CN110249521B - 逆变器发电机及其控制方法 - Google Patents

逆变器发电机及其控制方法 Download PDF

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CN110249521B CN201780085727.6A CN201780085727A CN110249521B CN 110249521 B CN110249521 B CN 110249521B CN 201780085727 A CN201780085727 A CN 201780085727A CN 110249521 B CN110249521 B CN 110249521B
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Abstract

本发明的逆变器发电机包括：发动机；调节发动机的节气门的开度的致动器；利用发动机的动力产生交流电力的发电部；将从发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；将从转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；检测从逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；检测从逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部；目标旋转速度决定部，其基于电流检测值和与电压目标值与电压检测值的差相应的修正值，来决定发动机的目标旋转速度；和基于决定的目标旋转速度控制致动器的致动器控制部。

Description

逆变器发电机及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器发电机及其控制方法。
背景技术
目前，已知利用转换器将来自被发动机驱动的发电部的交流电力转换为直流电力，利用逆变器将来自转换器的直流电力转换为交流电力并输出到负载的逆变器发电机。在这样的逆变器发电机中，通常根据逆变器的输出功率决定发动机的目标旋转速度。在逆变器的输出电压为大致一定的情况下，也有时根据逆变器的输出电流决定发动机的目标旋转速度。
另外，在专利文献1中记载有根据负载消耗的有效功率决定发动机的目标旋转速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012－244699号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在上述的目前的逆变器发电机中，当负载产生变动时(主要是接入负载时)，有时逆变器的输出电压降低。此时，随着逆变器的输出电压的降低，降低至发动机的目标旋转速度，因此，不能充分地得到发动机的加速性，发动机旋转速度控制的响应性可能不充分。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够使负载变动时的发动机旋转速度控制的响应性提高的逆变器发电机及其控制方法。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明的逆变器发电机包括：发动机；调节所述发动机的节气门的开度的致动器；利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部；目标旋转速度决定部，其基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度；和基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器的致动器控制部。
另外，本发明的逆变器发电机的控制方法中，所述逆变器发电机包括：发动机；调节所述发动机的节气门的开度的致动器；利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；和检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部，基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度，基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器。
发明效果
根据本发明，因为利用对应于电压目标值与电压检测值的差的修正值来决定发动机的目标旋转速度，所以即使由于负载变动而逆变器的输出电压降低，也能够使发动机旋转速度控制的响应性提高。
附图说明
图1是表示实施方式的逆变器发电机的例子的框图。
图2是表示逆变器发电机的并联连接的例子的框图。
图3是表示实施方式的逆变器发电机的控制方法的例子的流程图。
图4是表示修正有效功率与目标发动机旋转速度的关系的例子的图。
图5是表示输出电压、有效功率、发动机旋转速度的时间变化的例子的图。
图6是表示有效功率与目标输出电压的关系的例子的图。
图7A是表示有效功率与输出电压的关系的第一例的图。
图7B是表示有效功率与输出电压的关系的第二例的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示实施方式的逆变器发电机的例子的框图。逆变器发电机1包括发动机2。发动机2是用火花将汽油等燃料点燃的内燃机。发动机2包括调节设置于进气管的节气门25的开度的节气门电机27。节气门电机27是致动器的一例，例如由步进电机构成。
发动机2与发电体21、23连接。发电体21、23包括具有与发动机2的输出轴一起旋转的永磁体的转子和具有以与来自永磁体的磁通量交叉的方式配置的绕组的定子。其中，主发电体21具有三相(U、V、W相)的绕组，基于发动机2的动力产生三相交流电力，输出到控制装置10。
另外，副发电体23具有单相的绕组，基于发动机2的动力产生单相交流电力，输出到控制装置10。从副发电体23输入到控制装置10的单相交流电力由控制电源7转换为直流电力，供给到控制装置10内的各部分。
控制装置10在从主发电体21对AC输出部8供电的供电路径上按以下顺序包括SCR/DI桥31、平滑电容器33、FET桥35、扼流圈37和噪声滤波器39。在此，SCR/DI桥31是转换器的一例，FET桥35是逆变器的一例。
SCR/DI桥31将从主发电体21输出的三相交流电力转换为直流电力。SCR/DI桥31是包含三个闸流晶体管(SCR)和三个二极管(DI)的三相桥转换器，通过控制闸流晶体管的导通，将三相交流电力进行全波整流转换为直流电力。
平滑电容器33使从SCR/DI桥31输出的直流电力平滑化。
FET桥35将从SCR/DI桥31输出且由平滑电容器33平滑化了的直流电力转换为交流电力。FET桥35是包含四个FET(场效应晶体管)的单相桥逆变器，通过控制FET的导通将直流电力转换为规定频率(例如50或60Hz)的交流电力。
从FET桥35输出的交流电力经由用于高频除去的扼流圈37和用于噪声除去的噪声滤波器39，从AC输出部8输出到外部。
此外，如图2所示，还能够将本实施方式的多个逆变器发电机1A、1B并联连接地使用。从多个逆变器发电机1A、1B分别输出的交流电力由合成AC输出部80合成后输出到外部。
返回图1的说明，控制装置10包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)3。CPU3按照存储于未图示的存储器的程序，由电机驱动器41控制节气门电机27，由SCR驱动器43控制SCR/DI桥31，由FET驱动器45控制FET桥35。CPU3用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制FET桥35。
NE检测部51将表示发动机旋转速度的检测信号供给到CPU3。NE检测部51根据发电体21的输出生成脉冲信号，CPU3对脉冲信号计数而计算出发动机旋转速度。
电流检测部61将由电流传感器55测定出的、表示从FET桥35输出的交流电力的输出电流的检测信号供给到CPU3。电流传感器55例如配置于扼流圈37与噪声滤波器39之间。过电流检测部63在从FET桥35输出的输出电流超过阈值时，将表示过电流的产生的检测信号供给到CPU3。
电压检测部65将表示从FET桥35输出的交流电力的输出电压的检测信号供给到CPU3。电压检测部65例如连接在扼流圈37与噪声滤波器39之间。
CPU3作为通过执行存储于未图示的存储器的程序而决定目标发动机旋转速度的目标旋转速度决定部、基于决定的目标发动机旋转速度控制节气门电机27的致动器控制部起作用。以下，对CPU3的动作进行详细说明。
图3是表示实施方式的逆变器发电机的控制方法的例子的流程图。CPU3按照存储于未图示的存储器的程序，以规定周期反复执行该图所示的发动机旋转速度控制。
在S11～S15中，CPU3基于来自电流检测部61的电流检测值和来自电压检测部65的电压检测值计算出从FET桥35输出的交流电力的有效功率。具体而言，CPU3在每PWM载波周期检测瞬时输出电流Iac和瞬时输出电压Vac(S11)，根据它们计算出瞬时功率Pac(＝Iac×Vac)(S12)，计算出将它们累积而得的累计瞬时功率Pac_total(＝ΣPac)(S13)。当经过交流一周期(S14：是(YES))时，CPU3计算出每交流一周期的有效功率Pac_w(＝Pac_total/交流一周期的量的PWM载波周期点总数)(S15)。但不局限于此，也可以通过将基于从FET桥35输出的输出电压和输出电流的相位差
Figure GDA0003935657080000051
的功率因数
Figure GDA0003935657080000052
与从FET桥35输出的交流电力相乘，而计算出有效功率。
在S16～S18中，CPU3计算出修正系数。具体而言，CPU3决定从FET桥35输出的交流电力的目标输出电压(S16)，由电压检测部65检测从FET桥35输出的交流电力的实际的输出电压(S17)，通过目标输出电压除以实际的输出电压而计算出修正系数k(S18)。实际的输出电压是交流一周期的量的有效值。具体而言，实际的输出电压是将检测出的交流一周期的量的瞬时输出电压Vac累计并平均化而得的电压值。修正系数k是对应于目标输出电压与实际的输出电压的差的值，例如，目标输出电压与实际的输出电压的差越大，则修正系数越大。修正系数k不局限于目标输出电压除以实际的输出电压的商，也可以为从目标输出电压减去实际的输出电压的差。此外，在本实施方式中，在逆变器发电机并联连接的情况下，目标输出电压为接近额定电压(例如100V)的值，但不是固定值，如后述那样根据有效功率变化。
在S19中，CPU3基于在上述S15中计算出的有效功率和在上述18中计算出的修正系数，计算出修正有效功率。具体而言，CPU3通过将修正系数k与有效功率Pac_w相乘而计算出修正有效功率Pac_hw。例如，目标输出电压与实际的输出电压的差越大，修正有效功率Pac_hw越大。在此，修正有效功率Pac_hw是将修正系数k与有效功率Pac_w相乘的值，换言之，修正有效功率Pac_hw也可以是有效功率Pac_w除以实际的输出电压相对于目标输出电压的比(即，修正系数k的倒数)的值(下述式1)。
[式1]
Figure GDA0003935657080000061
Figure GDA0003935657080000062
在S20中，CPU3基于在上述S19计算出的修正有效功率决定目标发动机旋转速度。具体而言，CPU3从存储于未图示的存储器的查找表中读取与修正有效功率Pac_hw对应的目标发动机旋转速度。图4是表示修正有效功率与目标发动机旋转速度的关系的例子的图。目标发动机旋转速度被设定为，例如基本上修正有效功率越大，目标发动机旋转速度越大。另外，由于目标发动机旋转速度基于修正有效功率，因此，例如是目标输出电压与实际的输出电压的差越大，目标发动机旋转速度越大。
在S21中，CPU3基于在上述S20决定的目标发动机旋转速度，控制节气门电机27。具体而言，CPU3为了抑制决定了的目标发动机旋转速度和检测出的实际的发动机旋转速度的差值，对节气门电机27进行反馈控制。
根据以上说明的实施方式，因为基于修正有效功率决定目标发动机旋转速度，所以能够使发动机旋转速度控制的响应性提高。即，修正有效功率以目标输出电压与实际的输出电压的差越大则越大的方式修正，由此，因为目标发动机旋转速度被决定为目标输出电压与实际的输出电压的差越大则越大，所以能够使发动机旋转速度迅速地上升。
参照图5对本实施方式的效果进行说明。该图是表示输出电压、有效功率、发动机旋转速度的时间变化的例子的图。图中的实线表示基于修正有效功率决定目标发动机旋转速度时的时间变化作为实施例。另一方面，图中的虚线表示基于未修正的有效功率决定目标发动机旋转速度时的时间变化作为参考例。
在负载接入AC输出部8前，发动机2处于空闲状态，逆变器发电机1的输出电压维持为目标输出电压。
当负载接入AC输出部8时，逆变器发电机1的输出电压从目标输出电压瞬时降低。因此，有效功率不会立刻上升到充分的水平。在参考例中，由于根据没有达到充分水平的有效功率设定比较低的目标发动机旋转速度，因此发动机旋转速度的上升需要时间。
与此不同，在本实施方式中，基于以目标输出电压与实际的输出电压的差越大则修正有效功率越大的方式修正了的修正有效功率，决定目标发动机旋转速度，因此，设定为比较高的目标发动机旋转速度。因此，能够使发动机旋转速度迅速地上升。
此外，在图5中对负载接入时进行了例示，但不局限于负载接入时，在其他负载变动时同样也能够使发动机旋转速度控制的响应性提高。
本实施方式不局限于基于有效功率决定目标发动机旋转速度的方式，还能够应用于基于输出电流决定目标发动机旋转速度的方式，基于视在功率决定目标发动机旋转速度的方式。即，在对输出电流或视在功率以目标输出电压与实际的输出电压的差越大则使其越大的方式进行了修正的基础上，也可以基于修正了的输出电流或视在功率决定目标发动机旋转速度。
本实施方式中，在基于有效功率决定目标发动机旋转速度的方式中，在连接有感应负载的情况下，特别能够发挥效果。即，由于感应负载连接时有效功率(由负载消耗的电力)小，因此，在使用有效功率的方式中，会设定比较低的发动机旋转速度，与使用输出电流或视在功率的方式相比，发动机旋转速度控制的响应性往往会变低。因此，通过在对有效功率以目标输出电压与实际的输出电压的差越大则使其越大的方式进行了修正的基础上，基于修正了的有效功率决定目标发动机旋转速度，由此，即使为使用有效功率的方式也能够使发动机旋转速度控制的响应性提高。
此外，使用修正值修正有效功率的方法只要是最终的目标输出电压与实际的输出电压的差越大，则目标发动机旋转速度越大的方式，就没有特别限定。另外，也可以在基于有效功率决定了目标发动机旋转速度后，使用修正值修正目标发动机旋转速度。
图6是表示有效功率与目标输出电压的关系的例子的图。如上所述，目标输出电压是接近额定电压(例如100V)的值，根据有效功率变化。具体而言，目标输出电压以有效功率越大则越渐渐变小的方式的线性变化。
这是为了，如图2所述，在将逆变器发电机1A、1B并联连接时减少从一者流入另一者的充电电流。即，如图7A和图7B所示，逆变器发电机1A、1B的特性存在个体差，因此，在并联连接并输出相同输出电压时，有时各自的有效功率相互不同。该情况下，从逆变器发电机1A、1B的一者向另一者流入与有效功率的差对应的充电电流。充电电流与有效功率的差成比例，因此，表示有效功率与输出电压的关系的直线的斜率越小则充电电流越大，斜率越大则充电电流越小。因此，在本实施方式中，如图6所示，表示有效功率与目标输出电压的关系的直线带有倾斜。
在本实施方式中，基于检测出的输出电压和输出电流计算出有效功率，并且使用根据有效功率而变化的目标输出电压计算出修正系数。因此，能够设定适当的目标发动机旋转速度。
与此不同，与输出电压实际的变化无关，当将输出电压作为固定值来计算功率或者计算修正系数时，有可能不能设定适当的目标发动机旋转速度。例如，当用于计算的电压值比实际的输出电压低时，目标发动机旋转速度低于适当的水平，有可能不能得到充分的电力。另外，有可能修正系数的大小不足，发动机旋转速度的上升需要时间。另一方面，当用于计算的电压值比实际的输出电压高时，目标发动机旋转速度超过适当的水平，有可能对油耗及噪音带来不好的影响。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，当然能够由本领域技术人员进行各种的变形来实施。

Claims (15)

1.一种逆变器发电机，其特征在于，包括：
发动机；
调节所述发动机的节气门的开度的致动器；
利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；
将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；
将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部；
目标旋转速度决定部，其基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度；和
基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器的致动器控制部，
所述目标旋转速度决定部基于根据所述电流检测值和所述电压检测值计算出的功率值和所述修正值，来决定所述目标旋转速度，
所述目标旋转速度决定部基于根据所述功率值和所述修正值计算出的修正功率值，来决定所述目标旋转速度，
所述修正功率值是所述功率值除以由所述电压检测值相对于所述电压目标值的比构成的所述修正值而得的值。
2.根据权利要求1所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述功率值为有效功率的功率值。
3.根据权利要求1所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值与所述电压检测值的差越大，则所述目标旋转速度越大。
4.根据权利要求1所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值与所述电压检测值的差越大，则所述修正功率值越大。
5.根据权利要求1所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述目标旋转速度决定部从查找表中读取与所述修正功率值对应的所述目标旋转速度。
6.根据权利要求2所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值根据所述功率值而变化。
7.一种逆变器发电机，其特征在于，包括：
发动机；
调节所述发动机的节气门的开度的致动器；
利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；
将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；
将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部；
目标旋转速度决定部，其基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度；和
基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器的致动器控制部，
所述目标旋转速度决定部基于根据所述电流检测值和所述电压检测值计算出的功率值和所述修正值，来决定所述目标旋转速度，
所述功率值为有效功率的功率值，
所述电压目标值随着所述有效功率的功率值变大而变小。
8.根据权利要求7所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值与所述电压检测值的差越大，则所述目标旋转速度越大。
9.根据权利要求7所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述目标旋转速度决定部基于根据所述功率值和所述修正值计算出的修正功率值，来决定所述目标旋转速度。
10.根据权利要求9所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述修正功率值是所述功率值除以由所述电压检测值相对于所述电压目标值的比构成的所述修正值而得的值。
11.根据权利要求9所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值与所述电压检测值的差越大，则所述修正功率值越大。
12.根据权利要求9所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述目标旋转速度决定部从查找表中读取与所述修正功率值对应的所述目标旋转速度。
13.根据权利要求1所述的逆变器发电机，其特征在于：
所述电压目标值根据所述功率值而变化。
14.一种逆变器发电机的控制方法，其特征在于：
所述逆变器发电机包括：
发动机；
调节所述发动机的节气门的开度的致动器；
利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；
将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；
将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；和
检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部，
基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度，
基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器，
在决定所述发动机的目标旋转速度时，基于根据所述电流检测值和所述电压检测值计算出的功率值和所述修正值，且基于根据所述功率值和所述修正值计算出的修正功率值，来决定所述目标旋转速度，
所述修正功率值是所述功率值除以由所述电压检测值相对于所述电压目标值的比构成的所述修正值而得的值。
15.一种逆变器发电机的控制方法，其特征在于：
所述逆变器发电机包括：
发动机；
调节所述发动机的节气门的开度的致动器；
利用所述发动机的动力产生交流电力的发电部；
将从所述发电部输出的交流电力转换为直流电力的转换器；
将从所述转换器输出的直流电力转换为交流电力的逆变器；
检测从所述逆变器输出的交流电力的电流的电流检测部；和
检测从所述逆变器输出的交流电力的电压的电压检测部，
基于由所述电流检测部检测出的电流检测值和与从所述逆变器输出的交流电力的电压目标值与由所述电压检测部检测出的电压检测值的差相应的修正值，来决定所述发动机的目标旋转速度，
基于所述决定的目标旋转速度控制所述致动器，
在决定所述发动机的目标旋转速度时，基于根据所述电流检测值和所述电压检测值计算出的功率值和所述修正值，来决定所述目标旋转速度，
所述功率值为有效功率的功率值，
所述电压目标值随着所述有效功率的功率值变大而变小。
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