油电混合直流供电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直流供电系统，尤其属于不间断的直流供电系统。
【背景技术】
[0002] 直流供电系统，如基站等设备的供电系统，需要不间断的供电，一般的配置结构 是，市电系统通过电源变换器变成直流电，还备有蓄电池，柴油发电机组(示意图1)，通过 ATS控制器控制，当市电正常时，市电经过电源变换器输出对负载供电和对蓄电池充电，当 市电故障时，由蓄电池对设备供电，并启动发电机组，发电机输出的工频交流电通过ATS的 切换，给电源变换器供电，电源变换器为设备供电和蓄电池充电。由于发电机输出的是工频 交流电，所以发动机的转速是固定的，发电机为工频发电机，体积大，机组效率低。为了启动 发电机组，需要检测市电，以判断市电的正常条件来作为发电机组的运行。为了启动发电机 组，发电机组里含有启动马达，启动蓄电池，以及蓄电池的充电系统。
[0003]由于只是通过判断市电的正常与否来判断发电机组的启停，会导致蓄电池的贮存 电能基本上不用，一直处于充满状态。如果市电经常出现故障，导致发电机组频繁开停机， 缩短发电机组的使用寿命。
[0004] 由于采用了工频交流电经过电源变换器后给设备供电和蓄电池充电，相对效率不 高，造成能源浪费。
[0005] 如果出现电源变换器的故障，由于系统无法检测到故障，不会启动发电机组，即使 是人工启动了发电机组，由于发电机输出的是交流电，要通过电源变换器才能给设备供电 和蓄电池充电。所以发电机组无法对设备进行供电和蓄电池充电。
[0006] 永磁电机由于不需要励磁系统，效率相对比较高，并且采用了变流技术于一体，使 得整机可靠性高。永磁电机用于工频交流电输出时，是把交流电整流成直流电后经过逆变 滤波后得到工频电输出。
[0007] 如果能利用永磁电机作为电动机运行，来完成发电机组的启动过程，将原来需要 的启动蓄电池，启动马达，以及相应的ATS省去，系统较为简单，效率更高。
【发明内容】
[0008] 本发明目的在于克服上述缺点，提供一种效率高，发电机组运行管理更优的油电 混合直流供电装置及其运行控制方法。
[0009] 本发明的目的是这样实现的，所述的油电混合直流供电系统的运行控制方法，本 发明以系统输出端的输出电压U为基准，通过CPU/DSP判断电压的高低来控制发电机组的 运行，包括以下步骤： 51) 测量输出电压U; 52) 判断输出电压U是否小于Vl;当输出电压U小于Vl时，启动发电机组，否则返回 步骤SI); 53) 启动发电机组，发电机组通过整流器和DC/DC变换器对设备供电及蓄电池组充电； 54) 测量输出电压U ; 55) 在充电过程中，判断系统输出的电压是否大于V2 ;若是，则至步骤S6)，否则返回步 骤 S4); 56) 停止发电机组运行，完成一次充电过程，由蓄电池组对设备供电；当蓄电池电压低 于Vl时，否则返回步骤S3)。
[0010] 本发明的发电机组中的发动机的输出轴上安装有永磁电机，其在启动时，永磁电 机作为启动机使用，蓄电池的电通过三相逆变桥使永磁电机工作在电动机的模式，带动发 动机完成发电机组的启动过程。
[0011] 在永磁电机上装有三个相差120度的电机转子位置传感器，其启动发电机组过程 如下，蓄电池组通过电感L2、功率管Q7,向三相整流/逆变电路供电，CPU/DSP通过检测电 机转子的位置信号，控制三相整流/逆变电路的工作，CPU/DSP根据转子位置输入信号H1， H2，H3计算出发电机组的转速，当转速大于启动成功转速后，关断三相整流/逆变电路的控 制信号，发电机组完成启动。
[0012] 在CPU/DSP与永磁电机之间设置有U、V、W端电压信号处理电路，通过U、V、W端电 压信号处理电路检测三相整流/逆变电路的开关管信号，当检测到发电机组输出端的其中 一相未通电的状态，则将其作为逆变电路的换相信号，使永磁电机启动，并根据换相信号计 算出发电机组的转速，当转速大于启动成功转速后，关断三相整流/逆变电路的控制信号， 发电机组完成启动。
[0013] 本发明的油电混合直流供电装置，包括AC/DC整流电路、隔离DC/DC变换器、发电 机组、三相整流/逆变电路、DC/DC变换器和蓄电池组，在发动机的输出轴上安装有永磁电 机，其特征在于，所述发电机组经三相整流/逆变电路、DC/DC变换器连接蓄电池组，并对蓄 电池组充电，市电经AC/DC整流电路、隔离DC/DC变换器连接蓄电池组，并能对蓄电池组充 电。
[0014] 所述发电机组采用汽油/柴油永磁发电机组，所述汽油/柴油永磁发电机组包括 汽油/柴油的发动机和装在发动机输出轴上的永磁电机，在永磁电机上装有三个相差120 度的电机转子位置传感器，电机转子位置传感器连接有CPU/DSP，所述永磁电机连接三相整 流/逆变电路，三相整流/逆变电路连接DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接蓄电池组， CPU/DSP经DC/DC控制电路与DC/DC变换电路连接，蓄电池组经电压、电流信号处理电路连 接CPU/DSP，三相整流/逆变电路与三相驱动电路连接，DC/DC变换电路与DC/DC控制电路 连接，节气门/油门控制电机驱动电路连接CPU/DSP且由CPU/DSP控制，三相驱动电路、DC/ DC控制电路分别与CPU/DSP连接，电机转子位置传感器输出电机转子位置信号，电压、电流 信号处理电路输出的电压和电流信号送给CPU/DSP，CPU/DSP根据电机转子位置信号、电流 信号、电压信号输出相应的控制信号，控制三相整流/逆变电路的工作和发电机组的启停。
[0015] 所述发电机组采用汽油/柴油永磁发电机组，所述汽油/柴油永磁发电机组包括 汽油/柴油的发动机和装在发动机输出轴上的永磁电机，在CPU/DSP与永磁电机之间设置 有U、V、W端电压信号处理电路，永磁电机通过U、V、W端电压信号处理电路连接CPU/DSP， 由CPU/DSP计算出转子的位置，所述的永磁电机连接三相整流/逆变电路，三相整流/逆 变电路连接DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接蓄电池组，CPU/DSP经DC/DC控制电路与 DC/DC变换电路连接，蓄电池组经电压、电流信号处理电路连接CPU/DSP ;三相整流/逆变电 路与三相驱动电路连接，DC/DC变换电路与DC/DC控制电路连接，节气门/油门控制电机驱 动电路连接CPU/DSP且由CPU/DSP控制，三相驱动电路、DC/DC控制电路分别与CPU/DSP连 接，U、V、W端电压信号处理电路输出的永磁电机的U、V、W端电压信号、蓄电池组输出的电 压和电流信号经过电压、电流信号处理电路后送给CPU/DSP，CPU/DSP根据电机转子位置信 号、电流信号、电压信号输出相应的控制信号，控制三相整流/逆变电路的工作和发电机组 的启停。
[0016] 上述CPU/DSP根据输出电压的大小，自动适时的控制发电机组的启停，或者根据 输出电压的大小及电网供电状态自动适时的控制发电机组的启停。
[0017] 本发明的发电机组的启动动力直接由永磁电机提供，利用蓄电池组提供给整流/ 逆变电路，为永磁电机提供启动电源；发电机组工作在可变转速，根据DC/DC输出的功率或 电流控制发电机组的转速；整流电路能工作在同步整流或DC/DC变换电路能工作在软开 关模式或者DC/DC变换电路能工作在同步整流模式。
[0018] 本发明的发电机组的输出端有多个相同的绕组输出，通过相同的电路后，输出直 接并联后再接到蓄电池组，能提供更大功率输出，或者发电机组的输出端有多个相同的绕 组输出，通过相同的电路后，在启动时采用多电机同时运行方式启动，增大启动的扭矩。
[0019] 本发明中永磁电机直接安装在发动机的输出轴上，在启动时，永磁电机作为启动 机使用，蓄电池的电通过三相逆变桥使永磁电机工作在电动机的模式，带动发动机完成发 电机组的启动过程，采用的电动机运行的方式有位置传感器的直流电动机模式和无位置传 感器的直流电动机模式。由于电动机的输出功率就是机组的输出功率，所以启动功率大，发 电机组启动转速就高，启动就容易成功。而传统的启动马达的功率选用为发电机组输出功 率的1/5。
[0020] 本发明中的整流器/逆变器的功率器件是共用的，通过对其不同的控制方式，使 其工作在不同的工作模式，并可以使在整流模式时，开关管工作在同步整流模式，提高整流 的效率，节约能耗，节约成本，性能更高。
[0021] 本发明中的DC/DC变换器的作用是根据给定的值输出相应的电压和电流，对负载 供电和蓄电池充电。可以采用二极管整流和同步整流模式，采用同步整流模式，将提高变换 器的转换效率，当然也可以采用软开关的方式。
[0022] 在启动时，蓄电池通过DC/DC电路中开关管中的二极管为整流器/逆变器提供电 能，这个电压会比发电机组工作时的电压低，但也足以启动发电机组达到启