CN109707550B - 变频发电机组的启动装置和工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供变频发电机组的启动装置和工作方法，包括MCU、温度采样模块、风门驱动模块、启动模块、电源模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块、三相全桥驱动模块、转速检测模块以及变频电机，温度采样模块、启动模块、电源模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块以及转速检测模块输出端与MCU输入端连接，MCU的输出端与三相全桥驱动模块以及风门驱动模块的输入端连接，电源模块的输出端还与三相全桥驱动模块的输入端连接，三相全桥驱动模块的输出端与变频电机连接，三相全桥模块的输出端与反电势采样模块、母线电压采样模块和母线电流采样模块的输入端连接。通过本发明，可提高变频电机的启动可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，特别涉及变频发电机组的启动装置和工作方法。
背景技术
目前变频发电机组启动有两种方式。
第一种是手动拉盘式，通过人力拉动缠绕在拉盘上的拉索，拉盘转动带动发动机曲轴转动，从而触发点火装置，启动发动机，应用于空间有限的小功率发电机组。此种方式下发电机启动转速不稳定，容易熄火。
第二种是启动电机式，采用蓄电池供电，一个启动电机(有刷直流电机)经传动齿轮连接到发动机曲轴，启动时，启动继电器接通，蓄电池大电流流入启动电机，启动电机转动带动发动机曲轴转动，从而触发点火装置，启动发动机，这种方法多应用于体积较大的大功率发电机组。且传动齿轮转动过程中消耗的电量较大，造成电池体积较大影响发电机的安装。
发明内容
为了克服现有技术中发电机启动不稳定、耗电量大及安装困难的问题，本发明提供变频发电机组的启动装置和工作方法，通过控制器控制变频电机转动和反转，提高变频电机的启动可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
变频发电机组的启动装置，包括MCU、温度采样模块、风门驱动模块、启动模块、电源模块、熄火驱动模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块、三相全桥驱动模块、转速检测模块以及变频电机，所述温度采样模块、启动模块、电源模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块以及转速检测模块的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与所述熄火驱动模块、风门驱动模块以及三相全桥驱动模块的输入端连接，所述三相全桥驱动模块的输出端与变频电机连接，所述三相全桥模块的输出端与所述反电势采样模块、母线电压采样模块和母线电流采样模块的输入端连接。
优选的，还包括调压充电模块，所述调压充电模块的输入端与变频电机连接，所述调压充电模块的输出端与电源模块的输入端连接；还包括计时模块，所述计时模块与MCU双向连接；还包括计数模块，所述计数模块与MCU双向连接。
变频发电机组的启动装置的工作方法，包括以下几个步骤：
S1：开启电源和开关，变频电机正向驱动；
S2：变频电机正向驱动过程中，实时检测变频电机的转速n2，并预设变频电机的启动转速n启，若n2＞n启则变频电机停止驱动即完成点火；记录变频电机的启动时间T启，并预设启动时间Tmax，若T启＞Tmax则变频电机停止驱动；
S3：变频电机电机正转驱动过程中，检测变频电机的三相电压并构成二进制码序列，与预设的二进制码序列进行对比，若序列不对等，判断变频电机出现堵转；同时记录换相检测时间T检，并预设检测时间限制T限，若T检＞T限时判断变频电机出现堵转；
S4：当变频电机出现堵转时，变频电机首先反转，反转行程为S反，之后变频电机再正向驱动。
优选的，所述S1包括以下步骤：
S1-1:开启电源和开关，检测当前变频电机的转速n1，并与预设的第一转速n预进行对比；若n1＜n预，表明变频电机未启动；
S1-2：检测变频电机的母线电压V母，并与预设的第一电压V预进行比较，若V母＞V预，表明变频电机驱动准备完成；
S1-3：变频电机进行正向驱动，同时记录启动时间。
优选的，所述S4中，预设有反转行程S预，若S反＞S预，则变频电机将停止驱动。
优选的，还包括变频电机反转次数进行计数为N，N为正整数，若N大于预设值N预时，变频电机将停止驱动。
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1.变频电机和发动机连接，减少了传动齿轮和其它启动电机的应用，简化了启动装置的结构，降低了安装的难度。
2.通过对变频电机实行转速、驱动时间、母线电压、电流和反电势采样，用于检测电机的转速和堵转，提高电机启动的可靠性。
3.变频电机启动后可对启动装置的电源模块进行充电，提高电能的利用效率。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的变频发电机组的启动装置的示意图。
图2为根据本发明示例性实施例的变频发电机组的启动装置工作方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1为本发明实施例的变频发电机组的启动装置的示意图。变频发电机组的启动装置，包括MCU，温度采样模块、风门驱动模块、启动模块、电源模块、熄火驱动模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块、三相全桥驱动模块、转速检测模块和变频电机。所述温度采样模块、启动模块、电源模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块以及转速检测模块的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与所述三相全桥驱动模块、熄火驱动模块以及风门驱动模块的输入端连接，所述三相全桥驱动模块的输出端与变频电机连接，所述三相全桥驱动模块的输出端与所述反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块以及转速检测模块的输入端连接。
本实施例中，变频电机安装在发动机的曲轴上，变频电机可直接通过曲轴的转动带动发动机启动，发电机启动后曲轴的转动反向带动电机的运转，从而产生电能。本实施例中，还包括调压充电模块，调压充电模块的输入端连接变频电机的输出端，调压充电模块的输出端与电源模块的输入端连接；当变频电机启动产生电能后，可通过调压充电模块为电源供电，以满足下次启动的需求。
本实施例可采用三相交流电机，电机中三相线连接方式为星型接法或三角型接法，包含一组或一组以上辅助绕组输出。
所述MCU可采用单片机，用于对外部的信号进行采集处理，具体可采用PAC5253芯片。
所述温度采样模块，可采用温度传感器，用于测量发动机的缸温、进气温度，用于MCU对风门驱动模块进行控制。
所述风门驱动模块，可采用步进电机或直流有刷电机，用于调节风门的开度。在发动机冷机启动时，减小风门开度，增加油雾浓度以便点火；发动机着燃后，增加风门开度，以增加进气量。
所述启动模块，用于控制变频发电机组的启动装置的工作状态(例如启动或关闭)，可采用钥匙旋转开关、船型开关；本实施例中，启动模块可为遥控器或云控开关，以用于远程启动。
所述电源模块，可采用铅酸蓄电池或锂电池，容量根据机组启动功率进行匹配；用于为变频发电机组的启动装置提供稳定的工作电压，以保障装置的顺利运转。
所述熄火驱动模块，可采用点火线圈初级短路到地的方式，用于禁止点火，用于避免反转过程时点火。
所述转速检测模块，可采用转速传感器，用于检测变频电机的转速。
本实施例中，还包括计时模块，计时模块与MCU双向连接，用于对变频电机启动过程中的启动时间进行计时；还包括计数模块，计数模块与MCU双向连接，用于对反转次数进行计数。
母线电压采样模块，用于检测母线电压，当母线电压高于或低于MCU中预设的安全电压时，将会关断电源，以起到过压保护。
三相全桥驱动模块，其作用是将直流电压逆变为交流电压，用于控制变频电机的转动。本实施例中，可在三相全桥驱动模块和变频电机之间添加隔离继电器，以起到安全保护(过流、过压)的作用。
母线电流采样模块，其作用是采集母线电流，用于驱动电流调节，通过对电流的检测实现过流保护和短路保护。
反电势采样模块，其作用是采集变频电机之间的相位信号，用于检测反电势和堵转。变频电机正常转动时，三相反电势会按照正常的相序产生过零换相信号，当变频电机发生堵转发生时，反电势过零换相信号会被打乱。
图2为变频发电机组的启动装置的工作方法流程示意图。
S1：开启电源和开关，变频电机正向驱动。
本实施例中，开启电源和开关后，转速检测模块检测变频电机的转速n1，并将转速n1传输到MCU，当变频电机的转速小于MCU预设的第一转速n预(100RPM)时，表示变频电机未启动，以防止意外触碰开关产生的误操作；母线电压采样模块检测三桥全桥驱动模块的母线电压V母，当母线电压大于MCU上预设的第一电压V预(150V)时，MCU将开始驱动变频电机正向驱动，反之则停止驱动。变频电机驱动的同时，计时模块的数据将清零，并开始记录变频电机启动时间，即变频电机开始启动到完成驱动的时间。
S2：变频电机正向驱动过程中，转速检测模块实时检测变频电机的转速n2，当转速大于MCU预设的启动转速n启(700RPM)时，变频电机完成驱动，同时计时模块记录变频电机的启动时间T启；当启动时间T启大于预设启动时间Tmax(1.5s)，变频电机仍未启动，则停止驱动变频电机。
S3：变频电机电机正转驱动过程中，检测变频电机的三相电压并构成二进制码序列，与预设的二进制码序列进行对比，若序列不对等，判断变频电机出现堵转。
本实施例，变频电机在驱动过程中，反电势采样模块进行换相检测，获取换相周期，提供驱动换相的时间基准。反电势检测模块采用星型电阻网络，获得变频电机中心点电压V中心和转子(A或B或C，也称为相)与中心点之间的电压即相电压V相；当相电压V相＞V中心时，这一相检测结果为高电平，当相电压V相＜V中心时，这一相检测结果为低电平，三相电压检测结果就以三路高低电平的方式输入到MCU，根据反电势的变化规律，三相电压检测结果构成固定顺序的六组三位二进制码。当检测结果不符合这一顺序时，可以判断电机没有正常运转，即视为出现堵转。
MCU上的二进制码固定序列为101、100、110、010、011、001，当三相电压检测的二进制码的顺序不符合上述固定顺序即任一二进制码的序列发生变化(例如检测到的二进制序列为101、100、010、110、011、001)，就表示变频电机出现堵转；或当三相电压检测的二进制码出现000或111时，也表示变频电机出现堵转。
每次换相时需检测换相时间，当超过预设的限制时间仍没有检测到换相信号时，即判断变频电机出现堵转；通过记录检测换相时间T检，并预设检测时间限制T限，若T检＞T限时即可判断变频电机出现堵转。
S4：当MCU判断变频电机出现堵转时，将控制变频电机反转，反转行程为S反；反转之后再进行变频电机正向驱动。
本实施例中，当变频电机出现堵转时，MCU将控制变频电机的曲轴进行反转驱动，并预设有反转行程S反，以获得曲轴的助跑行程；之后再进行变频电机正向驱动，曲轴的启动距离加长，可以得到更快的驱动速度，用于突破变频电机原有的堵转点。本实施例中，在反转过程中，还检测反转行程S反是否超过预设的值S预，若S反＞S预，则MCU将停止变频电机的驱动。本步骤中，在变频电机再次进行正向驱动的同时，计时模块上的时间进行清零，即重新计算变频电机的启动时间，以免残留的时间信息影响重新启动时间的计时，导致变频电机驱动失败。
本实施例中，变频电机出现堵转，即曲轴到达堵转点P点后不再继续前行，MCU将控制变频电机从P点反转S反达到M点，这一过程记为反转次数N，N为正整数。若N大于预设值N预时，将停止驱动变频电机。本实施例中,N预优先为3。
本实施例中，当S4完成后，即变频电机再次正向驱动后，重复步骤S2-S4，以保证变频电机的顺利驱动，完成点火。
Claims (4)
1.变频发电机组的启动装置的工作方法，其特征在于，该方法基于变频发电机组的启动装置来实现；
变频发电机组的启动装置包括MCU、温度采样模块、风门驱动模块、启动模块、电源模块、熄火驱动模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块、三相全桥驱动模块、转速检测模块以及变频电机，所述温度采样模块、启动模块、电源模块、反电势采样模块、母线电压采样模块、母线电流采样模块以及转速检测模块的输出端与所述MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与所述熄火驱动模块、风门驱动模块以及三相全桥驱动模块的输入端连接，所述三相全桥驱动模块的输出端与变频电机连接，所述三相全桥驱动 模块的输出端与所述反电势采样模块、母线电压采样模块和母线电流采样模块的输入端连接；
包括以下几个步骤：
S1：开启电源和开关，变频电机正向驱动；
S2：变频电机正向驱动过程中，实时检测变频电机的转速n2，并预设变频电机的启动转速n启，若n2＞n启则变频电机停止驱动即完成点火；记录变频电机的启动时间T启，并预设启动时间Tmax，若T启＞Tmax则变频电机停止驱动；
S3：变频电机电机正转驱动过程中，检测变频电机的三相电压并构成二进制码序列，与预设的二进制码序列进行对比，若序列不一致，则判断变频电机出现堵转；同时检测记录换相时间T检，并预设检测时间限制T限，若T检＞T限时判断变频电机出现堵转；
S4：当变频电机出现堵转时，变频电机首先反转，反转行程为S反，之后变频电机再正向驱动。
2.如权利要求1所述的变频发电机组的启动装置的工作方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：
S1-1:开启电源和开关，检测当前变频电机的转速n1，并与预设的第一转速n预进行对比；若n1＜n预，表明变频电机未启动；
S1-2：检测变频电机的母线电压V母，并与预设的第一电压V预进行比较，若V母＞V预，表明变频电机驱动准备完成；
S1-3：变频电机进行正向驱动，同时记录启动时间。
3.如权利要求1所述的变频发电机组的启动装置的工作方法，其特征在于，所述S4中，预设有反转行程S预，若S反＞S预，则变频电机将停止反转驱动。
4.如权利要求1所述的变频发电机组的启动装置的工作方法，其特征在于，还包括变频电机反转次数进行计数为N，N为正整数，若N大于预设值N预时，变频电机将停止驱动。
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