专利名称：数码发电机电气控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机控制电路，尤其涉及一种数码发电机电气控制系统。
背景技术：
现有的普通小型燃油发电机通常采用机械式启动装置，这种启动装置，操作者需要具备一定的力量，速度和技巧。比如说需要轻轻的拉起启动手柄直到感到阻力为止然后用力迅速拉起。不利于年小体弱者操作。另外现有的数码发电机启动时还需要一只手或脚固定住数码发电机，以免手拉启动过程中因外力牵引作用而使数码发电机产生位移。目前市场上仅有在大型非便携式数码发电机中采用电启动装置，但结构非常复杂，整机体积较大，导致整机重量、成本大幅增加。而手启动方式数码发电机需要重复启动操作，并需掌握其启动技巧。 要使发电机满足国III排放标准，需提高发动机的性能，其关键是采用机内净化技术。机内净化技术关键在于采用稀薄燃烧、高能量点火、电控燃油喷射。而稀薄燃烧、高能量点火、电控燃油喷射技术的重点在于点火电路及燃油量的控制。现有的数码发电机虽然具备节油功能，但其主要通过开关型节能整流调节器(又称节气阀)来控制进入燃油动力头燃油混合气流量，从而控制发动机的转速。这种方式随具备一定的节油功能，但其在满负载时节油效率有限。没有从控制点火角度，提高燃烧效率的方式去实现节油功能。现有的数码发电机基本采用模拟电路点火(晶体管点火，电容式点火，电感式点火)，其点火角度(点火时刻)是固定的。其他发发电机包含数码发电机的点火能量主要来自电机感应出来的交流电源，点火器的功率随发动机的转速而增大或减少，容易点火失败，点火成功率不高。在低温、低气压、高海拔地区，无法启动或熄火的现象十分普遍。现有的发电机(含数码发电机)点火能量主要来自于磁电机产生的交流电，在低转速时点火能量不稳定，因点火能量不足容易造成混气燃烧不充分，导致燃油利用率很低。现有的数码发电机实现后备电源往往需要购买昂贵的ATS装置。该装置存在体积大，价格贵，可靠性不高，寿命较短，尤其是ATS功能动作时对电网冲击及对数码设备的电流冲击比较大，容易引发事故和造成发电机所带设备损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠安全，数字式点火启动，断电自动无差切换，操作简单，能够一触启动的数码发电机电气控制系统。为了达到上述目的，本发明有如下技术方案本发明的一种数码发电机电气控制系统，其中，MCU分别与整流控制器、逆变器的驱动电路、逆变器采样电路、电压检测电路、电流检测电路、充电模块、风道电气控制电路、数字点火模块、步进电机的驱动电路、人机面板、通信模块、转速检测电路连接，整流控制器分别与整流器、同步电机、整流器采样电路连接，其中，通信模块用于远程控制发电机启动，所述同步电机接在发电机输出端，整流器采样电路接在所述整流器输出端的LC滤波电路之后，所述逆变器的驱动电路与逆变器连接，逆变器采样电路、充电模块、电压检测电路、电流检测电路接在逆变器输出端的LC滤波电路之后，数字点火模块与动力头连接，动力头与发电机连接，逆变器通过LC滤波电路后与STS无转差模块连接，所述充电模块还与蓄电池连接，蓄电池分别与数字点火模块、发电机逆向驱动电路连接，发电机逆向驱动电路分别与发电机、整流控制器连接。本发明的优点在于I本发明操作简单，只要捋输出电源接好，按下启动按钮，发电机启动运行，只需要一个步骤，实现启动点火一次成功。2本发明采用数字点火，点火角度可控，可实现稀薄燃烧控制，点火成功率达100%，并能使怠速运行时的转速较其他数码发电机减少30%左右。分别在整流输出侧，设置过压过流抗浪涌保护电路，设有电压、电流检测控制电路，本发明的STS无转差模块可实 现市电、发电机无差转换，避免损坏用户设备。3、本发明体积小,重量轻,低油耗，输出电力洁净。
图I为本发明工作原理的电路方框图；图2为本发明整流器整流电路原理图；图3为本发明整流器中使用的脉冲同步电路图；图4为本发明晶闸管触发保护电路图；图5为本发明点火角定位电路图；图6为本发明磁电机的示意图；图7为本发明节气门控制电路图；图8为本发明数字点火原理图；图9为本发明调速控制系统的示意图；图10本发明发电机逆向驱动电路图。图中VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、TH、SCR、晶闸管;R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R41、R43、R44、R47、R49、电阻；LM339D、SN74LS04D、运算放大器;D13、D20、二极管;C11、C20、C21、C23、C22、C24、C25、C26、C27、电容；PC2、晶闸管驱动器；VCC、E12、电源；U13、步进电机驱动芯片Jl步进电机；B、STS无转差模块；1、定子；2、永磁式磁电机外转子；3、线圈绕组；4、永磁体；5、定位凸槽；6、触发线圈；7、定位磁铁；8触发线圈。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。参见图1，本发明的一种数码发电机电气控制系统，其中，MCU分别与整流控制器、逆变器的驱动电路、逆变器采样电路、电压检测电路、电流检测电路、充电模块、风道电气控制电路、数字点火模块、步进电机的驱动电路、人机面板、通信模块、转速检测电路连接，整流控制器分别与整流器、同步电机、整流器采样电路连接，其中，通信模块用于远程控制发电机启动，所述同步电机接在发电机输出端，整流器采样电路接在所述整流器输出端的LC滤波电路之后，所述逆变器的驱动电路与逆变器连接，逆变器采样电路、充电模块、电压检测电路、电流检测电路接在逆变器输出端的LC滤波电路之后，数字点火模块与动力头连接，动力头与发电机连接，逆变器通过LC滤波电路后与STS无转差模块连接，所述充电模块还与蓄电池连接，蓄电池分别与数字点火模块、发电机逆向驱动电路连接，发电机逆向驱动电路分别与发电机、整流控制器连接。本发明的控制原理本发明的发电机内的发电部件主要由燃油动力头及产生感应电流的永磁感应电机所组成。当系统检测到发电机启动键被按下后，由MCU程序控制蓄电池向“电机逆向驱动模块”供电，磁电机得电转动，磁电机转动经机械传动结构，推动动力头的气缸内的部件做上下机械运动。气缸内机械部件向上运动，使雾化后的燃油气体压缩。经MCU计算在最佳的点火时刻进行点火。点火成功后，原始电力先经整流器，将三相电电变成直流电，经直流LC滤波处理后，输出至直流变交流的逆变器。直流变交流的逆变器出来的电源，再经交流 LC滤波处理后，可直接向用户供电。图中，B部分的电路为STS无转差模块，与逆变器最后端的逆变输出相连。可代替昂贵的ATS电源切换设备。人机面板的作用除操作按键外，还配有通信模块，可进行远程操控发电机的启动。MCU为单片机或微处理器。参见图2，本发明整流器(整流电路)采用三相不控桥整流电路方式。采用微机定时方式进行整流器的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制起始定时时刻的方波信号，使移向控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周波内均重复出现。因此，这一方波的频率应与电源频率相同，即应与电源电压同步。选择三相半控桥整流电路，相比三相半波整流电路而言，电导角大，绕组利用率高；相比三相全控桥电路，更经济、简单。三相桥式全控整流电路必须采用大于60°的宽脉冲或间隔60°的双窄脉冲触发，而且需要6组脉冲序列。硬件电路、控制算法和程序设计都较复杂。三相桥式全控整流电路大多用于电感性负载和反电动势阻感负载(即用于直流电机传动)。然而，三相半控桥整流电路可以很好的避免这一缺点，又能满足数码发电机的要求。参见图3，本发明整流器中使用的脉冲同步电路，其作用在于当输入频率发生变化时，换相脉冲频率会跟着改变，但始终保持其频率大小为输入频率的1/3。因此捕捉每一次自然换相脉冲的频率就能对输入频率进行实时跟踪，从而确保触发角度，使延迟时间在该周期频率范围之内。由于单片机的捕捉频率比输入频率高很多，因而能够适应频率变化迅速且幅值很大的情况。在确定输入频率的同时，也捋3路两相比较处理的同步脉冲信号送入单片机，当换相脉冲来临时，单片机就能准确判断出输出相序。参见图4，本发明晶闸管触发保护电路，其中，光电耦合器M0C3052的第一脚接5V电源，第2脚经限流电阻后，接整流控制器芯片的触发控制信号脚，控制逻辑为输出底电平有效。3052的第6脚经过功率电阻R13接到强电的主回路0UT_B上，为晶闸管的门极提供触发功率。3052的第4脚经限流电阻R21和一个滤波电路Rll，Cll, D13后接晶闸管的门极。二极管D20用来阻止反向的电流流过门级，以免损坏晶闸管。
电阻R13和电容Cll构成了阻容吸收电路，对晶闸管进行瞬时过电压保护。在晶闸管两端并联阻容后，利用电容量端电压瞬时不能突变的特性，吸收尖峰过电压，把它限制在允许的范围内。在电容中串接电阻的作用有2点以使阻尼LC振荡，由于电路总有电感L存在，故在晶闸管阻断时，L\C\R与外电源刚好组成一个串联电路，如不串电阻，电容两端将会产生比电源电压高得多的振荡电压，此电压加在晶闸管上，可能使元件损坏。而是限制晶闸管开关损耗与电流上升率。因晶闸管承受正向电压未导通时，电容Cll上已经充电，在元件触发导通的瞬间，电容立即经管子放电。若没有电阻限流，这个放电电流峰值很大，不仅增加管子开通损耗，而且使流过管子的电流上升率过大，甚至会损坏管子。上述晶闸管触发保护电路主要应用于对三相不控桥式整流电路及STS无转差模块中可控硅的驱动保护。参见图5、图6、图7，本发明数字点火模块中的点火角定位电路根据控制的需要，需要利用同步信号检测原始点火点(即动力头气缸内气体压缩最大化时刻)。发电机的线圈绕组提供了一个单相、低压、同步线圈绕组，将该绕组接至电路上通过适当的电路分析就 能得到原始交流电的周期和确定起始触发点。如图6所示的磁电机每旋转一周定位磁铁7就要经过触发线圈，这时小磁铁就要与触发线圈做切角磁力运动，一旦有切角磁力运动那触发线圈就会产生微弱电信号，微弱电信号经压敏电阻R44，R43C27R41滤波分压电路与电压比较器负相输入端参考电压比较，产生一电脉冲给MCU，MCU检测此周期性的信号计算出磁电机的转速。图中定位凸槽5与动力头的曲轴相连，并与永磁式磁电机外转子2 —起运动，当触发线圈产生触发信号时，正好是动力头活塞达到上止点时的点火时刻。此点火时刻为设定参数，电路板中的程序会根据发电机转速，产生的电压信号进行点火时刻的调整。此时缸内气体被活塞最大化压缩。一般认定此时定位凸槽5，电机转动圆心，触发线圈6产生触发信号的位置为参考点火角度。图8中点火线圈的能量主要由蓄电池供给，并由MCU控制的三极管进行点火线圈能量供给控制。当MCU检测到来自触发线圈处理电路的低电平信号时，电路板中的程序根据发电机转速，上一次的点火效果等条件进行点火角度(时刻)的修正、计算出最佳点火角度。使用蓄电池直流点火能量供给方式克服了交流点火能量不稳定的问题，保证燃油的充分燃烧，实现节油及低碳排放，能适应低温高海拔条件使用。参见图7、图9，本发明为达到稳定转速的目的，根据负载的变化，相应地调整节气门的开度，改变进入气缸的混合气的数量。当负载增加时，为了不使发动机转速下降，要加大节气门开度，增加混合气数量，当负载减少时，为了不使发动机转速上升，要关小节气门开度，减少混合气的数量。图9为调速控制系统的示意图，其中将步进电机作为控制节气门开度的执行机构。参见图10，本发明发电机逆向驱动电路，其中，Ua Ub Uc接发电机的三相输出端，其在电路板中分成2路，一路到半控桥式整流电路，另一路到发电机逆向驱动模块。当系统接收到发电机启动信号时，由MCU控制逆向驱动模块驱动磁电机做动力运动。此时MCU控制使半控桥式整流电路中的可控硅处于关闭状态。系统检测磁电机的转动速度，根据转动速度设计的逆向驱动转速不同判断点火是否成功。当系统确定点火成功后，关闭逆变器的驱动模块，并使半控桥式整流工作。如上所述，便可较为充分的实现本发明。以上所述仅为本发明的较为合理的实施实例，本发明的保护范围包括但并不局限于此，本领域的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变性变更均包括在本发明包括范围之内。 ·
权利要求
1.一种数码发电机电气控制系统，其特征在于=MCU分别与整流控制器、逆变器的驱动电路、逆变器采样电路、电压检测电路、电流检测电路、充电模块、风道电气控制电路、数字点火模块、步进电机的驱动电路、人机面板、通信模块、转速检测电路连接，整流控制器分别与整流器、同步电机、整流器采样电路连接，其中，通信模块用于远程控制发电机启动，所述同步电机接在发电机输出端，整流器采样电路接在所述整流器输出端的LC滤波电路之后，所述逆变器的驱动电路与逆变器连接，逆变器采样电路、充电模块、电压检测电路、电流检测电路接在逆变器输出端的LC滤波电路之后，数字点火模块与动力头连接，动力头与发电机连接，逆变器通过LC滤波电路后与STS无转差模块连接，所述充电模块还与蓄电池连接，蓄电池分别与数字点火模块、发电机逆向驱动电路连接，发电机逆向驱动电路分别与发电机、整流控制器连接。
2.根据权利要求I所述的一种数码发电机电气控制系统，其特征在于所述整流器采用三相半控桥整流电路。
全文摘要
本发明涉及一种发电机控制电路，本发明公开了一种数码发电机电气控制系统，其中，MCU分别与整流控制器、逆变器的驱动电路、逆变器采样电路、电压检测电路、电流检测电路、充电模块、风道电气控制电路、数字点火模块、步进电机的驱动电路、人机面板、通信模块、转速检测电路连接，整流控制器分别与整流器、同步电机、整流器采样电路连接，其中，通信模块用于远程控制发电机启动，发电机与动力头连接，动力头转动，发电机联动，切磁产生电能，逆变器通过LC滤波电路后与STS无转差模块连接，所述充电模块还与蓄电池连接，蓄电池分别与数字点火模块、逆向驱动电路连接，逆向驱动电路分别与发电机、整流控制器连接。本发明可靠安全，数字点火启动，断电自动切换，能够一键式操作启动。
文档编号H02P9/04GK102751929SQ20111009781
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者何肖磊, 占形形, 葛兴伟, 邱宣九, 郑庆有 申请人:宁波斯巴克发动机有限公司