CN1921291A - 发动机驱动式发电机的输出电压调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机驱动式发电机的输出电压调节装置，其可以准确地检测稳定的交流周期，利用有效值电压进行反馈，即使在发电机的输出波形紊乱的情况下，也能够获得良好的输出电压变动抑制效果。通过本发明，使用点火装置的点火信号来检测代表输出电压的周期的发动机旋转周期。通过将该发动机旋转1个周期的输出电压瞬时值进行平方后累加，来获得代表输出波形的数据。进而，计算出该数据的平方根作为有效值。根据有效值和目标电压之间的差来确定设置于提供磁场电流if的励磁线圈L2的输出电路上的晶体管Q1的工作占空比。磁场电流if按照该差值发生变化，可根据负载来调节输出电压。

Description

发动机驱动式发电机的输出电压调节装置

技术领域

本发明涉及发动机驱动式发电机的输出电压调节装置，特别涉及可以准确地检测稳定的交流周期，利用有效电压进行反馈控制，从而即使在由于负载的影响导致发电机的输出波形紊乱的情况下，也能够抑制输出电压变动的发动机驱动式发电机的输出电压调节装置。

背景技术

作为抑制发电机的输出电压变动的手段，公知例如日本特公平3-41038号公报所公开的自动电压调节装置。图3是关于以往所公知的自动电压调节装置的一个例子的电路图。该自动电压调节装置具有励磁线圈11、控制电路12、磁场线圈13、检测线圈14以及检测电路19。检测线圈14与未图示的输出线圈串联连接。利用由检测线圈14、全波整流器15、电容器16以及电阻17、18构成的检测电路19，作为脉动电压的峰值电压而检测发电机的输出电压。控制电路12具有齐纳二极管20和达林顿连接的晶体管Q1和Q2，控制电路12根据用电阻17、18对所述脉动电压进行分压而得的电压Vc来控制磁场电流if。即，当电压Vc和齐纳二极管20的设定电压Vz的关系为Vc＜Vz时，晶体管Q1截止，而晶体管Q2导通。其结果，励磁线圈11的输出电流作为磁场电流if在磁场线圈13中流动。

图4A-4C是表示图3所示电路的动作的图。如图4A所示，当连接到发电机上的负载小的时候，Vc＜Vz的区间变窄，磁场电流if变小。另一方面，当负载增大时，峰值Vc变低，而Vc＜Vz的区间变宽，因而磁场电流if变大。

另一方面，例如由于过载而导致输出波形紊乱时等的情况下，如图4C所示，Vc＜Vz的区间随输出波形的紊乱而发生变化，磁场电流if一直发生变动。

该自动电压调节装置由于输出电压的检测和控制方法简便而被广泛地普及。但是如上所述，由于对作为脉动电流的检测波形的峰值Vc与设定电压Vz比较而得的检测信号进行反馈，因此存在由输出波形紊乱而导致输出电压变动增大的问题。

对于该问题所带来的种种情况，人们采取了各种对策，但在对检测波形的峰值进行检测的前提之下，无法避免输出波形紊乱的影响。

与此相对，可以考虑作为数字数据对输出波形的1个周期进行采样而计算有效值数据，反馈该有效值数据。根据该数字采样，即使发生波形紊乱也能进行高精度的反馈控制。

关于基于数字数据采样的控制方法，例如近些年的逆变器控制式发电机那样，只要将输出频率固定在由逆变器所正确设定的规定频率上即可简单地进行1个周期的判定。但是，就像由发动机驱动的单相同步发电机那样，在由发动机的转速和磁极数确定输出频率的方式的发电机中，由于需要在输出波形的零交点等处对1个周期进行判断，因此有可能因为输出波形的紊乱而错误地检测1个周期。例如，在汞灯和电动工具那样的容性负载、感性负载的情况下，有时会在1个周期内多次发生零交点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种在发动机驱动的同步式发电机中，能够根据准确的有效值进行反馈控制的输出电压调节装置。

为了达成上述目的，本发明是一种发电机的输出电压调节装置，其构成为对于对发动机驱动的发电机上卷绕的励磁线圈的输出进行整流而得到的电流，通过发电机输出电压的反馈信号进行控制而提供给磁场线圈，其第1特征在于，具有：检测所述发电机输出电压波形的输出电压波形检测单元；检测所述发动机的旋转周期的同步信号检测单元；把在所述旋转周期内采样到的发电机的输出电压波形转换为有效值的单元；以及根据所述有效值形成所述反馈信号的单元。

而且，本发明的第2特征在于，所述同步信号检测单元构成为，根据所述发动机的点火装置的工作信号来检测旋转周期。

而且，本发明的第3特征在于，根据输出端子线的电压来检测所述发电机的输出电压波形。

在第1特征中，本发明着眼于输出电压的频率与发动机的旋转周期同步这一点，以及固定发动机转速以维持输出频率恒定这一点，取代输出波形的周期而通过发动机的旋转周期来检测有效值的计算所需的输出周期，并据此来计算输出电压的有效值。因此，根据第1特征，即使由于负载等的影响而使发电机的输出电压波形大幅紊乱，也可以准确地检测出稳定的基本周期。其结果是，通过输出电压的有效值而并非通过峰值电压来进行反馈控制，从而可以对输出电压变动进行补偿，因此可获得十分良好的对输出电压变动的抑制效果。

根据第2特征，由于使用了发动机点火装置的点火信号，所以容易检测出旋转周期。

根据第3特征，由于构成为根据输出端子线的电压来检测电压波形，因此与以往的发电机电压调节装置使用与输出线圈串联连接的检测线圈检测电压不同，可避免由检测线圈的温度变化的影响给电压检测结果带来影响。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的发电机的输出电压调节装置的电路图。

图2是表示有效值计算步骤的流程图。

图3是现有技术中的输出电压调节装置的电路图。

图4A-4C是图3的电路的工作说明图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的一个实施方式。图1是本发明的一个实施方式的发动机驱动式发电机的输出控制装置的主要部分电路图。发动机驱动式发电机具有：卷绕在未图示的转子上的磁场线圈L1；以及卷绕在未图示的定子上的励磁线圈L2、控制电源线圈L3和输出线圈L4。卷绕磁场线圈L1的转子与未图示的发动机的输出轴连接，与发动机的旋转同步地旋转。本实施方式的发电机具有2极的凸极型转子，通过未图示的调节器，当发电机所要求的输出频率为50Hz时把发动机的转速控制为3000rpm，当发电机所要求的输出频率为60Hz时把发动机的转速控制为3600rpm。

设置有构成发动机点火装置的点火线圈1和晶体管式点火电路2。晶体管式点火电路2具有产生点火信号的信号发生器21和根据来自信号发生器21的点火信号而接通或断开的半导体控制元件(例如为晶体管)22。点火线圈1的初级侧与晶体管22连接，同时通过二极管D1和电阻R1与构成光耦合器3的发送侧的发光二极管31连接。光敏晶体管32与发光二极管31构成一对，构成光耦合器的接收侧，与控制部4的输入端子IN1连接。控制部4具有微型计算机。信号发生器21构成为，通过配置在由发动机旋转的旋转部件(例如飞轮)的外周上的检测线圈，每当发动机旋转一圈就产生点火信号，其中光敏晶体管32的接通/断开信号相当于发动机旋转的1周期信号。控制部4检测光敏晶体管32的接通/断开周期，以检测发动机旋转的1个周期。

励磁线圈L2的两端与第1全波整流器5的输入侧连接，在第1全波整流器5的输出侧连接着磁场线圈L1以及第1晶体管Q1和第2晶体管Q2。

控制电源线圈L3的两端连接到第2全波整流器6的输入侧，第2全波整流器6的输出侧与控制部4连接而提供控制电源。控制部4的输出端子OUT连接到第1晶体管Q1的基极上。

输出线圈L4通过断路器7与AC输出端子8连接，与输出线圈L4并联连接的电阻R4、R5的连接点与控制部4的输入端子IN2连接。控制部4作为电阻R4、R5的分压而检测输出线圈L4的两端电压(输出电压)。

控制部4根据从输入端子IN1输入的发动机的旋转周期信号，对由输入端子IN2输入的输出电压进行与发动机旋转1个周期相应的数字采样，计算波形面积而求出输出电压的有效值，通过根据该有效值的变动对磁场电流if进行增减控制，来抑制输出电压变动。在图1中，按照确定为使所述有效值接近目标电压的占空比来对第1晶体管Q1进行PWM控制，通过与第1晶体管Q1达林顿连接的第2晶体管Q2来控制从第1全波整流器5流向磁场线圈L1的电流if。

例如，当负载电流增大而输出线圈L4的输出电压降低时，所检测到的输出电压的有效值降低，因此第1晶体管Q1和第2晶体管Q2增大磁场电流if使得有效值接近目标电压，从而使输出线圈L4的输出电压升高。

与此相反，当变为轻负载而输出线圈L4的输出电压升高时，所检测到的输出电压的有效值增大，因此第1晶体管Q1和第2晶体管Q2以使磁场电流if减小的方式来工作，使输出线圈L4的输出电压降低至目标电压。

这样，发电机被控制为根据负载变动使输出电压的有效值收敛于目标值。

下面，参照流程图来说明所述有效值的计算步骤。在图2的步骤S1中确定输出电压的采样周期。采样周期t_acv_smp被计算为最新的发动机旋转的2个周期t360[0]+t360[1]除以设定值ACV_SMP_NUM_2T(例如为“100”)所得的值。

在步骤S2中，计算有效值。可通过对输出电压的瞬时值的平方进行1个周期的累加，再求其平方根来计算有效值。通过对输出电压的瞬时值的平方进行累加，可以得到代表输出波形的数据。

这样，使输出电压的采样周期与发动机的旋转周期同步而可变。因此，即使在出现负载电流过大而调节器一时无法控制这样的发动机过载、由于调节器的响应迟缓而产生稍许的发动机旋转变动的情况下，也能够周期性地准确进行有效值的计算。

将这样计算得到的有效值作为检测电压，使用下面的算式(式1)、(式2)来计算反馈量亦即用于PWM控制的占空比。

反馈量＝基本占空比+(目标电压-检测电压)+积分项Ti  (式1)。

积分项Ti＝Ti+(目标电压-检测电压)×系数Ki         (式2)。

其中，基本占空比是预设的固定值。

如上所述，在同步型发电机的电压调节装置中，可根据发动机的旋转周期可靠地检测发电输出的1个周期，因此即使输出波形紊乱也能够准确地进行基于数字采样的电压有效值的计算。另外，在本实施方式中，例示了转子为2极结构的发电机，但无论极数多少，只要是同步发电机，就可与本实施方式一样适用本发明。

Claims (3)

1.一种发动机驱动式发电机的输出电压调节装置，该输出电压调节装置构成为对于对发动机驱动的发电机上卷绕的励磁线圈的输出进行整流而得到的电流，利用发电机输出电压的反馈信号进行控制而提供给磁场线圈，其特征在于，具有：

检测所述发电机输出电压波形的输出电压波形检测单元；

检测所述发动机的旋转周期的同步信号检测单元；

把在所述旋转周期内采样到的发电机的输出电压波形转换为有效值的单元；以及

根据所述有效值形成所述反馈信号的单元。

2.根据权利要求1所述的发动机驱动式发电机的输出电压调节装置，其特征在于，所述同步信号检测单元构成为，根据所述发动机的点火装置的工作信号来检测旋转周期。

3.根据权利要求1所述的发动机驱动式发电机的输出电压调节装置，其特征在于，根据输出端子线的电压来检测所述发电机的输出电压波形。

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