轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置及工頻永磁發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置及工頻永磁發(fā)電機組，通過為發(fā)電機配置上述發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，工作時，發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的測量控制補償電路會根據(jù)發(fā)電機輸出電壓及負荷等電參數(shù)，根據(jù)需要的控制測量控制補償電路的執(zhí)行控制模塊輸出調速信號通過電動執(zhí)行機構對原動機轉速進行補償，以達到穩(wěn)定電壓的目的。
【專利說明】轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置及工頻永磁發(fā)電機組

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及工頻永磁發(fā)電機組及其穩(wěn)壓控制領域，尤其是指一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置及工頻永磁發(fā)電機組。

【背景技術】
[0002]發(fā)電機是一種能將其他形式的能源轉換成電能的機械設備。它通?？捎伤啓C、汽輪機、內燃機或其他動力機械驅動，將水流，氣流，燃料燃燒等產生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉換為電能。
[0003]發(fā)電機的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律的構造。因此最常見的發(fā)電機結構通常是由外圍的定子和在定子內轉動的轉子組成的，在轉子上具有勵磁裝置線圈或永磁材料，外部機械驅動力使轉子旋轉時，定子的線圈切割轉子磁場，從而在定子的線圈產生電壓，對于轉子具備勵磁裝置線圈的情況，通過改變轉子通過勵磁裝置線圈的電流大小，就可改變定子——也就是發(fā)電機上的輸出電壓。
[0004]然而工作時，當其轉子為永磁材料時，磁性是不發(fā)生變化的，即磁場不能調節(jié)。因此當發(fā)電機在空載的情況下，其輸出電壓處于最大；而當其接入用電負荷(負載)或者用電負荷(負載)增大時，其輸出電壓就會減小，特別是接入感性負載時輸出電壓更是加速減少，發(fā)電機的這種輸出電壓由用電負荷(負載)的變化而產生波動會反之影響用電負荷(負載)的運行，嚴重的甚至會由于電壓不穩(wěn)定導致用電負荷(負載)無法正常運行，對正常使用造成影響。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:避免發(fā)電機輸出電壓的波動從而防止用電負荷(負載)運行不暢。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:它包括測量控制補償電路；
[0007]所述測量控制補償電路包括測量模塊、控制模塊及執(zhí)行控制模塊；測量模塊設有發(fā)電機電參數(shù)輸入口，測量模塊與控制模塊相連，控制模塊與執(zhí)行控制模塊相連，執(zhí)行控制模塊設有調節(jié)原動機轉速的輸出口 ；
[0008]上述中，它還包括與測量控制補償電路的控制模塊相連的保護模塊；
[0009]上述中，所述保護模塊包括相連的第五開關模塊及繼電器模塊；所述第五開關模塊連接測量控制補償電路的控制模塊；
[0010]上述中，所述測量模塊包括限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元、電流互感器，電阻單元及測量單元；所述限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元依次相連，限流單元接入發(fā)電機電壓，可調分壓單元輸出接入測量單元；所述電流互感器接入發(fā)電機電流，輸出連接電阻單元，電阻單元輸出連接測量單元；所述測量單元輸出發(fā)電機的電參數(shù)至控制模塊；
[0011]上述中，所述執(zhí)行控制模塊包括電動控制機構及與其相連的至少一個控制單元；所述控制單元連接測量控制補償電路的控制模塊；
[0012]上述中，所述電動控制機構為步進電機、直線電機、電磁鐵或電動調節(jié)裝置；所述步進電機包括多個線圈，所述控制單元與線圈對應設置連接。
[0013]本實用新型還涉及一種永磁工頻發(fā)電機組，包括發(fā)電機、原動機，所述原動機輸出驅動發(fā)電機，原動機設置有原動機調速機構，所述發(fā)電機輸出連接用電負荷；其特征在于:它還包括如上所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，所述原動機調速機構接入所述調速信號。
[0014]本實用新型的有益效果在于:通過為發(fā)電機配置上述發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，工作時，發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的測量控制補償電路會根據(jù)發(fā)電機輸出電壓及負荷等電參數(shù)，根據(jù)需要的控制測量控制補償電路的執(zhí)行控制模塊輸出調速信號通過電動執(zhí)行機構對原動機轉速進行補償，以達到穩(wěn)定電壓的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結合附圖詳述本實用新型的具體結構
[0016]圖1為本實用新型的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的整體電路原理框圖；
[0017]圖2為本實用新型的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的測量模塊部分具體實施例電路原理框圖；
[0018]圖3為本實用新型的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的執(zhí)行模塊、保護模塊部分具體實施例電路原理框圖；
[0019]圖4為本實用新型的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的具體示例電路圖；
[0020]圖5為本實用新型永磁工頻發(fā)電機組的架構示意圖。
[0021]1-第一電源模塊；2_測量模塊；3_控制模塊；4_電動控制機構；5_保護模塊；6-第二電源模塊；7_觸發(fā)信號控制模塊；8_過壓快速切除模塊；9_低壓快速投入模塊；10-電壓補償模塊。

【具體實施方式】
[0022]為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0023]本實用新型最關鍵的構思在于:提供測量控制補償電路一套補償電路，從而通過調節(jié)原動機轉速方式對發(fā)電機輸出電壓進行調整，以確保用電負荷(負載)的穩(wěn)定運行。
[0024]請參閱圖1，本實用新型提供了一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，它包括測量控制補償電路；
[0025]所述測量控制補償電路包括測量模塊、控制模塊及執(zhí)行控制模塊；其中測量模塊設有發(fā)電機電參數(shù)輸入口，測量模塊與控制模塊相連，執(zhí)行控制模塊與控制模塊相連，執(zhí)行控制模塊設有調節(jié)原動機轉速的輸出口，從而可直接輸出至外部的電動控制機構。
[0026]測量模塊，用于采集發(fā)電機的電流、電壓信號輸出發(fā)電機的電參數(shù)至控制模塊；所述電參數(shù)包括工頻永磁發(fā)電機的電壓、電流、相位、頻率、有功功率，無功功率，功率因數(shù)；
[0027]控制模塊，用于根據(jù)測量模塊的電參數(shù)輸出控制信號；
[0028]執(zhí)行控制模塊，用于根據(jù)控制模塊輸出的控制信號進而輸出調速信號至原動機；
[0029]通常的，測量控制補償電路中還包括第一電源模塊，用于對輸入交流或直流電源整流、濾波后分別為控制模塊、測量模塊及執(zhí)行控制模塊供電。
[0030]從上述描述可知，本實用新型的有益效果在于:通過為發(fā)電機配置上述發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，工作時，發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的測量控制補償電路會根據(jù)發(fā)電機輸出電壓及負荷等電參數(shù)，根據(jù)需要的控制測量控制補償電路的執(zhí)行控制模塊輸出調速信號至原動機從而對原動機轉速進行補償，以達到穩(wěn)定電壓的目的。
[0031]實施例一:
[0032]較佳的，出于安全考慮，上述穩(wěn)壓裝置還包括有保護模塊，保護模塊與測量控制補償電路的控制模塊相連，用于根據(jù)測量控制補償電路的控制模塊輸出的控制信號切斷發(fā)電機輸出或使發(fā)電機停機。
[0033]實施例二:
[0034]作為一實施例，如圖3所示，保護模塊包括相連的第五開關模塊及繼電器模塊；所述第五開關模塊連接測量控制補償電路的控制模塊，根據(jù)其輸出的控制信號吸/合繼電器，給電氣觸點切斷發(fā)電機輸出或使發(fā)電機停機。
[0035]實施例三:
[0036]如圖2所示，上述測量模塊包括限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元、電流互感器，電阻單元及測量單元；所述限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元依次相連，限流單元接入發(fā)電機電壓，可調分壓單元輸出接入測量單元；所述電流互感器接入發(fā)電機電流，輸出連接電阻單元，電阻單元輸出連接測量單元；所述測量單元輸出發(fā)電機的電參數(shù)至控制模塊。
[0037]實施例四:
[0038]作為一實施例，上述執(zhí)行控制模塊包括電動控制機構及與其相連的至少一個控制單元；所述控制單元連接測量控制補償電路的控制模塊，根據(jù)其輸出的控制信號開啟/關閉電動控制機構。
[0039]實施例五:
[0040]進一步的，本實施例中的電動控制機構可為步進電機、直線電機、電磁鐵或其他電動器件?？刂茊卧蔀殚_關電路或開關調制電路式模擬電路。若為步進電機時，步進電機包括多個線圈，所述控制單元與線圈對應設置連接。參見圖3的實施例中，電動控制機構采用的就是步進電機，其具有第一線圈、第二線圈、第三線圈和第四線圈，對應的控制單元也有四個，即第一控制單元、第二控制單元、第三控制單元和第四控制單元，第一控制單元、第二控制單元、第三控制單元和第四控制單元分別受控制模塊控制，進而開啟步進電機的一個對應線圈工作。
[0041]本專利具體應用示例:
[0042]如圖4為本實用新型上述實施例的一具體示例的電路圖，其中，測量控制補償電路的第一電源模塊I通過PIN3、PIN4輸入低壓交流電源，而通過橋式整流電路D16整流，電容濾波后經穩(wěn)壓芯片U8產生12v電源供給測量控制補償電路電源，再經穩(wěn)壓芯片U9產生
3.3v供測量電路和測量控制補償電路使用。作為一種方式，此處也可用機組直流電源或開關電源等。
[0043]測量模塊2對輸入的發(fā)電機電壓經電阻R56限流、經電流型電壓互感器Tl次極并聯(lián)電阻R59、電阻R60產生電壓值送到測量單元的電壓輸入端，調節(jié)可變電阻VR2可改變輸入電壓值，調節(jié)發(fā)電機輸出電壓。發(fā)電機電流經電流型電壓互感器CT1，電阻R58變換或電壓輸送到測量電路電流輸入端。測量單元根據(jù)輸入電壓，電流值輸出電壓，電流、相位、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參數(shù)。
[0044]控制模塊3是單片機電路，輸入值為測量電路輸出的電流、電壓、相位頻率、無功功率、有功功率、功率因數(shù)等電參數(shù)，單片機程序設計對應輸出控制信號實現(xiàn)以下控制:
[0045]1、對電動控制機構的控制?？赏ㄟ^電壓值與標準值比較，在偏差很小時不調節(jié)，在偏差較小時慢調節(jié)，在偏差較大時快速調節(jié)。根據(jù)電壓正負偏差選擇調整方向，實現(xiàn)對原動機轉速的調節(jié)。也可根據(jù)輸入功率變化量通過電動控制機構對原動機進行定量的轉速快速調節(jié)，然后通過電壓參數(shù)進行修正調節(jié)，以達到反映靈敏，調節(jié)精度高的目的。
[0046]2、對電容補償電路控制。根據(jù)輸入有功功率、無功功率參數(shù)，控制電容器分級投切，還可通過輸入電壓參數(shù)進行修正，也可通過電壓參數(shù)對電容器進行分級投切，可根據(jù)相位參數(shù)，在晶閘管承受電壓最低時，給出控制信號，投入電容器。
[0047]3、根據(jù)有功功率或無功功率參數(shù)或電壓參數(shù)控制切換繼電器切換發(fā)電機輸出線圈的抽頭，改變輸出電壓。
[0048]4、對保護模塊控制。根據(jù)輸入的電流、電壓、頻率情況，在超過一定值時，控制保護繼電器動作，切斷機組輸出或停機。
[0049]5、根據(jù)功率、電壓、頻率關系，判斷是否出現(xiàn)關機，在出現(xiàn)關機時快速將電動控制機構向降速方向運動，在每次開機時也快速將電動控制機構向降速方向運動。
[0050]執(zhí)行控制模塊，本例中為一個采用步進電機作為電動控制機構4，步進電機有第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4，該而第一控制單元、第二控制單元、第三控制單元和第四控制單元分別為三極管Q9、Q10、Q11和Q12實現(xiàn)，三極管接受測量控制補償電路中控制模塊的控制信號分別導通步進電機有第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4,實現(xiàn)步進電機高速正轉、低速正傳、停、低速反轉、高速反轉,進而帶動原動機的調速機構，對原動機進行轉速調節(jié)，可實現(xiàn)快速調節(jié)，慢速調節(jié)及不調節(jié)。
[0051]保護模塊5部分的第五開關模塊主要為以三極管Q8，而繼電器模塊則為繼電器K1，三極管Q8的基極由測量控制補償電路中控制模塊輸出的控制信號控制，從而開啟/閉合繼電器Kl，繼電器Kl的常開常用觸點接在PIN5、PIN6、PIN7上，從而實現(xiàn)上述控制目的。
[0052]本實施例中還包括有電容器補償電路，此處包括第二電源模塊6、觸發(fā)信號控制模塊7、過壓快速切除模塊8及低壓快速投入模塊9及電壓補償模塊10。
[0053]其中，第二電源模塊6采用電容降壓整流穩(wěn)壓后提供各部分電源。
[0054]觸發(fā)信號控制模塊7則對230v的發(fā)電機電壓輸入米用電容C5、電阻R5移相，電阻R2、電阻R6分壓，經電壓比較電路UlB比較，在230v電壓最負點(也就是觸發(fā)器，如可控硅SCR電壓最低點)前20度左右產生正脈沖信號，并經C4、電阻R15、比較器UlD延時約2ms，作為觸發(fā)信號，保證SCR觸發(fā)是在電壓最低點前20度到后30度之間，使觸發(fā)時流過元件電流較小。
[0055]過壓快速切除模塊8，過壓快速切除模塊輸入發(fā)電機電壓輸入，輸出連接觸發(fā)信號控制模塊。過壓快速切除模塊8的加入，是為了當發(fā)電機帶滿載，無功功率較大時，電容器投入較多，這時如果突減負荷，由于控制電路軟件反應慢，可能電容不能及時切除。而產生過電壓，這時比較器UlC檢測到過電壓輸出電壓對電容C6快速充電在I個周期內比較器UlA輸出O電平。二極管D3導通，將觸發(fā)角控制電路輸出鉗位在低電平上。電容器觸發(fā)電平降低，全部不觸發(fā)而切除，電容C6、電阻R14、比較器UlA延時約0.5秒電容器強行切除
0.5秒，以適應控制電路反應慢，防止過電壓產生。
[0056]低壓快速投入模塊9,低壓快速投入模塊輸入發(fā)電機電壓輸入，輸出連接觸發(fā)信號控制模塊。低壓快速投入模塊9的加入，是為了在發(fā)電機組空載時，如果突加負荷，特別是突加感性負荷時，由于控制電路反映較慢，電容器不能及時加上，所以機組輸出電壓較低，這時比較器U5A檢測不到正常電壓信號，不輸出高電平信號。電容C13、電阻R2在一個周期放電后電壓低于比較器U5B負輸入端電平，比較器U5B輸出O電平。光稱U6 二極管發(fā)光，在觸發(fā)角控制電路輸出高電平時光耦U6三極管發(fā)射極輸出高電平經二極管D6，再經三極管Q2電流放大后觸發(fā)晶閘管Q5導通使電容C3投入補償，以提高機組輸出電壓，在該實施例中電容C3為第三組電容為第一組電容器容量的4倍，該電路也可增加切換繼電器，通過切換發(fā)電機輸出線圈抽頭進一步提高性能。當然，電壓調節(jié)裝置單設轉速調節(jié)部分進行控制或單設電容補償部分進行控制；也可設置轉速調節(jié)部分和抽頭切換部分進行控制；也可設置電容補償部分和抽頭切換部分進行控制。
[0057]電壓補償模塊10，本實施例中包括3組補償單元，其補償單元中的電容器容量分別為C、2C、4C，從而可根據(jù)需要排列組合啟動分成0-7C共8級投切。當然也可以設置成I組2級或2組4級投切。具體的，電路包括有光耦U2 (和/或U3、U4)，測量控制補償電路的控制信號經光耦U2、U3、U4的初級隔離，當有控制信號時光耦U2 (和/或U3、U4)次級的三極管導通，此時同時在觸發(fā)信號控制模塊有送來觸發(fā)信號時，光耦U2(和/或U3、U4)次級的三極管發(fā)射極輸出電壓，經三極管Ql (和/或Q2、Q3)電流放大后觸發(fā)觸發(fā)器，此處為晶閘管SCR，三極管Q4(和/或Q5、Q6)導通，電容器C2 (和/或C3、Cl)回路接通，投入對230V電壓進行補償。
[0058]參見圖5，本實用新型還提供了一種應用了上述轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置的永磁工頻發(fā)電機組。永磁工頻發(fā)電機組包括有發(fā)電機、原動機，所述原動機輸出驅動發(fā)電機，原動機設置有原動機調速機構，所述發(fā)電機輸出連接用電負荷。為了實現(xiàn)上述控制，上述原動機調速機構接入所述調速信號。
[0059]此處的原動機可采用如汽油機、柴油機、燃氣機等內燃機或水力、風力機械等驅動發(fā)電機并由發(fā)電機輸出電壓直接供給用電負荷。而發(fā)電機可米用永磁發(fā)電機。
[0060]從上述描述可知，本實用新型的有益效果在于:通過加設上述轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，工作時，轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置根據(jù)發(fā)電機輸出電壓及負荷參數(shù)，通過電動測量控制補償電路例如步進電機、直線電機、其他控制電機或電磁鐵，電動機構控制原動機的調速機構，以達到穩(wěn)定電壓的目的。
[0061]進一步，基于本實用新型上述結構可實現(xiàn)多種方法的發(fā)電機穩(wěn)壓控制，分別是:
[0062]由測量控制補償電路的控制模塊對測量模塊輸入來的電壓進行判斷，直接由執(zhí)行控制模塊調節(jié)原動機轉速的方式進行補償。
[0063]此外，也可通過判斷測量模塊輸入來的電壓是否在標準范圍下的預設范圍內，是則不啟動調整，超出預設范圍較小值時，采用慢速進行調整，超出范圍較大則采用粗調快速調整。
[0064]再有一種是基于檢測功功率變化的變化量來調整轉速后進而根據(jù)電壓修正轉速調整。
[0065]此外，還可以根據(jù)有功功率、無功功率或電壓參數(shù)控制繼電器切換發(fā)電機抽頭對電壓進行調節(jié)。
[0066]為了確保安全，在控制中最好加入一個停機判斷機制，及當檢測到符合條件(功率不變，電壓大幅下降/電壓低于閾值)時，可判定為停機，此時應當拉低轉速。此外，在每次開機時也應當快速拉低轉速。
[0067]綜上所述，本實用新型提供的一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置及工頻永磁發(fā)電機組，通過為發(fā)電機配置上述發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，工作時，穩(wěn)壓裝置的測量控制補償電路會根據(jù)發(fā)電機輸出電壓及負荷等電參數(shù)，根據(jù)需要的控制測量控制補償電路的執(zhí)行控制模塊輸出調速信號至原動機從而對原動機轉速進行補償，以達到穩(wěn)定電壓的目的。
[0068]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，此外，穩(wěn)重的第一、第二……只代表其名稱的區(qū)分，不代表它們的重要程度和位置有什么不同。因此凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:它包括測量控制補償電路； 所述測量控制補償電路包括測量模塊、控制模塊及執(zhí)行控制模塊；測量模塊設有發(fā)電機電參數(shù)輸入口，測量模塊與控制模塊相連，控制模塊與執(zhí)行控制模塊相連，執(zhí)行控制模塊設有調節(jié)原動機轉速的輸出口。
2.如權利要求1所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:它還包括與測量控制補償電路的控制模塊相連的保護模塊。
3.如權利要求2所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述保護模塊包括相連的第五開關模塊及繼電器模塊；所述第五開關模塊連接測量控制補償電路的控制模塊。
4.如權利要求1所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述測量模塊包括限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元、電流互感器，電阻單元及測量單元；所述限流單元、電流型電壓互感器、可調分壓單元依次相連，限流單元接入發(fā)電機電壓，可調分壓單元輸出接入測量單元；所述電流互感器接入發(fā)電機電流，輸出連接電阻單元，電阻單元輸出連接測量單元；所述測量單元輸出發(fā)電機的電參數(shù)至控制模塊。
5.如權利要求1所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述執(zhí)行控制模塊包括電動控制機構及與其相連的至少一個控制單元；所述控制單元連接測量控制補償電路的控制模塊。
6.如權利要求5所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述電動控制機構為步進電機、直線電機、電磁鐵或電動調節(jié)裝置；所述步進電機包括多個線圈，所述控制單元與線圈對應設置連接。
7.—種永磁工頻發(fā)電機組,包括發(fā)電機、原動機，所述原動機輸出驅動發(fā)電機，原動機設置有原動機調速機構，所述發(fā)電機輸出連接用電負荷；其特征在于:它還包括如權利要求1-6任意一項所述的轉速補償式發(fā)電機穩(wěn)壓裝置，所述原動機調速機構接入所述調速信號。
【文檔編號】H02P9/04GK203984290SQ201420348231
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權日:2014年6月26日
【發(fā)明者】劉芳彪, 劉捷 申請人:劉芳彪, 劉捷