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汽油發(fā)電機(jī)組逆變器
汽油發(fā)電機(jī)組以其靈活、方便、穩(wěn)定的特點(diǎn)被廣泛地作為常用、備用和應(yīng)急的交流電源使用。特別是近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全
國(guó)各地都出現(xiàn)了不同程度的電力緊缺現(xiàn)象，使汽油發(fā)電機(jī)組的作用更加突顯出來(lái)。傳統(tǒng)的汽油發(fā)電機(jī)組直流輸出發(fā)電機(jī)電壓，輸出電壓、頻
率都不夠穩(wěn)定。汽油發(fā)電機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)是汽油發(fā)電機(jī)組和電力電子變換器的結(jié)合以及電子調(diào)速器的使用，也就是將發(fā)電機(jī)輸出的原始
電壓經(jīng)過(guò)電力電子變換器凈化處理，然后再輸出給負(fù)載，電子調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。這種新型的發(fā)電機(jī)組一般
稱之為數(shù)碼發(fā)電機(jī)。本文的研究主要是為了實(shí)現(xiàn)1kW數(shù)碼式汽油發(fā)電機(jī)，主要工作包括兩個(gè)部分:一是電能處理環(huán)節(jié);二是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制
。全文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容如下:*章介紹了汽油發(fā)電組的概況和課題的背景和意義，然后分別介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)電子調(diào)速器和電力電子逆變器
的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。 第二章介紹了汽油發(fā)電機(jī)組的組成機(jī)構(gòu)，對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的工作原理進(jìn)行了描述，并推導(dǎo)了發(fā)動(dòng)機(jī)工
作的數(shù)學(xué)模型。第三章主要研究了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法，介紹了模糊控制和P}控制的特點(diǎn)提出了模糊和Pm混合控制的策略，設(shè)計(jì)了基于單
片機(jī)的模糊一P}混合控制器。第四章主要研究了電能轉(zhuǎn)換部分也就是逆變環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，介紹了單相SPWM逆變器的原理和控制方法，對(duì)逆變環(huán)
節(jié)的軟硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說(shuō)明。第五章是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)波形。1.1汽油發(fā)電機(jī)組概述能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。自改革開(kāi)放以來(lái)，電力工
業(yè)作為能源的支柱產(chǎn)業(yè)，雖然有了很大的發(fā)展，全國(guó)各地不斷建立起大中型火力發(fā)電廠、水電站及一些核電廠、風(fēng)力發(fā)電站，總裝機(jī)容量迅
猛地增長(zhǎng)，但仍然難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。尤其是對(duì)于邊遠(yuǎn)偏僻地區(qū)、臨時(shí)性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、不允許停電的要害部門，以及供電負(fù)荷短缺、經(jīng)
常突然停電的經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所，就特別需要能有移動(dòng)方便、經(jīng)濟(jì)適用的后備電源。小型汽油發(fā)電機(jī)組便是這種理想的設(shè)備，它能起到大電網(wǎng)無(wú)法替
代的作用[1]a汽油發(fā)電機(jī)組由汽油機(jī)、交流同步發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)組成，是將汽油機(jī)輸出的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出的機(jī)械系統(tǒng)。
它的工作原理可以簡(jiǎn)單地概括為:汽油燃燒產(chǎn)生熱能—推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿機(jī)構(gòu)，使曲軸旋轉(zhuǎn)做功產(chǎn)生機(jī)械能—帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)，切割
定子磁場(chǎng)產(chǎn)生電能。因此可以將汽油發(fā)電機(jī)組看做是“發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)"型式的小型移動(dòng)電站。汽油發(fā)電機(jī)組因?yàn)榫哂畜w積小、重量輕、操
作簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)、商業(yè)、教育、醫(yī)療、軍事等各個(gè)領(lǐng)域作為輔助或備用電源}z}0早期的汽油發(fā)電機(jī)
組采用分體式結(jié)構(gòu)，汽油機(jī)與發(fā)電機(jī)各為一個(gè)整體，安裝在一個(gè)機(jī)架上，兩者通過(guò)皮帶連接。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆卸維修，但是體積、重
量大，性能指標(biāo)(電壓調(diào)整率、油耗、噪聲)差。過(guò)去，這種機(jī)組多用于邊遠(yuǎn)地區(qū)為電源放映機(jī)提供電源。上個(gè)世紀(jì)九十年代，我國(guó)先后從歐
美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了新型的汽油發(fā)電機(jī)組，這些機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接，這種發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)一體化的設(shè)計(jì)，大大減小了機(jī)
組的體積和重量(和老式機(jī)組相比在同等功率下，體積和重量減小了大約50 } )，使得機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，性能*。新型的汽油發(fā)電機(jī)組的使
用范圍己不再局限與電影放映的領(lǐng)域，而是擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)、文化、軍事、科研等諸多方面。數(shù)碼發(fā)電機(jī)是近幾年中發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的發(fā)電機(jī)
產(chǎn)品領(lǐng)域，該產(chǎn)品的普及化主要集中在五千瓦以下的小型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。數(shù)碼發(fā)電機(jī)整體外觀如圖1.1所示。傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，主要采用低
速發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)工頻輸出發(fā)電機(jī)進(jìn)行正常工作，直接輸出對(duì)應(yīng)要求電源，這一類型的系統(tǒng)，由于發(fā)動(dòng)工作在較低的轉(zhuǎn)速上，從而導(dǎo)致其相
對(duì)的體積較大、同時(shí)對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)的體積也難以將體積做小，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言就很難做到小型化、便攜化。在輸出電源
的質(zhì)量上由于輸出電源的電壓、頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都成正比對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在不同負(fù)載狀態(tài)下的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)將直接影響到輸
出電源電壓、頻率的穩(wěn)定性，其輸出電源的波形直接受發(fā)電機(jī)的影響，一般小功率的這一類型發(fā)電機(jī)的輸出波形的TDH都不是太理想。數(shù)碼
發(fā)電機(jī)方案的產(chǎn)生使得以上的這些問(wèn)題得到了很好的解決。傳統(tǒng)的汽油發(fā)電機(jī)組采用AVR(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)維持輸出電壓穩(wěn)定。AVR是一種半
波相近控制閘流管型的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，是交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一部分。自動(dòng)電壓調(diào)整的基本原理是:由電壓測(cè)量回路測(cè)量發(fā)電機(jī)端電壓
，經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器轉(zhuǎn)換成一系列的脈沖，經(jīng)過(guò)同步開(kāi)關(guān)的選擇，此脈沖控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓升高時(shí)，導(dǎo)通角變小，反之
則變大，使發(fā)電機(jī)端電壓維持在額定電壓附近。數(shù)碼發(fā)電機(jī)采用逆變技術(shù)，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的原始交流電進(jìn)行凈化，電壓經(jīng)過(guò)“交一直一交"
轉(zhuǎn)換，使輸出電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，同時(shí)將電壓畸變率降至zui低，輸出電壓接近的正弦波形。圖1.2為帶AVR的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和數(shù)碼發(fā)電
機(jī)輸出電壓波形的比較。