СПОСОБ ИНВЕРТИРОВАНИЯ С УМНОЖЕНИЕМ ЧАСТОТЫ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОМ С ПРИВОДОМ ОТ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F02D29/06 H02M5/44 

Область техники

Настоящее изобретение относится к управлению генераторами и, в частности, к способу инвертирования с умножением частоты и к устройству управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Предпосылки создания изобретения

Ниже будут представлены составные части и принцип действия генераторов с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Фиг.1 представляет собой структурную схему генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с известным уровнем техники.

Двигатель 101 внутреннего сгорания, функционирующий в качестве первичного двигателя, приводит в действие генератор 102 для выработки электроэнергии. Переменный ток на выходе генератора 102 преобразуют с помощью блока 103 выпрямления в постоянный ток, который подают в инвертор 104. Под управлением контроллера 105 инвертор 104 осуществляет преобразование постоянного тока в требуемый переменный ток, который подают в нагрузку после фильтрации блоком 106 фильтрации. В то же время контроллер 105 управляет степенью открытия дроссельной заслонки двигателя 101 внутреннего сгорания с помощью контроллера 107 дроссельной заслонки.

В известной технологии инвертирования используются относительно большие номиналы электронных компонентов в последующем блоке фильтрации, что является причиной относительно высокого выходного внутреннего сопротивления генератора и относительно низкой нагрузочной способности для нелинейной нагрузки.

Сущность изобретения

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа инвертирования с умножением частоты и создании устройства управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, позволяющих уменьшить номиналы электронных компонентов в блоке фильтрации и внутреннее сопротивление генератора, а также повысить его нагрузочную способность для нелинейной нагрузки.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается способ инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, включающий:

выпрямление выходного напряжения блока фильтрации;

после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения вычисление среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения;

сравнение среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или сравнение действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения;

в соответствии с результатами упомянутого сравнения, регулирование коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

Предпочтительно, упомянутый способ инвертирования с умножением частоты также включает: выполнение преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации; вычитание опорного значения из упомянутого выходного тока, прошедшего преобразование для получения положительной амплитуды; выполнение аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным упомянутым опорным значением и затем вычисление действующего значения выходного тока; в соответствии с действующим значением выходного тока, поиск заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения; управление степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

Предпочтительно, упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.

В соответствии с настоящим изобретением, также предлагается устройство инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, содержащее: блок выпрямления выходного напряжения, сконфигурированный для выпрямления выходного напряжения блока фильтрации; блок аналогово-цифрового преобразования выходного напряжения, сконфигурированный для выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения; блок вычисления выходного напряжения, сконфигурированный для вычисления среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения в соответствии с выходным напряжением, прошедшим аналогово-цифровое преобразование; блок сравнения, сконфигурированный для сравнения среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или для сравнения действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения; блок управления, сконфигурированный для регулирования, в соответствии с результатами упомянутого сравнения, коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

Предпочтительно, упомянутое устройство инвертирования с умножением частоты также содержит: блок преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации; блок вычитания, сконфигурированный для вычитания опорного значения из выходного тока, прошедшего упомянутое преобразование для получения положительной амплитуды; блок аналогово-цифрового преобразования выходного тока, сконфигурированный для выполнения аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным упомянутым опорным значением; блок вычисления действующего значения выходного тока, сконфигурированный для вычисления действующего значения выходного тока в соответствии с выходным током, прошедшим аналогово-цифровое преобразование; блок поиска целевой частоты вращения, сконфигурированный для поиска, в соответствии с действующим значением выходного тока, заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения; блок управления степенью открытия дроссельной заслонки, сконфигурированный для управления степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

Предпочтительно, упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается также способ управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Упомянутый двигатель внутреннего сгорания, который функционирует в качестве первичного двигателя, приводит в движение генератор для выработки электроэнергии. Переменный ток, выдаваемый генератором, преобразуют с помощью блока выпрямления в постоянный ток, который подают в инвертор. Под управлением контроллера инвертор преобразует постоянный ток в требуемый переменный ток, который подают в нагрузку после фильтрации блоком фильтрации. Упомянутый контроллер управляет степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания с помощью контроллера дроссельной заслонки для управления выходным током. Упомянутый контроллер управляет состояниями коммутаторов инвертора с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции, при этом способ включает:

повторное выпрямление выходного напряжения блока фильтрации и, после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения, вычисление среднего значения или действующего значения выходного напряжения;

сравнение среднего значения выходного напряжения с его целевым значением или сравнение действующего значения выходного напряжения с его целевым значением;

в соответствии с результатами упомянутого сравнения, регулирование коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается также устройство управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, сконфигурированное для управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, где упомянутый двигатель внутреннего сгорания, который функционирует в качестве первичного двигателя, приводит в движение генератор для выработки электроэнергии. Переменный ток, выдаваемый генератором, преобразуют с помощью блока выпрямления в постоянный ток, который подают в инвертор. Под управлением контроллера, инвертор преобразует постоянный ток в требуемый переменный ток, который подают в нагрузку после фильтрации блоком фильтрации. Упомянутый контроллер управляет степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания с помощью контроллера дроссельной заслонки для управления выходным током. Упомянутый контроллер управляет состояниями коммутаторов инвертора с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции, при этом упомянутое устройство содержит:

блок вычисления выходного напряжения, сконфигурированный для повторного выпрямления выходного напряжения блока фильтрации и, после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения, для вычисления среднего значения или действующего значения выходного напряжения;

блок сравнения, сконфигурированный для сравнения среднего значения выходного напряжения с его целевым значением или для сравнения действующего значения выходного напряжения с его целевым значением;

блок управления, сконфигурированный для регулирования, в соответствии с результатами упомянутого сравнения, коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие преимущества:

в соответствии со способом инвертирования с умножением частоты и устройством управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению, в инверторе используют технологию инвертирования с умножением частоты, в котором управление инвертором осуществляют с помощью низкой частоты переключения f для получения модулированной частоты переключения 2f, посредством чего решается задача формирования компонентом с низкой частотой переключения высокочастотного модулированного сигнала. Четыре коммутатора в инверторе имеют одинаковые рабочие частоты, что снижает нагрузку на контроллер. Высокая частота модуляции позволяет уменьшить номиналы электронных компонентов блока фильтрации, что позволяет получить более компактное и легкое устройство, обеспечивая портативность генератора. Уменьшение номиналов электронных компонентов блока фильтрации означает уменьшение выходного внутреннего сопротивления генератора и, соответственно, повышение его нагрузочной способности для нелинейной нагрузки, а также обеспечение строго синусоидального напряжения генератора при нагрузке с высоким гармоническим током.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой структурную схему генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.2 представляет собой блок-схему первого варианта осуществления способа инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 представляет собой временную диаграмму сигналов для инвертирования с умножением частоты в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 представляет собой временную диаграмму управляющих сигналов и выходного напряжения коммутаторов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой блок-схему способа пропорционально-интегрального регулирования внешнего контура тока при инвертировании с умножением частоты соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 представляет собой эскизную схему, иллюстрирующую преобразование для получения положительной амплитуды выходного тока в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 представляет собой структурную схему первого варианта осуществления устройства инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8 представляет собой структурную схему второго варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

Для обеспечения более полного понимания отличительных особенностей и преимуществ настоящего изобретения далее будут более подробно описаны конкретные варианты его осуществления со ссылками на приложенные чертежи.

Фиг.2 представляет собой блок-схему первого варианта осуществления способа инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Способ инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в данном варианте осуществления настоящего изобретения включает:

Шаг 201: выпрямление выходного напряжения блока фильтрации;

поскольку контроллер может принимать только положительные значения, выходное напряжение переменного тока должно быть выпрямлено и преобразовано в положительное выходное напряжение.

Шаг 202: после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения вычисление среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения;

выполняют аналогово-цифровое преобразование аналогового выходного напряжения с помощью аналогово-цифрового преобразователя, чтобы контроллер мог определять выходное напряжение непосредственно. После получения выходного напряжения в цифровой форме контроллер вычисляет среднее значение выходного напряжения; например, выходное напряжение считывают с заданной частотой, полученные значения выходного напряжения накапливают и затем делят на количество измерений для получения среднего значения.

Поскольку вычисление среднего значения выходного напряжения проще, чем вычисление действующего значения выходного напряжения, контроллер может вычислять среднее значение выходного напряжения независимо. Конечно, действующее значение выходного напряжения может также вычисляться контроллером большей вычислительной мощности.

Шаг 203: сравнение среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или сравнение действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения.

Шаг 204: в соответствии с результатами упомянутого сравнения, регулирование коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

В способе инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением в инверторе применяют технологию инвертирования с умножением частоты, при этом управление инвертором осуществляют с помощью низкой частоты переключения f для получения модулированной частоты переключения 2f, посредством чего решается задача формирования высокочастотного модулированного сигнала компонентом с низкой частотой переключения. Четыре коммутатора в инверторе имеют одинаковые рабочие частоты, что снижает нагрузку на контроллер. Высокая частота модуляции позволяет уменьшить номиналы электронных компонентов блока фильтрации, что позволяет получить более компактное и легкое устройство, обеспечивая портативность генератора. Уменьшение номиналов электронных компонентов блока фильтрации означает уменьшение выходного внутреннего сопротивления генератора и, соответственно, повышение его нагрузочной способности для нелинейной нагрузки, а также обеспечение строго синусоидального напряжения генератора при нагрузке с высоким гармоническим током.

Следует отметить, что в предлагаемом способе решения принимают на основе среднего значения выходного напряжения, что снижает вычислительную нагрузку, так что блок управления имеет больше ресурсов для обработки других событий. Однако упомянутое среднее значение может быть определено точно, только если искажение сигнала выходного напряжения лежит в заданных пределах. Поскольку в настоящем изобретении применяется инвертирование с умножением частоты, искажение сигнала генератора сравнительно мало при линейной нагрузке. Следовательно, способ измерения среднего значения может отвечать требованиям точности, необходимой для регулировки напряжения.

Ниже со ссылками на временные диаграммы сигналов более подробно описано формирование сигналов широтно-импульсной модуляции, осуществляющих управление состоянием коммутаторов в инверторе.

Фиг.3 представляет собой временную диаграмму сигналов для инвертирования с умножением частоты в соответствии с настоящим изобретением.

Синусоидальный сигнал А и синусоидальный сигнал В представляют собой синусоидальные сигналы с разностью фаз 180 градусов.

Частота треугольного сигнала С равна f; на фиг.3 можно видеть, что треугольный сигнал С модулируется синусоидальным сигналом А с формированием PWM1H и синусоидальным сигналом В с формированием PWM2H в каждом периоде треугольного сигнала С.

Для сигнала PWM1H комплементарным является сигнал PWM1L, а для сигнала PWM2H комплементарным является сигнал PWM2L.

Частота импульсов четырех сигналов с широтно-импульсной модуляцией PWM1H, PWM1L, PWM2H и PWM2L также равна f. Четыре коммутатора в инверторе управляются четырьмя сигналами широтно-импульсной модуляции, которые включают и выключают коммутаторы. Следует отметить, что инвертор в данном варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой инвертор с полной мостовой схемой.

Четыре коммутатора в инверторе обозначены соответственно S1, S2, S3 и S4, а формы управляющих сигналов для этих четырех коммутаторов проиллюстрированы на фиг.4. Выходные сигналы инвертора обозначены U на фиг.4, при этом U представляет собой синусоидальный сигнал выходного напряжения. Частота U увеличена и равна 2f.

Следует отметить, что треугольный сигнал С формируется модулем формирования сигналов широтно-импульсной модуляции в контроллере.

Синусоидальный сигнал А и синусоидальный сигнал В получают с помощью внутренних программ контроллера, а именно с помощью таблицы дискретных значений синусоиды, изменяющихся в соответствии с функцией синуса. Выходное напряжение блока фильтрации может регулироваться с помощью регулирования коэффициента пропорциональности синуса в упомянутых синусоидальных сигналах.

Управление в настоящем изобретении осуществляется с помощью пропорционально-интегрального регулирования напряжения и одновременного с ним пропорционально-интегрального регулирования тока. Пропорционально-интегральное регулирование напряжения обеспечивает, в основном, управление выходным напряжением, а пропорционально-интегральное регулирование тока обеспечивает, в основном, управление частотой вращения двигателя внутреннего сгорания.

Пропорционально-интегральное регулирование тока будет описано ниже.

Фиг.5 представляет собой блок-схему способа пропорционально-интегрального регулирования тока при инвертировании с умножением частоты в соответствии с настоящим изобретением.

Способ пропорционально-интегрального регулирования тока при инвертировании с умножением частоты в данном варианте осуществления настоящего изобретения включает:

Шаг 501: выполнение преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации, полученного приемным токовым трансформатором;

поскольку выходной ток блока фильтрации также является сигналом переменного тока, положительный или отрицательный сигнал переменного тока должен быть преобразован в положительный сигнал, чтобы он мог быть принят контроллером. Как показано на фиг.6, точка перехода через ноль для выходного тока соответствует 2,5 В.

Шаг 502: вычитание опорного значения из упомянутого выходного тока, прошедшего упомянутое преобразование для получения положительной амплитуды;

поскольку выходной ток увеличен в целом на 2,5 В при положительном амплитудном преобразовании, далее необходимо вычесть опорное значение, равное 2,5 В.

Шаг 503: выполнение аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным опорным значением и затем вычисление действующего значения выходного тока;

необходимо выполнить аналогово-цифровое преобразование выходного тока, чтобы контроллер мог вычислить выходной ток.

Шаг 504: в соответствии с действующим значением выходного тока, поиск заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения;

Шаг 505: управление степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

На основе способа инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в настоящем изобретении предлагается также устройство инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Ниже будут подробно описаны компоненты этого устройства в связи с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 представляет собой структурную схему первого варианта осуществления устройства инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением содержит:

блок 701 выпрямления выходного напряжения, сконфигурированный для выпрямления выходного напряжения блока фильтрации;

блок 702 аналогово-цифрового преобразования выходного напряжения, сконфигурированный для выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения;

блок 703 вычисления выходного напряжения, сконфигурированный для вычисления среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения после аналогово-цифрового преобразования;

блок 704 сравнения, сконфигурированный для сравнения среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или для сравнения действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения;

блок 705 управления, сконфигурированный для регулирования, в соответствии с результатами упомянутого сравнения, коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

В данном устройстве инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением в инверторе применяется технология инвертирования с умножением частоты, при этом управление инвертором осуществляют с помощью низкой частоты переключения f с формированием модулированной частоты 2f, посредством чего решается задача формирования высокочастотного модулированного сигнала компонентом с низкой частотой переключения. Четыре коммутатора в инверторе имеют одинаковые рабочие частоты, что снижает нагрузку на контроллер. Высокая частота модуляции позволяет уменьшить номиналы электронных компонентов блока фильтрации, что позволяет получить более компактное и легкое устройство, обеспечивая портативность генератора. Уменьшение номиналов электронных компонентов блока фильтрации означает уменьшение выходного внутреннего сопротивления генератора и, соответственно, повышение его нагрузочной способности для нелинейной нагрузки, а также обеспечение строго синусоидального напряжения генератора при нагрузке с высоким гармоническим током.

В настоящем изобретении реализуется управление с помощью пропорционально-интегрального регулирования напряжения и одновременного с ним пропорционально-интегрального регулирования тока. Пропорционально-интегральное регулирование напряжения обеспечивает, в основном, управление выходным напряжением, а пропорционально-интегральное регулирование тока обеспечивает, в основном, управление частотой вращения двигателя внутреннего сгорания.

Ниже описано, каким образом осуществляется пропорционально-интегральное регулирование тока.

Фиг.8 представляет собой структурную схему второго варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Блок 801 преобразования для получения положительной амплитуды сконфигурирован для выполнения преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации;

блок 802 вычитания сконфигурирован для вычитания опорного значения из упомянутого выходного тока, прошедшего упомянутое преобразование для получения положительной амплитуды;

блок 803 аналогово-цифрового преобразования выходного тока сконфигурирован для выполнения аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным опорным значением;

блок 804 вычисления действующего значения выходного тока сконфигурирован для вычисления действующего значения выходного тока в соответствии с выходным током, прошедшим аналогово-цифровое преобразование;

блок 805 поиска целевой частоты вращения сконфигурирован для поиска, в соответствии с действующим значением выходного тока, заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения;

блок 806 управления степенью открытия дроссельной заслонки сконфигурирован для управления степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

Упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот. Поскольку частота выходного напряжения инвертора равна 2f, номиналы катушек индуктивности и конденсаторов в LC-фильтре нижних частот могут иметь меньшее значение, что позволяет уменьшить габариты блока фильтрации. Уменьшение значений L и С означает также уменьшение выходного внутреннего сопротивления генератора, что повышает его нагрузочную способность для нелинейной нагрузки.

Выше представлены лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые не ограничивают изобретение. В пределах сущности настоящего изобретения с использованием способов и технических принципов, описанных выше, специалистами могут быть выполнены множество модификаций и изменений технических решений настоящего изобретения, или технические решения настоящего изобретения могут быть преобразованы в эквивалентные варианты осуществления изобретения с помощью эквивалентных замен. В соответствии с этим, изобретение охватывает все простые модификации, эквивалентные замены и изменения в пределах сущности настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к управлению генераторами и, в частности, к способу инвертирования с умножением частоты и к устройству управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания. В инверторе применяется технология инвертирования с умножением частоты, при этом управление инвертором осуществляется с помощью низкой частоты переключения f для получения модулированной частоты 2f, посредством чего решается задача формирования высокочастотного модулированного сигнала компонентом с низкой частотой переключения. Четыре коммутатора в инверторе имеют одинаковые рабочие частоты, что снижает нагрузку на контроллер. Высокая частота модуляции позволяет уменьшить номиналы электронных компонентов блока фильтрации, что позволяет получить более компактное и легкое устройство, обеспечивая портативность генератора. Техническим результатом является уменьшение выходного внутреннего сопротивления генератора и, соответственно, повышение его нагрузочной способности для нелинейной нагрузки. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, включающий:
выпрямление выходного напряжения блока фильтрации;
после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения вычисление среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения;
сравнение среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или сравнение действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения;
в соответствии с результатами сравнения, регулирование коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

2. Способ по п.1, также включающий:
выполнение преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации, полученного приемным токовым трансформатором;
вычитание опорного значения из упомянутого выходного тока, прошедшего преобразование для получения положительной амплитуды;
выполнение аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным упомянутым опорным значением и затем вычисление действующего значения выходного тока;
в соответствии с действующим значением выходного тока, поиск заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения;
управление степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

3. Способ по п.1 или 2, в котором упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.

4. Устройство инвертирования с умножением частоты для генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
блок выпрямления выходного напряжения, сконфигурированный для выпрямления выходного напряжения блока фильтрации;
блок аналогово-цифрового преобразования выходного напряжения, сконфигурированный для выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения;
блок вычисления выходного напряжения, сконфигурированный для вычисления среднего значения выходного напряжения или действующего значения выходного напряжения в соответствии с выходным напряжением, прошедшим аналогово-цифровое преобразование;
блок сравнения, сконфигурированный для сравнения среднего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения или действующего значения выходного напряжения с целевым значением напряжения;
блок управления, сконфигурированный для регулирования, в соответствии с результатами упомянутого сравнения, коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

5. Устройство по п.4, содержащее:
блок преобразования для получения положительной амплитуды выходного тока упомянутого блока фильтрации;
блок вычитания, сконфигурированный для вычитания опорного значения из упомянутого выходного тока, прошедшего преобразование для получения положительной амплитуды;
блок аналогово-цифрового преобразования выходного тока, сконфигурированный для выполнения аналогово-цифрового преобразования выходного тока с вычтенным опорным значением;
блок вычисления действующего значения выходного тока, сконфигурированный для вычисления действующего значения выходного тока в соответствии с выходным током, прошедшим аналогово-цифровое преобразование;
блок поиска целевой частоты вращения, сконфигурированный для поиска, в соответствии с действующим значением выходного тока, заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения;
блок управления степенью открытия дроссельной заслонки, сконфигурированный для управления степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

6. Устройство по п.4 или 5, в котором упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.

7. Способ управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, где упомянутый двигатель внутреннего сгорания, который функционирует в качестве первичного двигателя, приводит в движение генератор для выработки электроэнергии, при этом переменный ток, выдаваемый генератором, преобразуют с помощью блока выпрямления в постоянный ток, который подают в инвертор; под управлением контроллера инвертор преобразует постоянный ток в требуемый переменный ток, который подают в нагрузку после фильтрации блоком фильтрации; упомянутый контроллер управляет степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания с помощью контроллера дроссельной заслонки для управления выходным током; упомянутый контроллер управляет состояниями коммутаторов инвертора с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции, при этом упомянутый способ также включает:
повторное выпрямление выходного напряжения блока фильтрации и, после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения, вычисление среднего значения или действующего значения выходного напряжения;
сравнение среднего значения выходного напряжения с его целевым значением или сравнение действующего значения выходного напряжения с его целевым значением;
в соответствии с результатами упомянутого сравнения, регулирование коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

8. Способ по п.7, также включающий:
выполнение аналогово-цифрового преобразования выходного тока упомянутого блока фильтрации, полученного приемным токовым трансформатором, и затем вычисление действующего значения выходного тока;
в соответствии с действующим значением выходного тока, поиск заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения; и
управление степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения.

9. Способ по п.7 или 8, в котором упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.

10. Устройство управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, сконфигурированное для управления генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, где упомянутый двигатель внутреннего сгорания, который функционирует в качестве первичного двигателя, приводит в движение генератор для выработки электроэнергии, при этом переменный ток, выдаваемый генератором, преобразуют с помощью блока выпрямления в постоянный ток, который подают в инвертор; под управлением контроллера инвертор преобразует постоянный ток в требуемый переменный ток, который подают в нагрузку после фильтрации блоком фильтрации; упомянутый контроллер управляет степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания с помощью контроллера дроссельной заслонки для управления выходным током; упомянутый контроллер управляет состояниями коммутаторов инвертора с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции, при этом упомянутое устройство содержит:
блок вычисления выходного напряжения, сконфигурированный для повторного выпрямления выходного напряжения блока фильтрации и, после выполнения аналогово-цифрового преобразования выпрямленного выходного напряжения, для вычисления среднего значения или действующего значения выходного напряжения;
блок сравнения, сконфигурированный для сравнения среднего значения выходного напряжения с его целевым значением или для сравнения действующего значения выходного напряжения с его целевым значением;
блок управления, сконфигурированный для регулирования, в соответствии с результатами упомянутого сравнения, коэффициента пропорциональности двух синусоид с разностью фаз 180 градусов из таблицы синусов до тех пор, пока среднее значение или действующее значение выходного напряжения не будет попадать в заранее заданный диапазон целевого значения напряжения; при этом упомянутую таблицу синусов используют для формирования двух синусоидальных сигналов с разностью фаз 180 градусов, и упомянутые два синусоидальных сигнала с разностью фаз 180 градусов сравнивают с треугольным сигналом для формирования четырех сигналов широтно-импульсной модуляции, имеющих частоту импульсов f, причем упомянутый треугольный сигнал также имеет частоту f, и упомянутые четыре сигнала широтно-импульсной модуляции приводят в действие коммутаторы в инверторе для обеспечения выдачи упомянутым инвертором модулированного сигнала с частотой импульсов 2f.

11. Устройство по п.10, содержащее:
блок вычисления действующего значения выходного тока, сконфигурированный для вычисления, после выполнения аналогово-цифрового преобразования выходного тока упомянутого блока фильтрации, полученного приемным токовым трансформатором, действующего значения выходного тока;
блок поиска целевой частоты вращения, сконфигурированный для поиска, в соответствии с действующим значением выходного тока, заранее заданной кривой "частота вращения - ток" для получения соответствующей целевой частоты вращения;
блок управления степенью открытия дроссельной заслонки, сконфигурированный для управления степенью открытия дроссельной заслонки упомянутого двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы частота вращения двигателя внутреннего сгорания достигла целевой частоты вращения для управления выходным током.

12. Устройство по п.10 или 11, в котором упомянутый блок фильтрации представляет собой LC-фильтр нижних частот.