CN2418617Y

CN2418617Y - 微型发电机负载调节控制器

Info

Publication number: CN2418617Y
Application number: CN 00219571
Authority: CN
Inventors: 暴兴汉
Original assignee: Nanjing Hydraulic Research Institue Ministryof Water Resources Ministry Of Communications
Current assignee: Nanjing Hydraulic Research Institue Ministryof Water Resources Ministry Of Communications
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-02-07
Anticipated expiration: 2010-03-10

Abstract

一种用于5kW以下,单相微型发电机输出电压的自动调节控制装置,包括过压控制信号电路(4)、过压计数与D/A转换电路(5)、发电机外设内载和双向可控硅的调节电路(6)组成,过压控制信号电路中设有的直流稳压电源的电压端和从发电机输出的实时电压端分别输入比较器的两个比较端、其输出通过过压计数与D/A转换电路并连接双向可控硅的触发端以控制负载。控制器根据信号命令自动地调节内负载量,使外载与内载之和始终保持额定值。

Description

微型发电机负载调节控制器

本实用新型涉及一种小型交流发电机的负载调节与电压恒定自动控制装置。

国内微型发电机组(5kw-10kw以下的单相、三相交流发电机组)没有国家的标准系列，应用在微型水轮机上。上述微型发电机组一般都不配备发电机负载调节控制装置，安装此类机组的用户，利用长明灯不变更负载的方法保证发电机输出电压不过压，这种长明灯使用户无法自如的应用其电力，如果不小心负载减少了，发电电压会突然升高，立即烧损用户电器。在国内利用交流异步电动机做发电运行，必须要有负载调节控制装置，目前较为完善、性能较好的一种电子负载调节器，如图6所示。该调节器在原理上可行，但在实用上有许多不便，其一是该电路采用运算放大IC获取控制信号，它调试困难、工作不稳定、受电路元件参数影响较大。在实用中往往是有的控制器运行正常、能达到设定效果，有的控制器因参数没调好运行不正常，给用户带来不应有的损失；其二是控制电路只有过压指令信号；其三是控制电路用了多路变压器电源，采用非标变压器，使成本增加；其四是双向可控硅触发电路的V₁、V₂、是晶体管模拟电路元件，并工作在放大状态，V₃是单结晶体管其电压比也有一定要求，这就增加了选管的困难；其五是利用单结晶体管直接触发双向可控硅，一不稳定，二不安全。该调节器因为上述原因导致它在现场应用中时好、时坏。损坏时使发电机组不能正常运行或飞车损坏发电机组。总之成本高、性能差。

微型发电机负载调节控制器对5kW-10kW以下的单、三相微型发电机的负载进行自动调节与控制。例如在国内的山区有着丰富的水资源，在电网波及不到地方，可以将微型发电机安装在水轮机上，供一家或几家农户用电。目前5kW以下单相交流发电机多采用永磁式发电机和自励磁恒压发电机。前者输出电压与外施负载成反比。自励磁恒压发电机虽有自励磁系统。对微水电要想保持恒压也必须有自励磁电压调节器或水流稳定装置。所以微型水轮发电机要能正常运转，必须加装负载电压调节控制器。用电户在安装了微水轮发电机之后，要求能像人们应用电网供电一样方便。

本实用新型的目的是：提供一种克服现有调节器的缺点，研制一种新的微型发电机负载调节控制器。尤其是一种在电路上结构简单，在性能上功能齐全，在运行中要安全可靠，做到不需用户调试和维修的微型发电机负载调节控制器。

本实用新型的目的是这样实现的：微型发电机负载调节控制器，包括直流稳压电源与过压控制信号的产生电路4、发电机每次的过压计数与D/A转换电路5、发电机外设内载和双向可控硅的调节电路6组成，其特征是所述直流稳压电源与过压控制信号的产生电路4中设有的直流稳压电源的电压端和从发电机输出并经整流的实时电压端分别输入比较器的两个比较端、比较器的输出端连接过压计数与D/A转换电路中计数芯片的输入端，计数芯片输出连接D/A转换电路，D/A的输出连接控制发电机外设内载的双向可控硅调节电路6中的双向可控硅的触发端。

本实用新型的进一步改进是：直流稳压电源的电压端分别通过2-4级串联的分压电阻再输入对应的2-4个比较器的一个比较端，比较器的另一比较端连接从发电机输出并经整流的实时电压端。

本实用新型能通过测量发电机输出电压的变化状态，过电压指令信号，让固定脉冲进行12位计数。利用数字量“1”和“0”和12位计数器获取控制信号电压值。利用信号的大小调节外施内载的多少，保持发电机受载均衡，让输出电压维持在额定值范围之内。从而保证发电机输出电压在规定的正常电压范围之内。正常电压指令信号不发出调节命令。本控制器是为发电机配备一个能线性调节的外施内载。外施内载永远接在发电机的输出端口。当发电机启动运行。如果用户未加负载，此时内载自动投入运行。当用户开始用电，用户负载增加，随着电压的变化，控制器将自动对内载进行调节，使其减少投入量。当用户达到额定用电量时，控制器将使内载全部切出。并记忆，用D/A转换产生控制信号电压。正常电压时，指令信号封住计数。欠压指令信号时，清除计数值。控制电路电源的稳压值在发电机电压波动的一定范围内+20％，-40％时，标准电压信号值不变。

本实用新型的特点是：对微水电的稳定运行，提供了一种可靠的保证。电路集成化，数字化、线性化。利用标准元器件及充分发挥电路元器件自身的性能使整体结构简单化，从而达到电路制成后不用调试，不用维护的目的。在集成化之后，调节控制的稳定性提高。标准化、结构简化之后，使成本降低，充分发挥元器件性能，使控制器的性能提高。功能增强，运行可靠，利于推广应用。同时满足用户的愿望，提供在价格上实现尽可能的低，简单且功能齐全(不需要调试)运行可靠的微型发电机负载调节控制器。

以下结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型框图，给出了本控制器的主要构成部分；

图2为图1的直流稳压电源与控制指令信号的产生电路4；

图3为图1中发电机每次的过压计数与D/A转换电路5；

图4为图1的发电机外施内载，利用双向可控硅的调节电路6；

图5为图4的双向可控硅的同步信号源与调节电路的电源电路；

图6为现有技术中典型的微水轮发电机电子负载电压调节控制电路图。

如图所示：图1所示，框图中包括由水流1带动水轮机2并带动发电机3，发电机输出电压连接图2中直流稳压电源与控制指令信号的产生电路4，其指令信号输出至发电机每次的过压计数与D/A转换电路5、发电机外设内载和双向可控硅的调节电路6，7为同步信号，而8为电阻性内负载。图2所示，所述直流稳压电源与过压控制信号的产生电路4中设有的直流稳压电源的电压端和从发电机输出并经整流的实时电压端分别输入比较器的两个比较端、比较器的输出端连接过压计数与D/A转换电路中计数芯片，计数芯片连接D/A转换电路，D/A的输出连接控制发电机外设内载的双向可控硅调节电路6中的双向可控硅的触发端。

对微型发电机组(5kW以下发电机)采用外施内载自动调节，保持发电机受载均衡，维持输出电压在正常电压范围之内。

外施内载的加载方法采用计数累加方法，一次性清除内载。如果须要内载再重新计数累加到需要值。

本控制器的实施例中，仅用一个变压器T1，4只集成电路，3只作为开关状态的晶体管。只有一晶体管处在放大状态下，其β倍数允许变化±20％。双向硅不用脉冲变压器，同步信号不用同步变压器。双向硅利用电容器充放电进行移相控制。本施例中用三个相控制板也可以组成三相交流发电机(12kW以下)的三相负载电压调节控制器。

图2中能保证通过12V三端稳压器VS₁的标准信号电压在发电机电压较大变化范围内不变，并包括变压器T₁、整流滤波器件VD1-4、C₁、C₂。当发电机电压小于185伏时为欠压190～230伏为正常电压范围，≥240伏时为过电压，当发电机电压超出250伏时为超限电压。注意这些电压级别是根据实际应用人为定的。直流稳压电源的电压端分别通过3级串联的分压电阻R4-7再输入对应的3个比较器IC1的一个比较端，比较器的另一比较端连接从发电机输出并经整流的实时电压端。改变R_4-7和调节电位器RP₁可以给出电压的输入值，满足用户的要求。发电机的实际电压与标准的电压值比较后，产生高低电平指令信号，图中通过电压比较器产生四种数字指令信号IC1中的输出S₁为欠压，S₂为正常电压、S₃为过压，S₄为超限电压。这4种信号，命令控制器完成相应的控制功能。如在发电机超限欠压下保证不变。IC1选用四运放集成电路，例如LM324N、LM339N、5G14574、5G14573等。

图3所示，为了调试方便、性能稳定，本控制器频率根据调节内载的速率而定。一般内载从0到全部投入的时间，在10秒左右。即图3的发电机每次的过压计数与D/A转换电路5的输出时间满足上述要求；利用图2中产生的过压信号S₃开、停脉冲源IC1：D。当S₁为低电平，S₃为高电平时，发电机输出正常电压U_F，当U_F过压S₁、S₃均为低电平，开启脉冲源，脉冲输入到IC₂，IC₂进行12位计数。计数值通过D/A转换器的BRW电阻网络将数字转换成信号电压值。当内载被增加，使发电机电压降低恢复为正常值，S₃为高电平时脉冲源停止运行，IC₂维持原数值不变，投入的内载量也不变。如果用户的用电增加，发电机承载量的增加使得U_F降低，当U_F降为欠压值时，S₁由低电平变为高电平，同时清除IC₂所有的计数值，同时所加内载也被切除。如果此刻发电机电压U_F又超过正常值。再重新快速投入应该施加的内载。

利用双向可控硅的导通角的大小来施加内载量是目前通用的电路，双向可控硅的移相触发方式、方法、种类很多，图4为一实施例。在图4中利用V₁的放大作用构成一可变电阻器，输入电压由小到大，V₁等效可变电阻值由大变小，对C₇的充电时间也由慢变快。C₇充电时间确定了双向硅SCR的导通角由小到大。使内载上施加电压也由小到大。SCR要可靠运行其导通角必须由同步信号SYS确定。图5即为图4所示的同步信号源和IC₃的电源电路。图5的同步信号SYS利用了VO_11-14，R₁₈、R₁₇、V₂，V₃、IC₄：A组成。V₂、V₃工作开关状态。IC₃的电源用C₅降压VS₂、VS₃形成一稳压10V(12V)直流电源。

输入到双向可控硅脉冲触发电路。根据输入电压的大小对双向硅进行移相控制，改变内载上施加电压值。

同步信号源保证触发电路同步可利用发电机输出电压直接获取同步信号与触发器信号，也可如现有技术的同步变压器。

本控制器所加内载RL是电阻性负载，利用了市场上的电热水器器件，但要求电热元件与外壳不漏电，绝缘要好，接线端要用树脂胶处理增强防水性能。用户可以将其投入水中应用。控制内载的双向可控硅可以选16A／600V或20A／600V、28A／600V，用铝板散热。如果想控制超出5kW的内载，可用原控制电路，将双向硅经过密封处理之后，与内载一起投入水中，如果是流动的水，或水容器较大，内载可以达到10kW。这将视现场实际情况确定。

欠压时一次性清除内载。如果须要内载再重新计数累加到需要值。

取本实用新型的三组可以对三相交流发电机的三相负载进行调节，达到稳定微型三相交流发电机的三相电压之目的。

Claims

1．微型发电机负载调节控制器，包括直流稳压电源与过压控制信号的产生电路(4)、发电机每次的过压计数与D/A转换电路(5)、发电机外设内载和双向可控硅的调节电路(6)组成，其特征是所述直流稳压电源与过压控制信号的产生电路4中设有的直流稳压电源的电压端和从发电机输出并经整流的实时电压端分别输入比较器的两个比较端、比较器的输出端连接过压计数与D/A转换电路中计数芯片的输入端，计数芯片输出连接D/A转换电路，D/A的输出连接控制发电机外设内载的双向可控硅调节电路(6)中的双向可控硅的触发端。

2．由权利要求1所述的微型发电机负载调节控制器，其特征是直流稳压电源的电压端分别通过2-4级串联的分压电阻再输入对应的2-4个比较器的一个比较端，比较器的另一比较端连接从发电机输出并经整流的实时电压端。