CN113107666B - 一种发电机恒速控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种发电机恒速控制设备，包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮。其中，所述行星齿轮包括太阳轮、内齿圈以及恒速输出轴，所述恒速输出轴连接发电机，所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连，所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连。当所述发电机负载扭矩发生变化时，考虑到仅仅通过发动机带动发电机转子转动，很难使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，因此，本申请实施例采用电动机与发动机相互配合的方式，使所述发电机恢复至原来的转速：通过所述电动机调整所述内齿圈的转速，通过所述发动机调整所述太阳轮的转速，共同使与所述行星齿轮相连的所述发电机恢复至原来的转速。

Description

一种发电机恒速控制设备及方法

技术领域

本申请涉及发电机控制领域，特别是涉及一种发电机恒速控制设备及方法。

背景技术

发电机组(Generators Set)是将其他形式的能源转换成电能的成套机械设备，常规的柴油机发电机组是将燃料燃烧能量转化成机械能传给发电机，再由发电机转化成电能。当前，通常用发动机带动发电机的转子转动，例如柴油机通过燃烧柴油产生能量，对发电机做功，使发电机能够正常运转。发电机发电的频率会随发电机转子转速的变化发生相应改变，例如当转子转速为1500转/分钟(revolution(s)per minute，rpm)时，发电频率为50Hz，当转子转速为1800转/分钟(revolution(s)per minute，rpm)时，发电频率为60Hz。当发电机组突加或突卸载荷时，很难通过发动机带动发电机转子转动的方式使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，这就使得产生的电能的频率很不稳定，很难满足指标。

发明内容

为了更好的介绍本申请的方案，下面对本申请涉及到的相关内容进行简要介绍。

1.行星齿轮

参见图1，示出了本申请实施例中一种行星齿轮的示意图。

行星齿轮(Epicyclic Gearing)是齿轮结构的一种，通常由一个或者多个外部齿轮围绕着一个中心齿轮旋转，就像行星绕着太阳公转一样，因而得名。如图1所示，行星齿轮在最外部包括一个内齿圈1，用来贴合行星齿轮绕行的轨迹，此外，图1所示的行星齿轮还包括行星轮2、恒速输出轴3以及太阳轮4，行星轮2围绕太阳轮4旋转，共同决定恒速输出轴3的转速。行星齿轮是纯扭矩传动，其有着出色的传动效率，且行星齿轮中每个外部齿轮分配到的动力是相等的，所以行星齿轮的动力输出非常平稳，常用于各种大型机械和车辆的变速箱中。

2、比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制器

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，新的输入值的作用是让系统的数据达到或者保持在参考值。换言之，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确而稳定。

PID控制器的比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)分别对应目前误差、过去累计误差及未来误差。在不知道受控系统特性的情况下，PID控制器通常被认为是最适用的控制器。借由调整PID控制器的三个参数，可以调整控制系统，设法满足设计需求。控制器的响应可以用控制器对误差的反应快慢、控制器过冲的程度及系统震荡的程度来表示。不过使用PID控制器不一定保证可达到系统的最佳控制，也不保证系统稳定性。

有些应用只需要PID控制器的部分单元，可以将不需要单元的参数设为零即可。因此PID控制器可以变成PI控制器、PD控制器、P控制器或I控制器，其中又以PI控制器比较常用。

本申请所要解决的技术问题是，提供一种发电机恒速控制设备，以解决当前，发电机组突加或突卸载荷时，很难通过发动机带动发电机转子转动的方式使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，这就使得产生的电能的频率很不稳定，很难满足指标的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种发电机恒速控制设备，所述设备包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮；

所述行星齿轮包括太阳轮、内齿圈以及恒速输出轴，所述恒速输出轴连接发电机；

所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连；

所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连；

其中，所述发动机与所述电动机用于当所述发电机负载扭矩发生变化时，所述电动机调整所述内齿圈的转速，所述发动机调整所述太阳轮的转速，共同使所述发电机恢复至原来的转速。

可选的，所述发动机单元还包括电动机控制器，所述电动机控制器与所述电动机相连，所述电动机控制器用于控制所述电动机对所述内齿圈的输出扭矩。

可选的，所述发动机单元还包括发动机控制器，所述发动机控制器与所述发动机相连，所述发动机控制器用于控制所述发动机对所述太阳轮的输出扭矩。

可选的，所述发动机为柴油机。

第二方面，本申请实施例提供了一种发电机恒速控制方法，由电动机单元执行，所述电动机单元包括电动机，所述方法包括：

监测发电机的负载扭矩；

若所述发电机的负载扭矩变化，根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩；

按照所述电动机的输出扭矩调整所述内齿圈的转速，使发电机的转速达到设定值，所述发电机与所述行星齿轮中的恒速输出轴相连。

可选的，所述方法还包括：

发动机监测所述发电机的负载扭矩；

若所述发电机的负载扭矩变化，所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩；

所述发动机按照所述发动机的输出扭矩调整所述太阳轮的转速，使所述发电机的转速达所述设定值。

可选的，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

将与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量输入比例-积分-微分PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述电动机的输出扭矩。

可选的，所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩包括：

将与所述发动机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量输入PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述发动机的输出扭矩。

可选的，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，以及预先存储的、所述内齿圈的转速变化量与所述电动机的输出扭矩之间的对应关系，确定所述电动机的输出扭矩。

可选的，所述发动机为柴油机。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例提供了一种发电机恒速控制设备，包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮。其中，所述行星齿轮包括太阳轮、内齿圈以及恒速输出轴，所述恒速输出轴连接发电机，所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连，所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连。当所述发电机负载扭矩发生变化时，考虑到仅仅通过发动机带动发电机转子转动，很难使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，因此，本申请实施例采用电动机与发动机相互配合的方式，使所述发电机恢复至原来的转速：通过所述电动机调整所述内齿圈的转速，通过所述发动机调整所述太阳轮的转速，共同使与所述行星齿轮相连的所述发电机恢复至原来的转速。采用本设备，当发电机组突加或突卸载荷时，可以使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，从而使发电机的发电频率更为稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中一种行星齿轮的示意图；

图2为本申请实施例中一种发电机恒速控制设备的结构示意图；

图3为本申请实施例中另一种发电机恒速控制设备的结构示意图；

图4为本申请实施例中一种发电机恒速控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有

本申请的发明人经过研究发现，当前，发电机组突加或突卸载荷时，很难通过发动机带动发电机转子转动的方式使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，这就使得产生的电能的频率很不稳定，很难满足指标。

为了解决上述问题，在本申请实施例提供了一种发电机恒速控制设备，包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮。其中，所述行星齿轮包括太阳轮、内齿圈以及恒速输出轴，所述恒速输出轴连接发电机，所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连，所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连。当所述发电机负载扭矩发生变化时，考虑到仅仅通过发动机带动发电机转子转动，很难使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，因此，本申请实施例采用电动机与发动机相互配合的方式，使所述发电机恢复至原来的转速：通过所述电动机调整所述内齿圈的转速，通过所述发动机调整所述太阳轮的转速，共同使与所述行星齿轮相连的所述发电机恢复至原来的转速。采用本设备，当发电机组突加或突卸载荷时，可以使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，从而使发电机的发电频率更为稳定。

下面结合附图，详细说明本申请的各种非限制性实施方式。

参见图2，示出了本申请实施例中一种发电机恒速控制设备的结构示意图，图2所示的设备包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮。其中，所述行星齿轮包括例如图1所示的太阳轮4、内齿圈1以及恒速输出轴3，所述恒速输出轴连接发电机。所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连，所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连，在一个示例中，所述发动机可以是柴油机。

考虑到仅仅通过发动机带动发电机转子转动，很难使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，这就使产生电能的频率十分不稳定。因此，本申请实施例采用电动机与发动机相互配合的方式，使所述发电机恢复至原来的转速：为了使与所述恒速输出轴相连的发电机的转子以某一设定转速转动，可以控制所述恒速输出轴以设定转速转动，为了使所述恒定输出轴以所述设定转速转动，考虑到所述内齿圈与所述太阳轮可以通过调整其各自的转速从而控制所述恒速输出轴以一定转速转动，因此，可以通过所述电动机控制所述内齿圈的转速，通过所述发动机控制所述太阳轮的转速，共同使所述恒速输出轴以所述设定转速转动。

在一个示例中，可以由所述电动机与所述发电机各自的控制器控制所述电动机或所述发电机对所述行星齿轮的输出扭矩，从而控制所述内齿圈或所述太阳轮的转速。参见图3，示出了本申请实施例中另一种发电机恒速控制设备的结构示意图，在图3所示的设备中，为了控制所述内齿圈的转速，所述电动机可以由与其相连的电动机控制器控制其对所述内齿圈的输出扭矩；为了控制所述太阳轮的转速，所述发动机可以由与其相连的发动机控制器控制其对所述太阳轮的输出扭矩。本实施例中，所述电动机与所述发电机共同使与所述行星齿轮相连的所述发电机恢复至原来的转速，当发电机组突加或突卸载荷时，可以使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，从而使发电机的发电频率更为稳定。

可以理解的是，为控制所述发电机转速恒定，所述电动机单元可以在监测到所述发电机的负载扭矩发生变化后，控制所述电动机的输出扭矩进行相应的调整。在进行调整时，所述电动机单元可以根据所述内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩，进而按照所述电动机的输出扭矩，调整所述内齿圈的转速，从而改变所述恒速输出轴的转速，使所述发电机的转速达到设定值。

在一个示例中，所述电动机单元根据所述内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩时，可以利用所述PID控制器能够根据数据的变化量来调整输入值，使系统更加准确而稳定的特性，将所述内齿圈的转速变化量输入PID控制器，进而根据所述PID控制器的输出，确定所述电动机的输出扭矩。在另一个示例中，所述电动机单元还可以根据所述内齿圈的转速变化量，以及预先存储的、所述内齿圈的转速变化量与所述电动机的输出扭矩之间的对应关系，确定所述电动机的输出扭矩。

需要说明的是，图3所示的设备中，在所述电动机单元调整所述内齿圈的转速的同时，所述发动机可以调整所述太阳轮的转速，以使所述恒速输出轴的转速能够更快的恢复到设定值。

在一个示例中，所述发动机单元在监测到所述发电机的负载扭矩发生变化后，可以控制所述发动机的输出扭矩进行相应的调整。在进行调整时，所述发动机单元可以根据所述太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩，进而按照所述发动机的输出扭矩，调整所述太阳轮的转速，从而改变所述恒速输出轴的转速，使所述发电机的转速达到设定值。与所述电动机单元根据所述内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩类似，所述发动机同样可以将所述太阳轮的转速变化量输入PID控制器，根据所述PID控制器的输出，确定所述发动机的输出扭矩。或者根据所述太阳轮的转速变化量，以及预先存储的、所述太阳轮的转速变化量与所述发动机的输出扭矩之间的对应关系，确定所述发动机的输出扭矩。

本申请实施例还提供了一种发电机恒速控制方法。参见图4，示出了本申请实施例中一种发电机恒速控制方法的流程示意图，图4所示的方法由电动机单元执行，所述方法包括：

监测发电机的负载扭矩；

若所述发电机的负载扭矩变化，根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩；

按照所述电动机的输出扭矩调整所述内齿圈的转速，使发电机的转速达到设定值，所述发电机与所述行星齿轮中的恒速输出轴相连。

采用本方法，当发电机组突加或突卸载荷时，可以使发电机转子的转速迅速恢复到设定值，从而使发电机的发电频率更为稳定。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

发动机监测所述发电机的负载扭矩；

若所述发电机的负载扭矩变化，所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩；

所述发动机按照所述发动机的输出扭矩调整所述太阳轮的转速，使所述发电机的转速达所述设定值。

在一种可能的实现方式中，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

将与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量输入比例-积分-微分PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述电动机的输出扭矩。

在一种可能的实现方式中，所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩包括：

将与所述发动机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量输入PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述发动机的输出扭矩。

在一种可能的实现方式中，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，以及预先存储的、所述内齿圈的转速变化量与所述电动机的输出扭矩之间的对应关系，确定所述电动机的输出扭矩。

在一种可能的实现方式中，所述发动机为柴油机。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发电机恒速控制方法，其特征在于，应用于一种发电机恒速控制设备，所述设备包括发动机单元、电动机单元以及行星齿轮；所述行星齿轮包括太阳轮、内齿圈以及恒速输出轴，所述恒速输出轴连接发电机；所述发动机单元包括发动机，所述发动机与所述太阳轮相连；所述电动机单元包括电动机，所述电动机与所述内齿圈相连；所述方法包括：

所述电动机单元监测发电机的负载扭矩，以及所述发动机单元监测所述发电机的负载扭矩；

若所述发电机的负载扭矩变化，所述电动机单元根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩，以及所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩；

所述电动机单元按照所述电动机的输出扭矩调整所述内齿圈的转速，所述发动机按照所述发动机的输出扭矩调整所述太阳轮的转速，所述电动机和所述发动机共同使发电机的转速达到设定值，所述发电机与所述行星齿轮中的恒速输出轴相连。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动机单元还包括电动机控制器，所述电动机控制器与所述电动机相连，所述电动机控制器用于控制所述电动机对所述内齿圈的输出扭矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机单元还包括发动机控制器，所述发动机控制器与所述发动机相连，所述发动机控制器用于控制所述发动机对所述太阳轮的输出扭矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机为柴油机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

将与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量输入比例-积分-微分PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述电动机的输出扭矩。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机根据与所述发电机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量，确定所述发动机的输出扭矩包括：

将与所述发动机相连的行星齿轮中太阳轮的转速变化量输入PID控制器；

根据所述PID控制器的输出，确定所述发动机的输出扭矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，确定所述电动机的输出扭矩包括：

根据与所述发电机相连的行星齿轮中内齿圈的转速变化量，以及预先存储的、所述内齿圈的转速变化量与所述电动机的输出扭矩之间的对应关系，确定所述电动机的输出扭矩。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发动机为柴油机。

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