ИНВЕРТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ ГЕНЕРАТОРОМ Российский патент 2011 года по МПК H02P9/04 H02K19/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к инверторному генератору, в частности к инверторному генератору, оснащенному блоком генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, в котором частота вращения двигателя управляется в зависимости от нагрузки.

Уровень техники

Хорошо известные инверторные генераторы вначале осуществляют преобразование переменного тока, выдаваемого блоком генератора с приводом от двигателя, в постоянный ток, после чего преобразуют постоянный ток в переменный ток заданной частоты (частоты питающей сети) посредством управления ключевыми (переключающими) элементами с помощью ШИМ-сигнала, генерируемого с использованием опорного синусоидального (гармонического) сигнала, имеющего форму волны требуемого выходного напряжения, и несущего сигнала. Примеры такого инверторного генератора можно найти в опубликованных японских заявках на изобретение №№Н11(1999)-308896 (далее - '896) и Н4(1992)-355672 (далее - '672).

В заявке ('896) раскрыта технология для определения угла включения тиристора и управления частотой вращения двигателя таким образом, чтобы измеренный угол стал требуемым углом включения.

Раскрытие изобретения

Хотя в указанной заявке ('896), как упомянуто выше, нагрузка, а точнее подаваемая на нагрузку мощность, оценивается по углу включения тиристора конвертера, и на ее основании производится управление частотой вращения двигателя, точная оценка мощности нагрузки является затруднительной, особенно в случае маломощной нагрузки, поскольку флуктуации скорости вращения двигателя напрямую передаются в течение периода переходного процесса выходного напряжения генератора. Соответственно, отклик при управлении частотой вращения двигателя не обязательно является удовлетворительным.

Таким образом, первая цель настоящего изобретения состоит в решении вышеуказанной проблемы путем предложения инверторного генератора, который оценивает мощность нагрузки исходя из коэффициента мощности и т.п., а не по углу включения, и на ее основании вычисляет требуемую частоту вращения двигателя, тем самым улучшая отклик при управлении частотой вращения двигателя.

Кроме этого, в число нагрузок, которые могут быть присоединены к инверторному генератору согласно документу '672, входит нагрузка с низким коэффициентом мощности, такая как ртутная лампа. Поскольку коэффициент мощности такой нагрузки является низким до тех пор, пока ток не стабилизируется, возникает большой бросок пускового тока, что, как следствие, приводит к перегрузке генератора в процессе пуска. В результате число нагрузок с низким коэффициентом мощности, которые могут быть запущены при подключении к выходу генератора номинальной мощности, является невыгодным образом меньшим, чем число нагрузок, которое может быть подключено к генератору после стабилизации тока после запуска.

Таким образом, вторая цель настоящего изобретения состоит в решении вышеуказанной проблемы путем предложения инверторного генератора, который позволяет увеличивать до максимально возможного число нагрузок с низким коэффициентом мощности, которые могут быть запущены при подключении к выходу генератора номинальной мощности, а также в улучшении отклика при управлении частотой вращения двигателя.

Для достижения первой цели в соответствии с настоящим изобретением предлагается инверторный генератор, содержащий блок генератора, приводимый от двигателя внутреннего сгорания, дроссельная заслонка которого перемещается при помощи исполнительного механизма (актюатора), и генерирующий переменный ток; конвертер, соединенный с блоком генератора и преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор, соединенный с конвертером и преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки. Согласно изобретению инверторный генератор содержит измеритель напряжения/тока, измеряющий напряжение и ток, подаваемые на электрическую нагрузку; устройство вычисления коэффициента мощности, вычисляющее коэффициент мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; устройство оценки мощности нагрузки, оценивающее мощность нагрузки на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; устройство определения требуемой частоты вращения двигателя, определяющее требуемую частоту вращения двигателя на основании полученной оценки мощности нагрузки; устройство управления исполнительным механизмом (актюатором), управляющее работой исполнительного механизма таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя.

Для достижения второй цели в соответствии с настоящим изобретением предлагается инверторный генератор, дополнительно содержащий управляющее устройство инвертора, которое управляет ключевыми элементами с помощью ШИМ-сигнала, генерируемого с использованием опорного синусоидального сигнала, имеющего форму волны требуемого выходного напряжения, а также несущего сигнала, и преобразует переменный ток, преобразованный в инверторе в переменный ток заданной частоты; и дискриминатор коэффициента мощности нагрузки, определяющий факт нахождения вычисленного коэффициента мощности нагрузки ниже заданного значения, при этом управляющее устройство инвертора единовременно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение, если вычисленный коэффициент мощности нагрузки меньше заданного значения, после чего непрерывно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение, которое последовательно уменьшается на отрицательное приращение.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и прочие цели и преимущества настоящего изобретения более подробно объясняются в нижеследующем описании со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

На фиг.1 изображена блок-схема, показывающая общую структуру инверторного генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.2 представлено графическое изображение сигналов для объяснения процесса ШИМ-управления, осуществляемого ЦП (CPU), изображенным на фиг.1;

На фиг.3 изображена блок-схема процесса управления предельной величиной выходного напряжения, осуществляемого ЦП, изображенным на фиг.1;

На фиг.4 представлена пояснительная иллюстрация, показывающая табличные значения требуемой частоты вращения двигателя, используемые в приведенной на фиг.3 блок-схеме;

На фиг.5 изображены временные графики для объяснения процесса, представленного блок-схемой на фиг.3;

На фиг.6 изображена блок-схема, подобная приведенной на фиг.3, но иллюстрирующая работу инверторного генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.7 изображена блок-схема, иллюстрирующая процедуру вычисления величины ограничения выходного напряжения, выполняемую параллельно с процессом, представленным блок-схемой на фиг.6;

На фиг.8 изображен график для объяснения процедур, представленных блок-схемами на фиг.6 и 7.

Осуществление изобретения

Инверторный генератор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения далее описывается более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 представлена блок-схема, показывающая общую структуру инверторного генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Инверторный генератор обозначен поз.10 на фиг.1. Генератор 10 оснащен двигателем (двигателем внутреннего сгорания) 12 и имеет номинальную выходную мощность около 3 кВт (100В, 30А переменного тока). Двигатель 12 представляет собой двигатель с воздушным охлаждением и искровым зажиганием. Его дроссель 12а открывается и закрывается приводом (актюатором) 12b дросселя, представляющим собой шаговый двигатель. Двигатель 12 запускается ручным стартером (не показан).

Круговой статор (не показан) закреплен вблизи от головки блока цилиндров двигателя 12. Статор снабжен обмотками, образующими блок 14 электромашинного генератора, а именно трехфазными (U, V и W) выходными обмотками (главными обмотками) 14а и тремя однофазными обмотками 14b, 14с и 14d.

Ротор (не показан), выполненный в виде маховика двигателя 12, установлен снаружи статора. В роторе напротив вышеупомянутых обмоток 14а и т.д. установлены постоянные магниты (не показаны) с чередованием радиальной полярности их полюсов.

При вращении постоянных магнитов ротора, окружающего статор, на выходе трехфазных выходных обмоток 14а создается (генерируется) трехфазный (U, V и W фазы) переменный ток, а на выходе однофазных выходных обмоток 14b, 14с и 14d возникает однофазный переменный ток.

Трехфазный переменный ток, создаваемый (генерируемый) выходными обмотками 14а блока 14 генератора, поступает через клеммы 14е (U, V и W) на плату 16 управления (печатную плату) и подается в установленный на ней конвертор 20. Конвертор 20 содержит соединенные по мостовой схеме три тиристора SCR (silicon-controlled rectifier, однооперационный триодный тиристор) и три диода DI. Трехфазный переменный ток, создаваемый на выходе блока 14 генератора, преобразуется в постоянный ток посредством управления углами проводимости (включения) тиристоров.

Источник питания 22 с дроссельным преобразователем RCC (ringing choke converter, преобразователь с переходными процессами в дросселе) (стабилизированный источник питания постоянного тока) соединен с боковыми положительным и отрицательным электрическими выводами конвертора 20 и подает выпрямленное напряжение постоянного тока в качестве рабочего напряжения питания на три тиристора. После RCC-источника питания 22 в цепь включен сглаживающий конденсатор 24 для сглаживания постоянного тока на выходе конвертера 20.

Инвертор 26 включен в цепь после сглаживающего конденсатора 24. Инвертор 26 имеет мостовую схему с четырьмя полевыми транзисторами (ключевыми элементами). Как объяснено ниже, постоянный ток на выходе конвертера 20 преобразуется в переменный ток заданной частоты (50 Гц или 60 Гц частоты питающей сети) посредством управления состоянием проводимости (ОТКРЫТ-ЗАКРЫТ) четырех полевых транзисторов.

Выходной сигнал инвертора 26 проходит через дроссель 30, состоящий из LC-фильтра для подавления гармоник, и через фильтр шумов 32 для подавления помех, и подается на выходные клеммы 34, с которых он может быть подан на электрическую нагрузку 36 через соединительный проводник (не показан) или аналогичный элемент.

Плата 16 управления оснащена центральным процессором (ЦП) 40 с 32-битной архитектурой. ЦП 40 управляет углом проводимости тиристоров конвертера 20 с помощью тиристорного (SCR) управляющего устройства (схемы управления) 40а, состоянием проводимости полевых транзисторов инвертора 26 с помощью устройства управления 40b затворами, а также работой привода 12b дросселя с помощью устройства управления 40с приводом. ЦП 40 оснащен устройством памяти EEPROM (ЭСППЗУ, электрически-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) (энергонезависимым ЗУ) 40d.

Выходной сигнал первой однофазной выходной обмотки 14b подается на плату управления 16 через клеммы 14b1 и 14b2, а с нее - на генератор 14b3 управляющего напряжения, который генерирует рабочее напряжение питания 5 В для ЦП 40. Выходной сигнал с клеммы 14b1 подается на схему 14b4 измерения оборотов, где он преобразуется в импульсный сигнал и подается на ЦП 40. ЦП 40 подсчитывает импульсы выходного сигнала схемы 14b4 измерения оборотов и вычисляет (измеряет) скорость вращения двигателя 12.

Выходной сигнал второй однофазной выходной обмотки 14с подается на схему двухполупериодного выпрямителя 14с1, где осуществляется его двухполупериодное выпрямление для формирования рабочего напряжения питания, в частности для привода 12b дросселя. Выходной сигнал третьей выходной обмотки 14с1 подается на схему 12с зажигания двигателя 12 для использования в качестве напряжения питания свечи 12d зажигания.

ЦП 40 соединен с первым и вторым датчиками напряжения 40е и 40f. Первый датчик напряжения 40е, включенный после RCC-источника питания 22, генерирует выходной сигнал, пропорциональный выходному напряжению постоянного тока конвертера 20. Второй датчик напряжения 40f, включенный после инвертора 26, генерирует выходной сигнал, пропорциональный выходному напряжению переменного тока инвертора 26. Выходные сигналы первого и второго датчиков напряжения 40е и 40f подаются на ЦП 40.

ЦП 40 также соединен с датчиком тока 40g. Датчик тока 40g генерирует выходной сигнал, пропорциональный значению тока на выходе инвертора 26, т.е. тока, проходящего через электрическую нагрузку 36, когда нагрузка 36 подключена.

Выходной сигнал датчика тока 40g подается в ЦП 40, а также в ограничитель сверхтока 40h, выполненный в виде логической схемы (аппаратной схемы), независимой от ЦП 40. Когда ток, измеренный датчиком тока 40g, превышает предельно допустимое значение, ограничитель сверхтока 4h временно отключает выходной сигнал устройства 40b управления затворами для временного обнуления выходного сигнала инвертора 26.

ЦП 40, на основе подаваемых на его вход выходных сигналов первого и второго датчиков напряжения 40е, 40f и датчика тока 40g, осуществляет ШИМ-управление полевыми транзисторами инвертора 26 и управляет работой привода 12b дросселя, тем самым также ограничивая сверхток.

На фиг.2 представлено графическое изображение сигналов для объяснения процесса ШИМ-управления, осуществляемого центральным процессором 40.

Управление полевыми транзисторами инвертора 26 посредством широтно-импульсной модуляции объясняется со ссылкой на фиг.2. На основании опорного синусоидального сигнала (сигнальной волны) в соответствии с заданной частотой (50 или 60 Гц частоты питающей сети) формы волны требуемого выходного напряжения переменного тока (нижняя пунктирная линия), центральный процессор 40 использует компаратор (не показан) для его сравнения с несущим сигналом (например, с несущей волной частотой 20 кГц), формирует ШИМ-сигнал (сигнала ШИМ-формы), а именно последовательность импульсов с переменным коэффициентом заполнения (отношения длительности t импульса к периоду Т его следования) в соответствии с принципом ШИМ (широтно-импульсной модуляции), и подает данный сигнал на выход через устройство управления 40b затворами.

Сигнал, изображенный нижней пунктирной линией на фиг.2, показывает требуемую форму сигнала выходного напряжения. Период Т (шаг) ШИМ-сигнала (сигнала ШИМ-формы), в действительности является значительно более коротким, чем это показано на фиг.2, где он увеличен с целью облегчения понимания.

Центральный процессор 40 управляет открытием дроссельной заслонки 12а для установления требуемой частоты вращения двигателя, рассчитанной на основании значения выходного переменного тока, определяемого электрической нагрузкой 36, вычисляет выходные импульсы фазы А и фазы В для шагового двигателя привода 12b дросселя, и подает их через устройство 40 с управления приводом на привод 12b с выходных клемм 40с1, тем самым управляя работой привода 12b.

На фиг.3 изображена блок-схема процесса, осуществляемого ЦП 40. Изображенная программа выполняется в каждом цикле (шаге) управления, определяемом частотой несущего сигнала, а точнее каждые 50 мкс в случае, когда частота требуемой формы сигнала выходного напряжения составляет 50 Гц.

Программа начинается на шаге S10, на котором на основании выходных сигналов второго датчика 40f напряжения и датчика 40g тока определяются напряжение и сила тока переменного тока на выходе инвертора 26, т.е. напряжение и ток, подаваемые на электрическую нагрузку 36, когда она присоединена.

Далее программа переходит к шагу S12, на котором вычисляется разность Θ фаз между измеренными значениями напряжения и тока, и далее к шагу S14, на котором на основании полученного значения разности Θ фаз производится вычисление коэффициента мощности cos Θ.

Программа переходит к шагу S16, на котором мощность нагрузки оценивается в соответствии со следующим уравнением:

Оценка мощности нагрузки = Номинальное выходное напряжение (В) × Измеренное значение тока (А) × Коэффициент мощности (cos Θ).

Для приведенного выше случая выходное номинальное напряжение составляет 100 В переменного тока.

Далее программа переходит к шагу S18, на котором на основании полученной оценки мощности нагрузки определяется требуемая частота вращения двигателя 12. Более конкретно, требуемая частота вращения двигателя определяется путем извлечения табличных значений, характеристики которых показаны на фиг.4 с использованием полученной оценки мощности нагрузки. Как можно видеть, требуемая частота вращения двигателя определяется таким образом, чтобы требуемая частота вращения двигателя увеличивалась с увеличением полученной оценки мощности нагрузки.

После этого программа переходит к шагу S20, на котором осуществляется управление приводом 12b дросселя для достижения определенной требуемой частоты вращения двигателя. Более конкретно, управление приводом 12b дроссельной заслонки осуществляется с обратной связью таким образом, что частота вращения двигателя, измеряемая схемой 14b4 определения частоты вращения двигателя, становится равной требуемой частоте вращения двигателя.

На фиг.5 изображены временные графики для объяснения процесса, представленного блок-схемой на фиг.3.

На фиг.5 в качестве примера проиллюстрирована нагрузка в виде ртутной лампы. Так как коэффициент мощности ртутной лампы сначала мал, например, равен 0.3, до момента стабилизации тока величина выполняемой двигателем 12 работы, равная произведению напряжения, тока и коэффициента мощности, также мала. Соответственно, частота вращения двигателя при пуске может быть установлена низкой.

Как можно видеть на иллюстрации, после пуска коэффициент мощности постепенно возрастает, приближаясь к 1.0 по мере уменьшения и стабилизации с течением времени тока, подаваемого на нагрузку (ртутную лампу).

Таким образом, в данном варианте осуществления мощность нагрузки оценивается с использованием коэффициента мощности в дополнение к значениям напряжения и тока, и на ее основании определяется требуемая частота вращения двигателя, а также осуществляется управление двигателем 12 для достижения требуемой частоты вращения двигателя. Благодаря этому, как показано на фиг.5, становится возможным увеличивать/уменьшать частоту вращения двигателя пропорционально коэффициенту мощности и улучшать отклик при управлении частотой вращения двигателя.

Кроме того, поскольку для оценки мощности нагрузки используется коэффициент мощности, то, когда коэффициент мощности мал (например, 0.3), частота вращения двигателя также устанавливается на низком уровне. Другими словами, поскольку не происходит ненужного увеличения частоты вращения двигателя, то может быть улучшен расход топлива. На фиг.6 изображена блок-схема, иллюстрирующая работу инверторного генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, т.е. работу его центрального процессора 40. Представленная программа также выполняется в каждом цикле (шаг) управления, определяемом частотой несущего сигнала.

Приведем пояснения. Подобно первому варианту осуществления программа начинается на шаге S100, на котором измеряются значения напряжения и силы переменного тока на выходе инвертора 26, и переходит к шагу S102, на котором вычисляется разность Θ фаз между измеренными значениями напряжения и тока, и далее - к шагу S104, на котором вычисляется коэффициент мощности cos Θ на основании полученной разности Θ фаз.

Далее программа переходит к шагу S106, на котором считывается величина а ограничения выходного напряжения. Величина а ограничения выходного напряжения вычисляется как отрицательная величина в рамках процедуры, выполняемой параллельно с процедурой, представленной блок-схемой фиг.6. Объяснение этого будет приведено ниже.

Далее программа переходит к шагу S108, на котором проводится проверка того, равна ли считанная величина а ограничения выходного напряжения нулю, и если результатом сравнения является «Нет», то программа переходит к шагу S110, на котором величина а ограничения выходного напряжения (отрицательная величина) прибавляется к выходному напряжению, вычисленному в процессе ШИМ-управления (упомянутом выше со ссылкой на фиг.2), для корректировки выходного напряжения в сторону уменьшения. Более конкретно, в процессе ШИМ-управления ШИМ-сигнал корректируется для того, чтобы привести требуемую форму сигнала выходного напряжения к вычисленному значению выходного напряжения.

С другой стороны, когда результатом сравнения на шаге S108 является «Да», то программа переходит к шагу S112, на котором вычисленное выходное напряжение непосредственно устанавливается как выходное напряжение.

На фиг.7 изображена блок-схема, иллюстрирующая процедуру вычисления вышеупомянутой величины а ограничения выходного напряжения. Представленная программа выполняется с более длительными интервалами, чем интервал выполнения программы, представленной блок-схемой на фиг.6, например, 8 мс. В качестве примера нагрузки с низким коэффициентом мощности в дальнейшем также используется ртутная лампа.

Программа начинается на шаге S200, на котором проверяется, установлен ли бит флага F в значение 1. Поскольку начальное значение бита флага F равно нулю, то результатом сравнения в первом цикле, естественно, является «Нет», и программа переходит к шагу S202, на котором определяется, выполнено ли условие, состоящее в том, что действующее значение измеренного тока равно или больше заданного значения, которое составляет 108% от ожидаемого максимального тока генератора 10, т.е. величины, в 1,08 раз превышающей максимальный ток. Заданную величину устанавливают такой, чтобы она была ниже предельно допустимого значения, используемого в ограничителе 40h сверхтока.

Если результат на шаге S202 - «Нет», оставшиеся шаги пропускаются, а если результатом является «Да», то программа переходит к шагу S204, на котором определяется, является ли коэффициент мощности, вычисленный в соответствии с процедурой, представленной блок-схемой на фиг.6, меньшим заданного значения, например, 0,5, а также проверяется нахождение в фазе запаздывания (ток отстает от напряжения), что определяется на основании разности фаз, вычисленной в в соответствии с процедурой на фиг.6.

Когда результатом на шаге S204 является «Нет», остальные шаги пропускаются, а когда результатом является «Да», то программа переходит к шагу S206, на котором нагрузка (электрическая нагрузка) 36 определяется как ртутная лампа (нагрузка с низким коэффициентом мощности), и величина а ограничения выходного напряжения устанавливается равной -10%, и программа переходит к шагу S208, на котором биту флага F присваивается значение 1, после чего выполнение программы сразу заканчивается.

Следовательно, результатом сравнения на шаге S200 в следующем и последующих циклах является «Да», и программа переходит к шагу S210, на котором проверяется, является ли действующее значение измеренного тока все еще равным или большим заданного значения (108% от максимального тока генератора 10), и когда результатом является «Да», то происходит переход к шагу S212, на котором определяется, равно ли действующее значение измеренного тока величине 2 (А) или превышает его. Ток величиной 2 (А) означает ожидаемое минимальное значение тока в вышеупомянутом процессе управления величиной ограничения выходного напряжения.

Когда результат на шаге S212 «Да», то программа переходит к шагу S214, на котором для корректировки а в сторону уменьшения к значению а прибавляется величина, равная 1/256%. Если результатом на шаге S210 является «Нет», то программа переходит к шагу S216, на котором величине а ограничения выходного напряжения присваивается нулевое значение, и происходит переход к шагу S218, на котором бит флага F сбрасывается в ноль, после чего программа завершается. Та же самая процедура осуществляется в случае результата «Нет» на шаге S212.

На фиг.8 изображен временной график для объяснения процедур, представленных блок-схемами на фиг.6 и 7.

В процедуре, представленной блок-схемой на фиг.6, выходное напряжение корректируется в сторону уменьшения с использованием величины а ограничения выходного напряжения. Более конкретно, в течение первых 8 мс выходное напряжение уменьшается на величину а, т.е. на 10% в процессе ШИМ-управления, изображенном на фиг.2.

По истечении первых 8 мс а корректируется таким образом, чтобы каждые 8 мс она постепенно уменьшалась путем прибавления 1/256 (%) к - 10 (%), и это скорректированное значение последовательно вычитается из выходного напряжения.

Таким образом, переменный ток на выходе генератора 10, представляется произведением напряжения и тока (и коэффициента мощности). В данном варианте осуществления выходное напряжение при пуске единовременно уменьшается на величину а ограничения выходного напряжения в размере 10%. После запуска отрицательное значение увеличивается на приращение, равное 1/256% (другими словами, значение уменьшается на отрицательное приращение 1/256%), таким образом, что выходное напряжение постепенно возвращается к обычному требуемому значению выходного напряжения.

Как можно видеть на фиг.8, ток, подаваемый на электрическую нагрузку 36, со временем уменьшается в соответствии с ограничиваемым таким образом выходным напряжением. Величина а ограничения выходного напряжения определяется экспериментально таким образом, чтобы она являлась величиной, соответствующей увеличению тока при пуске. Во втором варианте осуществления напряжение уменьшается на величину, соответствующую увеличивающемуся при пуске току, путем определения величины а ограничения выходного напряжения таким образом, чтобы она соответствовала увеличивающемуся току.

После пуска, по мере стабилизации тока, коэффициент мощности возрастает и ток, соответственно, уменьшается. Затем напряжение постепенно возвращается к обычному значению выходного напряжения. Таким образом, напряжение может быть плавно возвращено к требуемому значению.

Непосредственно после включения ртутной лампы частота NE вращения двигателя остается относительно низкой, и низким остается коэффициент мощности. Поскольку по мере приближения коэффициента мощности к значению 1.0 нагрузка на двигатель 12 увеличивается, то частота NE вращения двигателя начинает возрастать и затем становится постоянной.

Здесь следует заметить, что второй вариант осуществления основан на первом варианте осуществления. В частности, во втором варианте осуществления мощность нагрузки также оценивается на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности, требуемая частота вращения двигателя определяется на основании полученной оценки мощности нагрузки, а центральный процессор 40 (устройство управления приводом) управляет работой привода (актюатора) 12b дроссельной заслонки таким образом, чтобы частота вращения двигателя стала равной требуемой частоте вращения двигателя.

Как было указано выше, первый вариант осуществления предусматривает инверторный генератор 10 (и способ управления им), имеющий блок 14 генератора, приводимый от двигателя 12 внутреннего сгорания, дроссельная заслонка 12а которого перемещается при помощи исполнительного механизма (привода 12b дроссельной заслонки), и генерирующий переменный ток; конвертер 20, соединенный с блоком генератора и преобразующий переменный ток в постоянный;

инвертор 26, соединенный с конвертером и преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки 36. Согласно изобретению инверторный генератор содержит измеритель напряжения/тока (второй датчик 40f напряжения, датчик 40g тока, центральный процессор 40, шаг S10), измеряющий напряжение и ток, подаваемые на электрическую нагрузку 36; устройство вычисления коэффициента мощности (центральный процессор 40, шаги S12, S14), вычисляющее коэффициент мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; устройство оценки (центральный процессор 40, шаг S16) мощности нагрузки, оценивающее мощность нагрузки на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; устройство определения (центральный процессор 40, шаг S18) требуемой частоты вращения двигателя, определяющее требуемую частоту вращения двигателя на основании полученной оценки мощности нагрузки; и устройство управления (центральный процессор 40) исполнительным механизмом, управляющее работой исполнительного механизма таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя (шаг S20).

Другими словами, поскольку оценка мощности нагрузки вычисляется исходя из коэффициента мощности и т.д., а не по углу включения тиристора, становится возможным точно оценивать мощность нагрузки, даже когда нагрузка мала. Также вычисляется требуемая частота вращения двигателя для управления приводом 12b дроссельной заслонки на основании полученной оценки, и становится возможным улучшение отклика при управлении частотой вращения двигателя. Кроме того, поскольку для оценки мощности нагрузки используется коэффициент мощности, то не происходит ненужного увеличения частоты вращения двигателя, и может быть улучшен расход топлива.

В инверторном генераторе устройство оценки мощности нагрузки оценивает мощность нагрузки путем умножения измеренного тока на вычисленный коэффициент мощности и номинальное выходное напряжение блока генератора (шаг S16), а устройство определения требуемой частоты вращения двигателя определяет требуемую частоту вращения двигателя таким образом, чтобы требуемая частота вращения двигателя увеличивалась с увеличением полученной оценки мощности нагрузки (шаг S18), как показано на фиг.4. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным результатам, становится возможным более точно оценивать мощность нагрузки.

Второй вариант осуществления предусматривает инверторный генератор 10 (и способ управления им), имеющий блок 14 генератора, приводимый от двигателя 12 внутреннего сгорания, дроссельная заслонка 12а которого перемещается при помощи исполнительного механизма (привода 12b дроссельной заслонки), и генерирующий переменный ток; конвертер 20, соединенный с блоком генератора и преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор 26, соединенный с конвертером и преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки 36. Инверторный генератор, кроме того, содержит управляющее устройство (центральный процессор 40) инвертора, которое управляет ключевыми элементами с помощью ШИМ-сигнала, генерируемого с использованием опорного синусоидального сигнала, имеющего форму волны требуемого выходного напряжения, а также несущего сигнала, и преобразует переменный ток, преобразованный в инверторе, в переменный ток заданной частоты; и дискриминатор (центральный процессор 40, шаги S106, S204) коэффициента мощности нагрузки, определяющий факт нахождения вычисленного коэффициента мощности нагрузки ниже заданного значения. Управляющее устройство инвертора единовременно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение (значение а ограничения выходного напряжения), если вычисленный коэффициент мощности нагрузки меньше заданного значения (0,5), после чего непрерывно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение, которое последовательно уменьшается на отрицательное приращение (1/256(%)) (шаги S108, S110, S200-S218).

В результате этого, даже в случае присоединения нагрузки с низким коэффициентом мощности, такой как ртутная лампа, становится возможным до максимально возможной степени увеличить число нагрузок, которые могут быть запущены при подключении к выходу генератора номинальной мощности.

Более конкретно, переменный ток на выходе представляется произведением напряжения и тока (и коэффициента мощности). Во втором варианте осуществления при пуске выходное напряжение единовременно уменьшается на заданную величину (а=10%), а после этого постепенно возвращается к обычному требуемому выходному напряжению. Благодаря такому исполнению путем определения заданного значения (значения а ограничения выходного напряжения) таким образом, чтобы оно являлось величиной, соответствующей увеличивающемуся в процессе пуска току, напряжение может быть уменьшено на величину, соответствующую увеличению тока.

В дополнение к этому, по мере того как после запуска ток стабилизируется, коэффициент мощности возрастает, и ток, соответственно, уменьшается. За счет постепенного возвращения напряжения после запуска до уровня обычного выходного напряжения напряжение, таким образом, может быть плавно возвращено к требуемому значению.

Как можно видеть на фиг.8, ток, подаваемый на электрическую нагрузку 36, уменьшается со временем в соответствии с ограничиваемым, таким образом, выходным напряжением.

В инверторном генераторе управляющее устройство инвертора уменьшает требуемое выходное напряжение, когда действующее значение измеренного тока равно пороговому значению или превышает его (шаг S202), и управляющее устройство инвертора уменьшает требуемое выходное напряжение, когда разность фаз между измеренными напряжением и током находится в фазе запаздывания (шаг S204). В результате этого, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным надежно определять факт того, подключена ли нагрузка с низким коэффициентом мощности, для которой необходимо ограничение выходного напряжения.

Хотя в приведенном выше описании в качестве примера нагрузки с низким коэффициентом мощности выбрана ртутная лампа, может быть применена другая нагрузка, такая как, например, холодильник, кондиционер, насос и т.п., если мал ее начальный коэффициент мощности и если велик бросок пускового тока.

Несмотря на то, что в приведенном выше описании в качестве переключающих элементов инвертора использованы полевые транзисторы, это не является ограничением, и вместо них могут быть использованы биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) и т.п.

Изобретение относится к инверторному генератору, в частности к инверторному генератору, оснащенному блоком генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, в котором частота вращения двигателя является в зависимости от нагрузки. Технический результат - инверторный генератор позволяет оценивать мощность нагрузок исходя из коэффициента мощности нагрузки и увеличивать до максимально возможного число нагрузок с низким коэффициентом мощности, которые могут быть запущены при подключении к выходу генератора номинальной мощности, а также в улучшении отклика при управлении частотой вращения двигателя. Для этого в заявленном изобретении, имеющем блок генератора, приводимый от двигателя внутреннего сгорания, дроссельная заслонка которого перемещается при помощи приводного исполнительного механизма, и генерирующий переменный ток; конвертер, преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки, введены измеритель напряжения/тока для измерения напряжения и тока, подаваемых на электрическую нагрузку; устройство вычисления коэффициента мощности, выполненное с возможностью вычисления коэффициента мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; устройство оценки мощности нагрузки, выполненное с возможностью оценки мощности нагрузки на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; и устройство управления приводным исполнительным механизмом, выполненное с возможностью работы исполнительного механизма таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя. Второй вариант содержит блок генератора, приводимый от двигателя внутреннего сгорания, дроссельная заслонка которого перемещается при помощи приводного исполнительного механизма, и генерирующий переменный ток; конвертер, преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки, в заявленном изобретении осуществляют измерение напряжения и тока, подаваемых на электрическую нагрузку; вычисляют коэффициент мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; осуществляют оценку мощности нагрузки на основании измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; определяют требуемую частоту вращения двигателя на основании полученной оценки мощности нагрузки; и управляют приводным исполнительным механизмом таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Инверторный генератор, содержащий блок генератора, приводимый от двигателя внутреннего сгорания, дроссельная заслонка которого перемещается при помощи приводного исполнительного механизма, и генерирующий переменный ток; конвертер, соединенный с блоком генератора и преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор, соединенный с конвертером и преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки, отличающийся тем, что содержит измеритель напряжения/тока для измерения напряжения и тока, подаваемых на электрическую нагрузку; устройство вычисления коэффициента мощности, выполненное с возможностью вычисления коэффициента мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; устройство оценки мощности нагрузки, выполненное с возможностью оценки мощности нагрузки на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; устройство определения требуемой частоты вращения двигателя, выполненное с возможностью определения требуемой частоты вращения двигателя на основании полученной оценки мощности нагрузки; и устройство управления приводным исполнительным механизмом, выполненное с возможностью управления работой исполнительного механизма таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя.

2. Инверторный генератор по п.1, отличающийся тем, что устройство оценки мощности нагрузки выполнено с возможностью оценки мощности нагрузки путем умножения измеренного значения тока на вычисленный коэффициент мощности и номинальное выходное напряжение блока генератора.

3. Инверторный генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство определения требуемой частоты вращения двигателя выполнено с возможностью определения требуемой частоты вращения двигателя таким образом, чтобы требуемая частота вращения двигателя увеличивалась с увеличением полученной оценки мощности нагрузки.

4. Инверторный генератор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит управляющее устройство инвертора, которое управляет ключевыми элементами с помощью ШИМ-сигнала, генерируемого с использованием опорного синусоидального сигнала, имеющего форму волны требуемого выходного напряжения, а также несущего сигнала, и преобразует переменный ток, преобразованный в инверторе, в переменный ток заданной частоты; и дискриминатор коэффициента мощности нагрузки, выполненный с возможностью определения факта нахождения вычисленного коэффициента мощности нагрузки ниже заданного значения, при этом управляющее устройство инвертора единовременно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение, если вычисленный коэффициент мощности нагрузки меньше указанного заданного значения, после чего непрерывно уменьшает требуемое выходное напряжение на заданное значение, которое последовательно уменьшается на отрицательное приращение.

5. Инверторный генератор по п.4, отличающийся тем, что управляющее устройство инвертора уменьшает требуемое выходное напряжение, когда действующее значение измеренного тока равно пороговому значению или превышает его.

6. Инверторный генератор по п.4 или 5, отличающийся тем, что управляющее устройство инвертора уменьшает требуемое выходное напряжение, когда разность фаз между измеренными значениями напряжения и тока находится в фазе запаздывания.

7. Способ управления инверторным генератором, содержащим блок генератора, приводимый от двигателя внутреннего сгорания, дроссельная заслонка которого перемещается при помощи приводного исполнительного механизма, и генерирующий переменный ток; конвертер, соединенный с блоком генератора и преобразующий переменный ток в постоянный; инвертор, соединенный с конвертером и преобразующий постоянный ток в переменный, снабженный ключевыми элементами для питания электрической нагрузки, отличающийся тем, что включает следующие шаги: измерение напряжения и тока, подаваемых на электрическую нагрузку; вычисление коэффициента мощности на основании измеренных значений напряжения и тока; осуществление оценки мощности нагрузки на основании по меньшей мере измеренного значения тока и вычисленного коэффициента мощности; определение требуемой частоты вращения двигателя на основании полученной оценки мощности нагрузки; и управление работой приводного исполнительного механизма таким образом, чтобы частота вращения двигателя была равна требуемой частоте вращения двигателя.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что на шаге оценки мощности нагрузки производят оценку мощности нагрузки путем умножения измеренного значения тока на вычисленный коэффициент мощности и номинальное выходное напряжение блока генератора.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что на шаге определения требуемой частоты вращения двигателя определяют требуемую частоту вращения двигателя таким образом, чтобы требуемая частота вращения двигателя увеличивалась с увеличением полученной оценки мощности нагрузки.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие шаги: управление ключевыми элементами инвертора с помощью ШИМ-сигнала, генерируемого с использованием опорного синусоидального сигнала, имеющего форму волны требуемого выходного напряжения, а также несущего сигнала, с преобразованием переменного тока, преобразованного в инверторе, в переменный ток заданной частоты; и определение факта нахождения вычисленного коэффициента мощности нагрузки ниже заданного значения, при этом на шаге управления ключевыми элементами инвертора единовременно уменьшают требуемое выходное напряжение на заданное значение, если вычисленный коэффициент мощности нагрузки меньше указанного заданного значения, после чего непрерывно уменьшают требуемое выходное напряжение на заданное значение, которое последовательно уменьшается на отрицательное приращение.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что на шаге управления ключевыми элементами уменьшают требуемое выходное напряжение, когда действующее значение измеренного тока равно пороговому значению или превышает его.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что на шаге управления ключевыми элементами инвертора уменьшают требуемое выходное напряжение, когда разность фаз между измеренными значениями напряжения и тока находится в фазе запаздывания.