CN203580674U - 车载液压变频交流自发电系统 - Google Patents

Abstract

一种车载液压变频交流自发电系统，液压泵、液压马达、中频永磁交流发电机和逆变器依次连接，液压泵的输入端连接到汽车发动机；还包括液压控制系统，液压控制系统的输入端连接到液压马达，输出端连接到液压泵。液压泵的输入端也可以连接到取力器。还包括发动机调速器，发动机调速器的输入端连接到逆变器，第一输出端连接到汽车发动机，第二输出端连接到液压控制系统。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；可通过多机并联增大输出功率；不需对底盘进行改装，大大降低了其系统成本及安装难度。系统驻车变频发电时可有效降低发动机的燃油消耗、排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求。

Description

车载液压变频交流自发电系统

技术领域

本实用新型涉及车载自发电系统技术领域，特别是一种车载液压变频交流自发电系统。

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。

如图1所示，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。当车辆驻车时，自发电系统主要由取力器、传动轴、励磁发电机、速度传感器、调速器等构成。系统通过取力器输出动力，经传动轴带动励磁发电机旋转发电。当负载突变，例如负载突然增大时，将出现发动机转速下降；这时速度传感器检测到此转速变化并输出至调速器，然后由调速器控制增大油门使发动机转速提升至系统设置值。同样当负载突然下降时，将出现发动机转速上升；这时速度传感器检测到此转速变化并输出至调速器，然后由调速器控制减小油门使发动机转速降低至系统设置值。通过这样的控制逻辑，发电系统可保持输出交流电压的幅值和频率稳定，发电质量满足军标II，III级要求。然而当车辆处于行驶状态时，发动机转速在600rpm~2400rpm变化，此时励磁发电机无法输出稳定幅值与频率的交流电压，即无法实现行车发电。因此目前车载自发电系统的应用主要限制在工程、防化、修理等驻车发电应用，而部队在行进、移动中进行的通信、侦查及相关方舱设备需要车辆在行车时持续发电，并提供高质量的电能。这些自发电应用需求巨大，但目前还没有很好的解决方案。另外，由于机械传动系统改装涉及到车辆结构变化，其改装难度大，无法实现多种车型零部件的通用化、系列化、组合化。这造成了部队订货、管理、后勤、维修保障等困难较大。而且改装适用车型受限，其传动轴、电机等安装在底盘上，对于抗腐蚀，抗震的要求极高，并造成了极高的维护成本。由于系统使用的是传统励磁发电机，其体积庞大，难以并联工作，只适用小功率发电。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车载液压变频交流自发电系统，解决行车发电的问题。

实现本实用新型目的的技术方案如下：一种车载液压变频交流自发电系统，液压泵、液压马达、中频永磁交流发电机和逆变器依次连接，液压泵的输入端连接到汽车发动机；还包括液压控制系统，液压控制系统的输入端连接到液压马达，输出端连接到液压泵。

作为上述技术方案的一种替代方案，液压泵的输入端连接到取力器。

进一步地，还包括发动机调速器，发动机调速器的输入端连接到逆变器，第一输出端连接到汽车发动机，第二输出端连接到液压控制系统。

更进一步的，所述逆变器型号为IW20K380，发动机调速器型号为ESC9800。

本实用新型的有益效果是，可有效实现汽车在驻车和行车自发电，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。由于系统驻车变频发电时可有效降低发动机的燃油消耗、排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求。

附图说明

图1是现有技术中采用机械传动的车载自发电系统的系统结构图。

图2是本实用新型的系统结构图。

图3是本实用新型中220V交流电压单相逆变器电路原理图。

图4是本实用新型中380V交流电压三相逆变器电路原理图。

图5是当本实用新型变频发电时，负载大小与发动机转速的对应关系图。

具体实施方式

如图2所示，本系统以液压泵，液压马达、液压控制器、中频永磁交流发电机、逆变器、发动机调速器等组成液压传动自发电交流供电系统。液压泵、液压马达、中频永磁交流发电机和逆变器依次连接，液压泵的输入端连接到汽车发动机；液压控制系统的输入端连接到液压马达，输出端连接到液压泵。另一种方案是，液压泵的输入端连接到取力器。还包括发动机调速器，其输入端连接到逆变器，第一输出端连接到汽车发动机，第二输出端连接到液压控制系统。其中，液压泵、液压马达是现有技术中常用的产品，逆变器可选广州乾威能源公司开发的型号为IW20K380的三相逆变器，发动机调速器可选上海允一电控的ESC9800转速控制器。CN201210321056.8及CN201230421715.6公开了中频永磁交流发电机。

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，或者使用其它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交流发电机旋转发电。由于中频永磁交流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。故此电压经逆变器通过交-直-交变换，将此中频交流电压变换为50Hz的220V/380V工频交流电压供用电设备使用。

由于液压传动系统不需额外增加传动轴，其液压泵和液压马达体积较小，在车身安装位置灵活。因此本液压系统可以适用于不同的车型，可较易实现相关零部件的通用化、系列化、组合化，降低部队的后勤、维修保障成本，并最终提升整个系统的可靠性和平均故障时间，对提升我军战斗力有重要意义。

当车辆处于行驶状态且车速变化剧烈时，液压控制系统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。通常，液压传动系统可通过PID控制及其它控制方式，在行车时始终维持液压马达输出转速的近似恒定。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，此时发电机输出电压的幅值和频率也将出现较大变化。实际工作中，车辆行驶时发动机转速变化剧烈，其转速在600rpm~2400rpm一个较大变化的范围内波动。液压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±100rpm。这将使得励磁发电机输出电压和频率产生一定的波动，并引起供电质量的下降。此外系统的动态响应较差，当负载突变时，无法满足国军标2级、3级的要求。如果采用非常精准的液压调速控制系统，其系统成本将大大上升，其体积重量也将大幅增大。这也是目前液压传动方案在车载自发电系统中没有得到应用的主要原因。在本方案中，我们通过在中频永磁发电机后增加大功率逆变器来解决这个难题。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和一定幅值波动范围的交流电压。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。

如图3、图4所示，分别为输出单相220V和三相380V的逆变电路。采用逆变器输出的交流电压，不随发动机转速变化而波动，电压精度高，瞬态响应好，输出电能质量高，系统效率高、可靠性强，满足国家军标2级、3级电源的要求。

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），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，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通知液压控制系统，相应降低液压马达的转速。当系统空载，即没有负载时，调速器控制发动机油门最小，使发动机工作在怠速状态。当负载增加（负载电流增大），按相同的控制逻辑，调速器控制油门增大，使发动机转速升高。

如图5所示，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（空载）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（满载）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。

由于发动机在高速运行时，若长期处于低负载状态将造成活塞和喷油嘴严重积碳，加速引擎气缸的磨损，长期低负载运行可造成柴油发动机寿命降低30%。故本变频发电方案可有效提高发电机寿命及发电系统可靠性，降低运行维护及后勤保障成本。

如下表1所示，为6KW的传统定频系统和本实用新型变频系统的燃油消耗率对比。由表中可见传统定频系统的燃油消耗在满载状态下和变频系统相当。但当负载下降时，定转速状态下的发动机燃油消耗开始迅速上升。在40%负载状态下，燃油消耗相对满载时增加约43%；而在10%负载下，燃油消耗急剧增加达满载的3.4倍！同样的在10%负载的状态，变频系统燃油消耗仅仅为满载的1.6倍，相比定频方案可大大降低系统燃油消耗，节能环保，排放低，是一种高效的绿色能源方案，对提升我军战斗力有十分重大的战略意义。

表1：燃油消耗率对比表

综上所述，本实用新型有效解决了传统机械传动方案的不足，可实现车辆行驶及驻车状态的自发电供电。且具有系统效率高，结构简单，安装方便，改装成本低，零部件通用性强，系统成本及后勤保障成本低，输出电能质量高、逆变器可并联输出更大功率等等优点。当驻车发电时，系统进入变频发电状态，可降低有效较低系统油耗和废气排放，绿色环保，对提升我军战斗力具有重大的战略意义。

Claims (5)

1.一种车载液压变频交流自发电系统，其特征在于，液压泵、液压马达、中频永磁交流发电机和逆变器依次连接，液压泵的输入端连接到汽车发动机；还包括液压控制系统，液压控制系统的输入端连接到液压马达，输出端连接到液压泵。

2.根据权利要求1所述的车载液压变频交流自发电系统，其特征在于，所述液压泵的输入端连接到取力器。

3.根据权利要求1或2所述的车载液压变频交流自发电系统，其特征在于，还包括发动机调速器，发动机调速器的输入端连接到逆变器，第一输出端连接到汽车发动机，第二输出端连接到液压控制系统。

4.根据权利要求1或2所述的车载液压变频交流自发电系统，其特征在于，所述逆变器型号为IW20K380。

5.根据权利要求3所述的车载液压变频交流自发电系统，其特征在于，所述逆变器型号为IW20K380，发动机调速器型号为ESC9800。

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