CN205693595U - 数码变频发电机的变频电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于数码发电机技术领域，特指一种数码变频发电机的变频电源控制系统，包括以单片机为主体构成的单片机主控电路，对汽油机驱动转动的发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电的整流稳压电路，将整流稳压电路输出的直流电逆变成交流电的逆变电路，还包括与发电机的附加绕组的输出端连接的为步进电机及其它相关电路供电的辅助电源电路，优点是：稳压控制电路对整流电路的输出电压进行采样后自动控制整流电路中的可控硅的通断，使整流电路的输出电压基本保持稳定，输出电压采样电路对逆变电路的输出电压进行采样后通过单片机对逆变电路实现脉宽调制，单片机对逆变电路的控制简单、高效，使逆变电路输出稳定的交流电压供负载使用。

Description

数码变频发电机的变频电源控制系统

技术领域

本实用新型属于数码发电机技术领域，特指一种数码变频发电机的变频电源控制系统。

背景技术

数码变频发电机工作时输出的交流电电压为300—500V、频率为350—640Hz，所以需要通过电力电子变换技术和控制器的作用转换为适合负载使用的交流电。变频电源控制系统用来将变频发电机输出的不稳定的交流电压转换成合适负载使用的稳定的交流电压，变频电源控制系统一般包括有单片机主控电路、整流电路以及逆变电路，整流电路先对发电机的三相交流电进行整流成直流电压，逆变电路再对直流电压进行逆变成适合负载使用的交流电压，传统的整流电路的输出的直流电压的电压值并不稳定，影响逆变电路的逆变过程，逆变电路的输出交流电压不稳定，影响负载的正常工作；除此之外传统的发电机的汽油机的实际转速与负载用电量所需的汽油机的需要转速达不到一致，当汽油机的实际转速小于汽油机的需要转速时，导致发电机的发电量达不到负载所需的用电量，影响负载的正常工作，当汽油机的实际转速大于汽油机的需要转速时，导致发电机的发电量大于负载所需的用电量，造成发电浪费。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种输出交流电压稳定，具有双重保护，安全性高，自动控制发电机的发电量使其与负载的用电量达到一致的数码变频发电机 的变频电源控制系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

数码变频发电机的变频电源控制系统，包括以单片机为主体构成的单片机主控电路，对汽油机驱动转动的发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电的整流稳压电路，将整流稳压电路输出的直流电逆变成交流电的逆变电路，还包括与发电机的附加绕组的输出端连接的为步进电机及其它相关电路供电的辅助电源电路，与单片机连接的负载电流采样电路、输出电压采样电路、步进电机驱动电路以及汽油机转速检测电路，辅助电源电路通过开关电源电路为逆变电路供电；

整流稳压电路包括将发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电整流电路以及控制整流电路使其输出端输出稳定的直流电的稳压控制电路；

逆变电路的输出端连接有输出电压采样电路，单片机接收输出电压采样电路的采样信号后对逆变电路进行脉宽调制使逆变电路输出稳定的交流电；

负载电流采样电路连接在整流稳压电路的输出端上，单片机接收负载电流采样电路的采样信号与汽油机转速检测电路从汽油机采集的检测信号比对后通过步进电机驱动电路控制步进电机的正转或反转来调节汽油机的节气门的开度以控制汽油机的转速。

在上述技术方案中，所述的其它相关电路是：单片机、负载电流采样电路、输出电压采样电路供电、稳压控制电路。

在上述技术方案中，所述整流电路包括以三个二极管与三个可控硅为主体搭建的整流桥，稳压控制电路的对整流电路负相输出端进行电压采样进而控制三个可控硅通断使整流电路输出稳定的直流电。

在上述技术方案中，所述逆变电路包括以四个IGBT管为主体搭建的整流桥，每个IGBT管均连接有以光电耦合器为主体搭建的光耦隔离驱动电路来驱动其工作，每个光电耦合器均由单片机控制工作。

在上述技术方案中，所述逆变电路的正相输入端连接有以电压比较器为主体搭建的短路保护电路，短路保护电路通过辅助电源电路供电并对逆变电路的正相输入端的电流进行采样放大后输入至电压比较器中比较，单片机接收电压比较器的输出信号后控制光电耦合器停止工作。

在上述技术方案中，所述开关电源电路是以脉宽调制芯片、MOS管、光耦合器以及变压器为主体搭建形成，变压器包括有三个独立的输出端，其中变压器的第一输出端与第二输出端均连接有以稳压管为主体搭建的稳压电路，两稳压管的输出端分别与驱动整流桥正相的两个IGBT管的两个驱动电路中的光电耦合器连接，变压器的第三输出端与驱动整流桥负相的两个IGBT管的两个驱动电路中的光电耦合器连接，且变压器的第三输出端通过稳压芯片控制电压的稳压输出。

在上述技术方案中，所述单片机上连接有与汽油机转速检测电路配合的以继电器与三极管为主体搭建来控制汽油机熄火的由辅助电源电路供电的保护电路，单片机接收到汽油机转速检测电路的采样信号进行计算比对后通过控制三极管来控制继电器吸合使汽油机熄火。

在上述技术方案中，所述负载电流采样电路与输出电压采样电路均与以双运算放大器为主体构成的运算放大电路连接，运算放大电路与单片机连接，负载电流采样电路的采样信号与输出电压采样电路的采样信号经运算放大电路放大后输送给单片机。

在上述技术方案中，所述辅助电源电路包括由两个二极管构成的整流电路，整流电路的正相输出端与以稳压管一和稳压管二为主体构成的稳压电路连接，整流电路的负相输出端与以稳压管三为主体构成的稳压电路连接。

在上述技术方案中，所述单片机上连接有控制发电机的输出频率为50Hz或60Hz的频率选择电路。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、本实用新型的通过稳压控制电路对整流电路的输出电压进行采样后自动控制整流电路中的可控硅的通断，使整流电路的输出电压基本保持稳定，为逆变电路提供一个稳定的直流电压值。

2、本实用新型通过输出电压采样电路对逆变电路的输出电压进行采样后通过单片机对逆变电路实现脉宽调制，单片机对逆变电路的控制简单、高效，使逆变电路输出稳定的交流电压供负载使用。

3、本实用新型的单片机通过负载电流采样电路与汽油机转速检测电路来控制步进电机正转或反转，进而控制汽油机的节气门的开度，调节汽油机的实际转速使其汽油机的需要转速达到一致，使发电机输出的电量与负载使用的电量基本达到一致。

4、本实用新型在使用时当逆变电路出现短路时，短路保护电路通过单片机来控制逆变电路停止工作，对逆变电路进行及时的保护，避免逆变电路损坏，当汽油机的实际转速大大超过极限值时，保护电路控制汽油机熄火，对汽油机进行及时的保护。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理框图。

图2是本实用新型的系统的电路原理图。

图3是本实用新型的单片机主控电路的电路原理图。

图4是本实用新型的整流稳压电路的电路原理图。

图5是本实用新型的逆变电路的电路原理图。

图6是本实用新型的辅助电源电路的电路原理图。

图7是本实用新型的汽油机转速检测电路的电路原理图。

图8是本实用新型的负载电流采样电路和输出电压采样电路与运算放大电路连接的电路原理图。

图9是本实用新型的开关电源电路的电路原理图。

图10是本实用新型的短路保护电路的电路原理图。

图11是本实用新型的步进电机驱动电路的电路原理图。

图12是本实用新型的频率选择电路、转速选择电路以及保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步描述，参见图1—12：

参照图1、图2，数码发变频电机的变频电源控制系统，包括以单片机N6为主体构成的单片机主控电路(参照图3)，单片机N6为STM8S903K3单片机，对汽油机驱动转动的发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电的整流稳压电路(参照图4)，将整流稳压电路输出的直流电变成交流电的逆变电路(参照图5)，还包括与发电机的附加绕组的输出端连接的辅助电源电路(参照图6)，与单片机N6连接的负载电流采样电路8、输出电压采样电路9、步进电机驱动电路(参照图11)以及汽油机转速检测电路(参照图7)，给逆变电路供电的开关电源电路(参照图9)。

参照图6，辅助电源电路以二极管D9、D10形成整流电路，发电机的附加绕组产生的交流电压经辅助电源电路中的二极管D9、D10进行整流成直流电，二极管D9的负极为整流电路输出电压的正极VCC，二极管D10的正极为整流电路输出电压的负极VSS，二极管D9输出的正相电压VCC与二极管D10输出的负相电压VSS直接给脉宽调制芯片N8供电，二极管D9输出的正相电压VCC与以稳压管V11为主体构成的稳压电路的输入端连接，稳压管V11为LM7810稳压管，稳压管V11输出的电压为10V，稳压管V11输出的电压为10V与以稳压管V22为主体构成的稳压电路的输入端连接，稳压管V22为78L05稳压管，稳压管V22输出的电压为5V，稳压管V11输出的10V电压给三极管V4的发射极和步进电机供电，稳压管V22输出的5V电压给双运算放大器N5和电压比较器N7供电，二极管D10输出的负相电压VSS与以稳压管V12为主体构成的稳压电路的输入端连接，稳压管V12为LM7905稳压管，稳压管V12输出的电压为-5V，稳压管V12输出的-5V电压给单片机N6供电。

参照图4，整流稳压电路包括以三个二极管D1、D2、D3与三个单向可控硅V1、V2、V3为主体搭建的整流电路1，二极管D1、D2、D3的正极为整流电路1输出电压的负极-VCC，单向可控硅V1、V2、V3的负极为整流电路的输出电压的正极，整流电路1上连接有控制三个可控硅V1、V2、V3的通断使其输出稳定的直流电的稳压控制电路2，稳压控制电路2以三极管V4与稳压芯片V5为主体搭建形成，稳压芯片V5为TL431稳压芯片，稳压控制电路2的输入端对整流电路1的负端电压-VCC进行采样分压后通过稳压芯片V5来给三极管V4的基极供电，稳压管V11输出的10V电压给三极管V4的发射极供电，三极管 V4的集电极与单向可控硅V1、V2、V3的控制极连接，稳压芯片V5与稳压管V11控制三极管V4放大或截止，三极管V4的集电极控制三个单向可控硅V1、V2、V3导通或关断使交流发电机输出的三相交流电经整流后输出稳定的直流电。

参照图6，逆变电路包括以四个IGBT管V6、V7、V8、V9为主体搭建的逆变器3，IGBT管V7、V8的集电极C与整流稳压电路输出的正相电压连接并将整流稳压电路输出的直流正相电压逆变成交流电的输出AC1，IGBT管V6、V9的发射极E与整流稳压电路输出的负相电压-VCC连接并将整流稳压电路输出的负直流相电压逆变成交流电的输出AC2，IGBT管V6的门极G与以光电耦合器N1为主体搭建的光耦隔离驱动电路4连接，IGBT管V7的门极G与以光电耦合器N2为主体搭建的光耦隔离驱动电路5连接，IGBT管V8的门极G与以光电耦合器N3为主体搭建的光耦隔离驱动电路6连接，IGBT管V9的门极G与以光电耦合器N4为主体搭建的光耦隔离驱动电路7连接，四个IGBT管V6、V7、V8、V9分别由相应的光耦隔离驱动电路驱动其工作，光电耦合器N1、N2、N3、N4均由单片机N6驱动工作，光电耦合器N1、N2、N3、N4均为TLP350光电耦合器。

参照图7，开关电源电路是以脉宽调制芯片N8、MOS管V20、光耦合器N9以及变压器TB1为主体搭建形成的，脉宽调制芯片N8为UC3845脉宽调制芯片，光耦合器N9为EL817C光耦合器，变压器TB1包括有三个独立的输出端，其中变压器TB1的第一输出端与以稳压管V17为主体构成的稳压电路的输入端连接、第二输出端与以稳压管V18为主体构成的稳压电路的输入端连接，稳压管V17、V18为78M24稳压管，稳压管V17的输出端输出的24V电压给光电耦合器N3供电，稳压管V17的输出端输出的24V电压给光电耦合器N2供电，变压器的第三输出端与以稳压芯片V21为主体构成的稳压电路的输入端连接，稳压芯片V21为TL431稳压芯片，稳压芯片V21为主体构成的稳压电路输出的24V电压给光电耦合器N1、N2供电，光耦合器N9对以稳压芯片V21为主体构成的稳压电路输出的24V电压进行电压采样，并将电压采样信号输送给脉宽调制芯片N8，脉宽调制芯片N8接受电压采样信号后控制MOS管V20的占空比，保证变压器的三个输出端的输出电压稳定，使稳压管V17、V18以及以稳压芯片V21为主体构成的稳压电路的输出电压为稳定的24V电压，保证光电耦合器N1、N2、N3、N4能在单片机N6的控制下能够正常工作。

参照图7，逆变电路的输出端连接有输出电压采样电路9，输出电压采样电路两个输入端AC3、AC4对逆变电路的两个输出端AC1、AC2的输出电压进行采样，采样信号经以双运算放大器N5为主体构成的运算放大电路10进行信号放大后输送给单片机N6，双运算放大器N5为LM258双运算放大器，单片机N6接收双运算放大器N5输出的电压放大信号后通过控制光电耦合器N1、N2、N3、N4的输出电压来调节IGBT管V6、V7、V8、V9的占空比，使逆变电路输出稳定的交流电。

参照图7，负载电流采样电路连接在整流稳压电路的输出端上，负载电流采样电路8对整流稳压电路的正相输出端上电流进行采样，电流采样信号经以双运算放大器N5为主体构成的运算放大电路10进行信号放大后输送给单片机N6，单片机N6接收双运算放大器N5输出的电流放大信号后并计算转换成汽油机的需要转速，转速采集电路对汽油机的实际转速进行检测，汽油机转速检测电路是以三极管V10为主体构成的放大电路，检测转速通过汽油机转速检测电 路进行信号放大后输送给单片机N6，单片机N6接收经汽油机转速检测电路输出的信号并换算成汽油机的实际转速，再将汽油机的需要转速与汽油机的实际转速进行对比，当汽油机的实际转速小于汽油机的需要转速时，单片机N6通过步进电机驱动电路控制步进电机正转带动来增大汽油机的节气门的开度，提高汽油机的实际转速使其达到汽油机的需要转速，当汽油机的实际转速大于汽油机的需要转速时，单片机N6通过步进电机驱动电路控制步进电机反转带动来减小汽油机的节气门的开度，降低汽油机的实际转速使其达到汽油机的需要转速，参照图11，单片机N6通过控制步进电机驱动电路中的三极管V13、V14、V15、V16来控制步进电机的A、B、C、D相进而实现步进电机正转或反转。

参照图10，上述逆变电路的正相输入端连接有以电压比较器N7为主体搭建的短路保护电路，电压比较器N7为LM293电压比较器，当逆变电路出现短路时，逆变电路的正相输入端的电流会瞬间增大，短路保护电路对逆变电路的正相输入端的电流进行采样后输入至电压比较器N7中，电压比较器N7对接收的电流信号进行比较后输出一个脉冲信号给单片机N6，单片机N6接收电压比较器N7的输出脉冲信号后控制光电耦合器N1、N2、N3、N4停止工作，逆变电路停止逆变，实现对电路进行及时的保护。

参照图12，上述单片机N6上连接有与汽油机转速检测电路配合的以继电器K1与三极管V19为主体搭建的来控制汽油机熄火的保护电路11，转速采集电路对汽油机的实际转速进行检测输送给单片机N6，单片机N6接收经汽油机转速检测电路输出的信号并换算成汽油机的实际转速，单片机N6判断汽油机的实际转速超过极限转速时，单片机N6控制控制三极管V19使其输出大电流来控制继电器K1的常开触点吸合使汽油机熄火。

参照图12，上述单片机上连接有选择发电机的输出频率为50Hz或60Hz的频率选择电路12，用户可根据实际需要通过发电机的控制面板上选择发电机的输出频率为50Hz或60Hz。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.数码变频发电机的变频电源控制系统，包括以单片机为主体构成的单片机主控电路，对汽油机驱动转动的发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电的整流稳压电路，将整流稳压电路输出的直流电逆变成交流电的逆变电路，其特征在于：还包括与发电机的附加绕组的输出端连接的为步进电机及其它相关电路供电的辅助电源电路，与单片机连接的负载电流采样电路、输出电压采样电路、步进电机驱动电路以及汽油机转速检测电路，辅助电源电路通过开关电源电路为逆变电路供电；

整流稳压电路包括将发电机的主绕组输出的三相交流电整流成直流电整流电路以及控制整流电路使其输出端输出稳定的直流电的稳压控制电路；

逆变电路的输出端连接有输出电压采样电路，单片机接收输出电压采样电路的采样信号后对逆变电路进行脉宽调制使逆变电路输出稳定的交流电；

负载电流采样电路连接在整流稳压电路的输出端上，单片机接收负载电流采样电路的采样信号与汽油机转速检测电路从汽油机采集的检测信号比对后通过步进电机驱动电路控制步进电机的正转或反转来调节汽油机的节气门的开度以控制汽油机的转速。

2.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述的其它相关电路是：单片机、负载电流采样电路、输出电压采样电路供电、稳压控制电路。

3.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述整流电路包括以三个二极管与三个可控硅为主体搭建的整流桥，稳压控制电路的对整流电路负相输出端进行电压采样进而控制三个可控硅通断使整流电路输出稳定的直流电。

4.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述逆变电路包括以四个IGBT管为主体搭建的逆变器，每个IGBT管均连接有以光电耦合器为主体搭建的光耦隔离驱动电路来驱动其工作，每个光电耦合器均由单片机控制工作。

5.根据权利要求4所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述逆变电路的正相输入端连接有以电压比较器为主体搭建的短路保护电路，短路保护电路通过辅助电源电路供电并对逆变电路的正相输入端的电流进行采样后输入至电压比较器中比较，单片机接收电压比较器的输出信号后控制光电耦合器停止工作。

6.根据权利要求5所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述开关电源电路是以脉宽调制芯片、MOS管、光耦合器以及变压器为主体搭建形成，变压器包括有三个独立的输出端，其中变压器的第一输出端与第二输出端均连接有以稳压管为主体搭建的稳压电路，两稳压管的输出端分别与驱动逆变器正相的两个IGBT管的两个驱动电路中的光电耦合器连接，变压器的第三输出端与驱动逆变器负相的两个IGBT管的两个驱动电路中的光电耦合器连接，且变压器的第三输出端通过稳压芯片控制电压的稳压输出。

7.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述单片机上连接有与汽油机转速检测电路配合的以继电器与三极管为主体搭建来控制汽油机熄火的由辅助电源电路供电的保护电路，单片机接收到汽油机转速检测电路的采样信号进行计算比对后通过控制三极管来控制继电器吸合使汽油机熄火。

8.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征 在于：所述负载电流采样电路与输出电压采样电路均与以双运算放大器为主体构成的运算放大电路连接，运算放大电路与单片机连接，负载电流采样电路的采样信号与输出电压采样电路的采样信号经运算放大电路放大后输送给单片机。

9.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述辅助电源电路包括由两个二极管构成的整流电路，整流电路的正相输出端与以稳压管一和稳压管二为主体构成的稳压电路连接，整流电路的负相输出端与以稳压管三为主体构成的稳压电路连接。

10.根据权利要求1所述的数码变频发电机的变频电源控制系统，其特征在于：所述单片机上连接有控制发电机的输出频率为50Hz或60Hz的频率选择电路。