CN203580673U - 一种新型液压定频车载变频交流自发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型液压定频车载变频交流自发电系统，包括液压泵、液压马达、液压泵控制器、中频永磁交流发电机、逆变器和发动机调速器。相对传统方案，本实用新型可有效实现车载驻车和行车自发电，并显著提高输出电能质量，提高系统可靠性及通用性；当用电设备用电量加大时，可通过多机并联增大输出功率。由于液压传动系统安装灵活，不需对底盘进行改装，这也大大降低了其系统成本及安装难度，可满足军用及民用的各种应用需求。由于系统变频发电中可有效降低发动机的燃油消耗并同时提高发电机的发电效率、降低排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求，因此本方案具备较高的社会效益、经济效益，及重要的战略意义。

Description

一种新型液压定频车载变频交流自发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，具体涉及一种车载发电装置。

背景技术

随着在野外移动作业的用电设备对电力的需求越来越大，利用车辆发动机提供动力，并带动发电机转动供电的车载移动自发电系统在供电领域的独特作用日益受到重视，它在工程抢险、石油探测以及军事装备等领域应用日益广泛。

现有车载自发电系统通常采用机械传动的自发电技术，使用取力器或传动轴带动传统励磁发电机发电。但这种方案需要对车体进行底盘改装，成本较高，改装难度大。而且这种机械传动方式只能在车辆驻车时发电，车辆行驶时无法发电。

因此为解决行车发电的难题，近来出现了利用液压传动实现自发电的技术。通过发动机或取力器驱动液压传动装置，液压调速控制系统控制液压泵和液压马达，使其转速保持稳定。而后液压马达带动工频励磁交流发电机旋转发电，并输出供用电设备使用。

然而当车辆行驶时发动机转速变化剧烈，一般在600rpm~2400rpm。液压调速控制系统常常只能稳定液压马达的转速在一定范围内，如2500±200rpm。这将使得励磁发电机输出电压和频率发生波动，引起供电质量严重下降。如果采用非常精确的液压调速控制系统，系统成本将大大上升，其体积重量也将大幅增大。

发明内容

鉴于此，本实用新型目的在于提供一种成本低、输出电能质量高、发电效率高的液压定频车载变频交流自发电设备。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，提供一种新型液压定频车载变频交流自发电系统，包括：

液压泵：进油管通过管道连接汽车发动机油箱，出油管通过管道连接液压马达，同时，该液压泵还与液压泵控制器信号连接；

液压马达：通过管道与液压泵连接，同时，液压马达还与液压泵控制器信号连接；

液压泵控制器：

中频永磁交流发电机：与液压马达连接；

逆变器：其输入端连接中频永磁发电机电压输出端，其输出端与最终用电负载连接，此外逆变器还输出负载电流大小信号给调速器；

发动机调速器：与逆变器输出的负载电流大小信号连接、与液压泵控制器信号连接、与汽车发动机油门控制信号连接。

逆变器向发动机调速器反馈负载状态信号，发动机调速器向发动机油门控制器输出电信号，控制汽车发动机油门大小，以调整发动机转速。调速器同时像液压泵控制器输出电信号，以调整液压马达的转速。

与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：在维持原有液压系统基本不变的状态下，采用中频永磁交流发电机替换原有的交流励磁发电机；同时增加逆变器电路，使输出电能质量极大提高，满足国家军标II、III级电源标准，及各种用电设备的需求。此外在驻车发电的状态下，系统可根据负载大小变化发动机转速，发动机变频工作，因而发电过程高效、节能。

相对传统方案，本实用新型可有效实现车载驻车和行车自发电，并显著提高输出电能质量，提高系统可靠性及通用性；当用电设备用电量加大时，可通过多机并联增大输出功率。由于液压传动系统安装灵活，不需对底盘进行改装，这也大大降低了其系统成本及安装难度，可满足军用及民用的各种应用需求。由于系统变频发电中可有效降低发动机的燃油消耗并同时提高发电机的发电效率、降低排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求，因此本方案具备较高的社会效益、经济效益，及重要的战略意义。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的新型液压定频车载变频交流自发电系统连接结构示意图。

图2是本实用新型一较佳实施例的新型液压定频车载变频交流自发电系统发动机转速与发电输出功率的对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图与一个具体实施例进行说明。

参见图1。本实施例所描述的新型液压定频车载变频交流自发电系统由液压泵、液压马达、液压泵控制器、中频永磁交流发电机、逆变器、发动机调速器组成。本实施例所用发动机调速器为上海允一公司电控的ESC9800型转速控制器，所用中频永磁发电机为乾威科技F25型12KW交流发电机，所用逆变器为乾威科技IW15K380型15KW三相逆变器。逆变器前端设有三相整流桥电路，永磁发电机输出的是交流电压，此交流电压经三相整流桥会整流为直流电压（即ACàDC的交直变换），此直流电压再通过逆变电路直交逆变为交流电压（即DCàAC的直交变换），此为通用的（ACàDCàAC）交直交变换逆变器。逆变器输出电压直接供给负载使用，并和其它检测、保护电路等构成交流供电系统。由于逆变器自身可以检测输出电流的大小，在本专利中将此反映输出电流大小的检测信号（即负载大小信号）输入至调速器，调速器可根据负载的大小控制发动机转速。

当车辆处于驻车或匀速行驶状态时，由汽车发动机飞轮壳或风扇皮带轮，或者使用专用取力器驱动液压泵；液压泵带动高速液压马达转动在设定转速，再由液压马达驱动中频永磁发电机旋转发电。由于中频永磁发电机的输出电压为400Hz左右的中频电压，此交流电压对很多用电设备而言无法直接使用。逆变器通过交-直-交变换，将此中频交流电压变换为50Hz/220V的工频交流电压供用电设备使用。

当车辆处于行驶状态且车速变化剧烈时，液压泵控制器将通过控制液压泵的压力使液压马达的转速尽可能稳定在设定转速附近。但由于控制误差的存在，液压马达的转速将出现一定程度的偏差，此时发电机的输出电压频率也将出现较大变化。但由于逆变器首先将输入的交流电压整流为直流，然后再逆变为工频交流电压，即其可输入近乎任意频率的交流电压。故发动机转速变化，及其所引起的液压马达转速及发电机输出电压的频率变化，不会引起逆变器输出电压的任何变化。最终，自发电系统将始终输出稳定的工频电压。由于逆变器工作在高频开关状态，在负载突变时其输出电压的瞬态响应较快，输出电压的失真度较低。因此相比传统励磁发电机而言，逆变器的输出电能质量有很大提高。另外，由于逆变器并联技术成熟、可靠，在需要更大功率输出时，可将多台车辆的逆变器并联，构建小型电网输出。

在本实用新型中采用了中频永磁交流发电机代替传统的励磁交流发电机。由于中频永磁发电机在发电过程中利用永磁材料代替原有的励磁线圈，也即不需额外的励磁电流和励磁功率，故发电效率较传统励磁发电机提高5%~10%。此外中频永磁发电机的发电频率通常在400Hz左右，比传统工频交流励磁电机的50Hz增大较多，由于发电机工作在较高的频率，其切割磁力线的磁通变化率较高，即其发电时的功率密度较大。因此其在输出相同功率的电能时，体积、重量较传统励磁电机降低50%以上。这也降低了发电机的成本，提高了发电效率。

当车辆驻车发电时，发动机调速器启动工作。其具体工作原理为：当逆变器检测到负载满载，即负载电流为额定值，向发动机调速器反馈负载状态信息，发动机调速器控制发动机保持在额定高转速下工作。当负载下降，即逆变器检测到负载电流下降时，逆变器向调速器反馈负载状态信息，调速器控制发动机油门，使发动机转速相应下降。调速器同时输出速度信号给液压泵控制器，相应降低液压马达的转速。

如图2所示，当变频发电时，负载大小与发动机转速的对应关系。由图中可见，发动机转速随发电系统的输出功率变化而变化，且呈线性变化关系。即当发电系统无输出功率时，发动机和发电机转速处于最低值，如600rpm。此时发动机怠速运行，所需油耗最低。当发电系统输出功率最大时，发动机和发电机的转速处于最高值，如2400rpm。此时发动机高速运行，所需油耗最多。

因此发动机和发电机都工作在变频状态，即重载时高速转动，轻载时低速运行。由于在轻载状态下，发动机及发电机转速降低后，发动机的燃油效率和发电机的发电效率都可以大大提升，故可大大提高系统效率，提高系统燃油消耗率，降低系统油耗约20%~70%，并降低系统排放，达到绿色环保节能的目的。

综上所述，本实用新型的新型液压传动交流自发电系统，有效解决了传统方案质量不高、系统油耗难以降低的固有难题，可在车辆行驶及驻车状态下自发电输出极高电能质量的交流电压。且本方案具有效率高，结构简单，系统成本低，输出电能质量高、可并联输出更大功率等优点。当驻车发电时，系统进入变频发电状态，可降低系统油耗和废气排放，绿色环保，具有巨大的社会和经济效益。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种新型液压定频车载变频交流自发电系统，包括：

液压泵：进油管通过管道连接汽车发动机油箱，出油管通过管道连接液压马达，同时，该液压泵还与液压泵控制器信号连接；

液压马达：通过管道与液压泵连接，同时，液压马达还与液压泵控制器信号连接；

液压泵控制器；

其特征在于，还包括以下装置：

中频永磁交流发电机：与液压马达连接；

逆变器：其输入端连接中频永磁发电机电压输出端，其输出端与最终用电负载连接，此外逆变器还输出负载电流大小信号给调速器；

发动机调速器：与逆变器输出的负载电流大小信号连接、与液压泵控制器信号连接、与汽车发动机油门控制信号连接。

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