构成发电机100，以使多个发电机1A、1B的燃料燃尽的时间相互一致，从而能进行长时间的并联运转。

图2是表示本发明一实施方式的发电机系统100的主要部分结构，特别是控制各发电机1A、1B的控制装置101的结构的框图。各发电机1A、1B的控制装置101的结构彼此相同，在图2中，仅显示了一方的发电机(本机)的控制装置101的结构，而关于他方的发电机(对方机)的控制装置的结构，则省略了其图示。

如图2所示，控制单元20上被输入来自电力检测器16、剩余燃料检测器21、转速检测器22、以及模式切换开关23的信号。

电力检测器16，如上所述，包含检测流经负载的电流的电流传感器和检测施加电压的电压传感器，能通过用这些传感器的检测值在控制单元20进行规定的演算，计算出向负载输出的发电量(发电输出功率值)。剩余燃料检测器21是检测油箱内的剩余燃料量的检测器，例如被构成为检测浮置在油箱内的浮标的高度的浮标式燃料检测器。

转速检测器22包括电磁拾音器式或光学式的曲轴转角等的传感器，能根据来自转速检测器22的信号检测发动机转速。模式切换开关23是根据用户操作来指令由通常运转模式向运转时间延长模式切换的开关。通常运转模式是各发电机1A、1B以彼此相同的负载分配(1:1的负载分配)并联运转的模式，运转时间延长模式是变更各发电机1A、1B的负载分配，使燃料燃尽的时间彼此一致的模式。

如图1所示，控制单元20包括具有CPU20A、ROM和RAM等的存储器20B、和其他周边电路的演算处理装置的电脑。如图2所示，控制单元20作为功能结构，具有逆变控制部25和发动机控制部26。另外，也可以将这些控制部25、26设置在彼此独立的控制单元上。

逆变控制部25，基于来自电力检测器16的信号和经由通信线从其他的控制单元20发送的信号向逆变单元13输出控制信号，控制整流平滑电路14的开关元件和逆变电路15的开关元件的接通/断开。

发动机控制部26具有，模式切换部27、可运转时间计算部28、以及信号输出部29。模式切换部27根据来自模式切换开关23的指令，将运转模式由通常运转模式向运转时间延长模式切换。

可运转时间计算部28，在运转时间延长模式下，基于由剩余燃料检测器21检测出的剩余燃料量(剩余燃料数据)和由电力检测部16检测出的负载值，计算不变当前的负载值继续运转时的本机的剩余可运转时间，即直到燃料燃尽为止的剩余的可运转时间。

信号输出部29，设定电流电压特性的同时，向用于控制发动机10的驱动的促动器30输出控制信号，以使本机根据该特性运转，即，电流和电压遵循特性变化。促动器30是例如调整节流阀开度的节流电机。信号输出部29，向促动器30输出控制信号的同时，也向喷射器输出控制信号，以使按照预定的燃料喷射量计划计算与节流阀开度对应的燃料喷射量，计算出的燃料从喷射器喷射出来。

图3是表示电流电压特性的一个例子的概略图。图3中，表示了随着输出电流的增加而输出电压下降的电压下垂特性f1、f2。特性f1是表示发电机1A、1B的电压下垂特性的一个例子。特性f1上的点P1是，在通常运转模式中，对应于额定电压V1下的电负载的动作点，动作点上的本机的输出功率值为Pa。

图4是表示预定的发电机1A、1B的发动机转速和输出功率(发电输出功率)的关系的一个例子的图。如图4所示，发动机转速和输出功率之间确定有随着输出功率的增加而发动机转速增加的关系，与图3的输出功率值Pa对应的发动机转速为Na。因此，若确定了电压下垂特性上的动作点(与电负载对应的动作点)，则能确定目标发动机转速Na，信号输出部29，向促动器30输出控制信号，以使由转速检测器22检测出的发动机转速达到目标发动机转速Na。

信号输出部29，在运转时间延长模式时，判定可运转时间计算部28计算出的本机的剩余可运转时间和从对方机的控制单元20发送的对方机的剩余可运转时间的大小。然后，本机的剩余可运转时间比对方机的剩余可运转时间短时，例如如图3的特性f2所示，信号输出部29将本机的电压下垂特性变更至比特性f1低的输出功率侧。由此，本机的动作点变为P2，本机应生成的输出功率由Pa减小到Pb。因此，如图4所示，目标发动机转速由Na下降至Nb，从而能减少本机的每单位时间的耗油量。

这种情况下，信号输出部29，根据本机的剩余可运转时间和对方机的剩余可运转时间之间的差值，变更电压下垂特性。即，剩余可运转时间的差值越大，将电压下垂特性越大幅度地向低输出功率侧移位。此时，用发电机系统整体应对一定的电负载，所以对方机的发电输出功率值(输出电流值)增加，对方机的每单位时间的耗油量增加。由此，将本机和对方机的整体的发电输出功率维持在一定值，同时变更本机和对方机的负载分配(电流的输出平衡)。

进行这样的负载分配变更是在各发电机1A、1B的输出功率充裕时进行的。例如，各发电机1A、1B以最大的输出功率并联运转时，当改变负载分配时，发电机1A、1B的整体输出功率下降，有可能不能向电负载供给一定的电力。因此，信号输出部29，在并联运转时由电力检测器16检测出的输出功率值在规定值(例如最大输出功率值)以上时，不进行电压下垂特性的变更。

图5是表示按照预先存储于存储器20B中的程序在CPU20A(特别是发动机控制部26)实施处理的一个例子的流程图。该流程图是在本机(例如发电机1A)的发动机控制部26的处理。另外，在对方机(例如发电机1B)的发动机控制部26的处理也和图5一样。图5的流程图所示的处理是，当本机启动并开始发电时开始，在规定周期内重复。

首先，在S1(S：处理步骤)，通过与对方机之间相互发送接收来自电力检测器16的检测数据来判定发电机是否在进行并联运转。当S1为肯定(S1：是)时，进入S2。在S2，基于来自模式切换开关23的信号判定是否指令了向运转时间延长模式的切换。在S2为肯定(S2：是)时，进入S3，获取由剩余燃料检测器21检测出的剩余燃料数据。然后，在S4，基于剩余燃料数据和由电力检测器16检测出的输出功率值，计算出不变当前输出功率值而继续运转时的本机的剩余可运转时间T1。然后，在S5，经由通信线获取对方机的剩余可运转时间T2，同时判定本机的剩余可运转时间T1是否比对方机的剩余可运转时间T2短。当S5肯定(S5：是)时，进入S6。

在S6，根据剩余可运转时间T1、T2的差值变更电压下垂特性。例如将电压下垂特性由图3的f1变更为f2。然后在S7，向促动器30输出控制信号，控制发动机转速，以使表示电流和电压的关系的动作点移到变更后的电压下垂特性f2上(图3的P1→P2)。由此，本机的输出功率下降，每单位时间的耗油量减少。此时，对方机的输出功率增加，每单位时间的耗油量增大。

另一方面，当S1为否定(S1：否)、S2为否定(S2：否)或S5为否定(S5：否)时，进入S8。在S8，设定与负载对应的本机的电压下垂特性(例如特性f1)，以使本机和对方机的负载分配相等。然后，在S7，向促动器30输出控制信号，控制发动机转速，以使表示电流和电压关系的动作点(图3的P1)位于特性f1上。

另外，当在每规定周期变更电压下垂特性时，本机和对方机的输出功率增加和下降被反复进行，有可能产生控制的波动。因此，为实现稳定的控制动作，可以构成为：判定变更电压下垂特性之后是否经过了规定的时间，直到经过规定时间为止，维持变更后的电压下垂特性。另外，也可以通过设定其他的控制增益等，以求控制的稳定动作。

图6是表示本发明一实施方式的发电机系统的动作的一个例子的时序图。图中的特性g1为本机的剩余燃料量的特性，特性g2是对方机的剩余燃料量的特性。如图6所示，在初期状态下，本机的剩余燃料量比对方机的剩余燃料量少。在时点t1，当根据来自模式切换开关23的指令，被切换到运转时间延长模式时，本机的电压下垂特性例如由图3的f1变更到f2(S6)。

由此，本机的输出电流值减少，相应地，对方机的输出电流值增加。因此，仅改变电流的输出平衡，作为发电机系统整体就能对于负载产生一定的输出功率。其结果，本机的发动机转速下降，如特性g1所示，在时点t1以后，本机的每单位时间的耗油量减少，而如特性g2所示，在时点t1以后对方机的每单位时间的耗油量增大。因此，在时点t3，本机和对方机的燃料同时燃尽，从而相对于通常运转模式时，能延长并联运转的时间。即，在通常运转模式时，在时点t2本机的燃料燃尽而并联运转终止，而在运转时间延长模式下，能延长相当于时间△t的并联运转。

根据本发明的实施方式，能发挥如下的作用效果。

(1)发电机系统100具有分别由发动机10驱动，同时相互并联连接而同步运转的逆变式的第1发电机1A(本机)和第2发电机1B(对方机)(图1)。该发电机系统100具有：剩余燃料检测器21，分别检测第1发电机1A和第2发电机1B的剩余燃料量；可运转时间计算部28，根据由剩余燃料检测器21检测出的剩余燃料量，计算出第1发电机1A和第2发电机1B各自的剩余可运转时间；信号输出部29，维持一定的第1发电机1A和第2发电机1B整体输出功率的同时，向促动器30输出控制信号，以使用可运转时间计算部28计算出的第1发电机1A的剩余可运转时间T1和第2发电机1B的剩余可运转时间T2彼此相等(图2)。

根据此构成，能对电负载供给一定的电力，同时调整第1发电机1A和第2发电机1B的输出功率(负载分配)，使第1发电机1A和第2发电机1B的燃料燃尽的时间彼此一致。其结果，与输出彼此相同的电力时相比，能延长并联运转时间。

(2)信号输出部29，基于表示从第1发电机1A和第2发电机1B输出的电流和电压的关系的电压下垂特性，控制发动机10(促动器30)，同时，当由可运转时间计算部28计算出的第1发电机1A的剩余可运转时间T1比第2发电机1B的剩余可运转时间T2短时，变更电压下垂特性(图3)。通过如此变更电压下垂特性，能进行电压一定的并联运转的同时，适当变更电流的输出平衡(负载分配)。

(3)还具有模式切换部27，将运转模式从在信号输出部29处理的第1发电机1A和第2发电机1B的输出功率调整功能无效的通常运转模式向输出功率调整功能有效的运转时间延长模式切换(图2)。由此，使各发电机1A、1B的输出功率彼此相同的状态下，能够不变更负载分配而进行并联运转。因此，能抑制发动机10的最大转速，从而能降低噪音。

另外，在上述实施方式中，当第1发电机1A的剩余可运转时间T1比第2发电机1B的剩余可运转时间T2短时，将电压下垂特性向低负载侧变更，但也可以为，当第1发电机1A的剩余可运转时间T1比第2发电机1B的剩余可运转时间T2长时，将电压下垂特性向高负载侧变更。即，信号输出部29，当第1发电机1A的剩余可运转时间和第2发电机1B的剩余可运转时间彼此不同时，可以变更电压下垂特性。由于电压下垂特性的变更，使各发电机1A、1B的发动机转速不同而产生噪音(轰鸣声)时，也能设定各发电机1A、1B的输出功率(发动机转速)，以避免产生该噪音。

在上述实施方式中，信号输出部29向发动机驱动用的促动器30输出控制信号来调整发动机转速，以使由可运转时间计算部28计算出的第1发电机1A的剩余可运转时间T1和第2发电机1B的剩余可运转时间T2彼此相等，但调整第1发电机1A和第2发电机1B的输出功率的输出功率调整部的构成不限于此。在上述实施方式中，例如由浮标式的剩余燃料检测器21分别检测第1发电机1A和第2发电机1B的剩余燃料量，但剩余燃料检测部的构成不限于此。在上述实施方式中，根据模式切换开关23的操作，模式切换部27将运转模式由通常运转模式(第1模式)向运转时间延长模式(第2模式)切换，但也可以不根据开关的操作，当规定条件成立时自动切换运转模式。在上述实施方式中，将第1发电机1A和第2发电机1B经由并联运转箱2电连接，但能在一方的发电机上安装能并联输出的容量的插座，这种情况下，也能省略并联运转箱。

可以将上述实施方式和变形例的1个或者多个任意组合起来，也可以将各变形例彼此组合起来。

根据本发明，即使各发电机的剩余燃料量彼此不同时，也能使第1发电机和第2发电机的剩余可运转时间彼此相等，从而实现长时间的并联运转。

以上，就本发明的较佳实施方式进行了说明，本领域技术人员清楚地知道在不脱离所述权利要求的公开范围内，能得到各种修改和变形。

Claims

1.一种发电机系统，其为具有分别由发动机(10)驱动的同时，相互并联连接而同步运转的逆变式的第1发电机(1A)和第2发电机(1B)的发电机系统，其特征在于，具有：

剩余燃料检测部(21)，分别检测所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)的剩余燃料量；

可运转时间计算部(28)，基于由所述剩余燃料检测部(21)检测出的剩余燃料量，计算出所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)各自的剩余可运转时间；以及

输出功率调整部(29)，维持一定的所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)的整体输出功率的同时，调整所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)的输出功率，以使所述可运转时间计算部(28)计算出的所述第1发电机(1A)的剩余可运转时间和所述第2发电机(1B)的剩余可运转时间彼此相等。

2.根据权利要求1所述的发电机系统，其特征在于，

所述输出功率调整部(29)，基于表示从所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)输出的电流和电压的关系的电压下垂特性，控制所述发动机(10)的同时，当所述可运转时间计算部(28)计算出的所述第1发电机(1A)的剩余可运转时间和所述第2发电机(1B)的剩余可运转时间彼此不同时，变更所述电压下垂特性。

3.根据权利要求2所述的发电机系统，其特征在于，

所述输出功率调整部(29)，由所述可运转时间计算部(28)计算出的所述第1发电机(1A)的剩余可运转时间比所述第2发电机(1B)的剩余可运转时间短时，将所述电压下垂特性向低输出功率侧变更。

4.根据权利要求3所述的发电机系统，其特征在于，

所述输出功率调整部(29)，由所述可运转时间计算部(28)计算出的所述第1发电机(1A)的可运转时间比所述第2发电机(1B)的可运转时间短，且该差值越大，将所述电压下垂特性大幅度地向低输出功率侧变更。

5.根据权利要求2～4的任一项所述的发电机系统，其特征在于，还具有：

电力检测部(16)，检测所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)发电的输出功率值，

所述输出功率调整部(29)，由所述电力检测部(16)检测出的输出功率值在规定值以上时，即使所述可运转时间计算部(28)计算出的所述第1发电机(1A)的剩余可运转时间和所述第2发电机(1B)的剩余可运转时间彼此不同，也不变更所述电压下垂特性。

6.根据权利要求2～5的任一项所述的发电机系统，其特征在于，

所述输出功率调整部(29)，变更电压下垂特性之后直到经过规定时间为止，维持变更后的电压下垂特性。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的发电机系统，其特征在于，还具有：

模式切换部(27)，将运转模式从输出功率调整功能无效的第1模式向所述输出功率调整功能有效的第2模式切换，该输出功率调整功能是由所述输出功率调整部(29)所进行的所述第1发电机(1A)和所述第2发电机(1B)的输出功率调整功能。