用于發電機的變流器及其發電供電裝置的制作方法

本發明涉及變流器領域，特別涉及應用于發電機的變流器及其發電供電裝置。

背景技術：
發電機供電設備一般采如下兩種方式對負載提供電能：（1）發電機直接輸出供給負載即直接供電給負載，要求發電機輸出電壓恒頻恒壓，帶有AVR（電壓自動調節器）功能，這類供電設備存在以下缺點：一、無論輕載還是重載都處于全速運行狀態，耗費較多的能量；二、由于存在機械慣性、發電機內部寄生參數等多種因素，發電機輸出的電能質量較差：輸出電壓穩定度差、動態頻率穩定度差、動態負載適應能力差、波形質量差，當較大負載投入時發電機還可能因調節不及時引起停機；三、由于負載為50/60Hz，要求發電機的輸出電壓頻率也必須是50/60Hz，使得發電機體積龐大；四、當負載不平衡，或負載中含有諧波或無功成分時將嚴重影響發電機的負載能力、運行平穩度和輸出波形質量；五、各設備間很難并聯運行，即使并聯運行，也對系統性能有較大的降低。直接輸出電壓的發電機只能用于一般的對電壓要求不嚴格的設備。（2）發電機經過變流器處理后供給負載即經過變流器處理供給負載，這類供電設備在傳統發電機的輸出串聯一級變流器，如附圖1所示，變流器13通常由依次連接的整流器131、電容器132、逆變器133、輸出開關134構成，變流器的輸入端接至發電機12，發動機11接至發電機13，變流器13的輸出端接至負載14，其中發動機必須包含充電器、啟動器以及電池。發電機經過變流器處理后供給負載主要實現以下幾個功能：一、對發電機輸出的電能進行恒頻恒壓處理，得到質量非常高的電能，直接供電的發電機存在的輸出電能質量問題將得到全面改善；二、經過控制優化的變流器對發電機而言相當于質量較好的負載：負載對稱、電壓平穩、諧波含量少、負載動態較緩慢，能最大限度發揮發電機的效用并起到很好的保護作用；三、變流器輸出的電壓可以通過先進的控制技術實現并聯運行，且不影響系統的供電質量，不降低系統的供電能力。然而當前的帶有變流器的發電設備都是在傳統的發動機——發電機系統的基礎上改進而來，發動機包含了充電器、啟動器以及電池，存在系統重、體積龐大、成本高的特點。公開號為1445923的發明專利“逆變器式攜帶混合發動機發電機”公開了一種發電設備，采用電池與發動機-發電機同時供電的方式提高負荷能力，同時根據負載調節發動機轉速從而達到降低油耗的目的。用于電池升壓的DC/DC變流器輸出串聯有一只二極管，使得DC/DC電源的能量只能由電池流向電容器；同時，在該專利中沒有對發動機進行改進，不能省去啟動器和充電器，仍存在體積大、成本高問題。

技術實現要素：
本發明為克服現有技術的不足，提出一種用于發電機的變流器及其發電供電裝置，具體方案如下：一種用于發電機的變流器，包含依次連接的整流器、電容器、逆變器和輸出開關，其特征在于：還包括一雙向DC/DC變換器、一啟動開關、一儲能單元和一控制單元，所述控制單元分別連接所述整流器、電容器、逆變器、輸出開關、雙向DC/DC變換器和啟動開關的控制端，所述雙向DC/DC變換器連接所述電容器和所述儲能單元，所述儲能單元還連接所述控制單元的電源端，所述啟動開關的一端連接所述逆變器的輸出端，所述整流器的輸入端作為所述變流器的輸入端并接至所述啟動開關的另一端，所述輸出開關的輸出端作為所述變流器的輸出端。進一步的，所述雙向DC/DC變換器工作于升壓模式時，將所述儲能單元電壓升壓并儲存在所述電容器中。進一步的，所述雙向DC/DC變換器工作于降壓模式時，將所述電容器電壓降壓并儲存在所述儲能單元中。進一步的，所述雙向DC/DC變換器為非隔離半橋、非隔離全橋、隔離半橋或隔離全橋構成的DC/DC變換器。進一步的，所述啟動開關為繼電器、接觸器、SCR、MOSFET或IGBT。本發明還提供一種發電供電裝置，包括所述的用于發電機的變流器，所述變流器的輸出端用于連接負載，所述變流器的輸入端連接一發電機的輸出端，所述發電機的輸入端連接一發動機，且所述發動機不包含充電機和啟動器。進一步的，所述變流器中的儲能單元用所述發動機中的電池等效替換。本發明與現有技術對比的有益效果是：本發明的用于發電機的變流器與現有技術的變流器相比增加了雙向DC/DC變換器和啟動開關，通過雙向DC/DC變換器對電容器進行充電，利用逆變器、轉換開關實現對發動機的啟動，同時，雙向DC/DC變換器可以對發動機的蓄電池進行充電，從而替代原發動機中啟動器與充電器的，省去發動機原有的龐大的啟動機與充電器，減少了發動機發電機的發電裝置的體積及成本，另外，在發電機、發動機、整流器、電容器或者逆變器出現異常時，仍能保證對負載供電，提高發電系統的可靠性。附圖說明圖1現有技術的帶有變流器的發動機、發電機發電系統；圖2本發明的用于發電機的變流器的原理框圖；圖3本發明中雙向DC/DC變換器工作于升壓模式的原理框圖；圖4本發明中發電機啟動的原理框圖；圖5本發明中發電機啟動后的運行原理框圖；圖6本發明中發電機穩定運行后的運行原理框圖；圖7本發明中發電機或發動機異常時，發電系統的運行原理框圖；圖8本發明中整流器、電容器或逆變器常時，發電系統的運行原理框圖；圖9本發明利用發電機的蓄電池的發電裝置的原理框圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。如圖2所示，本發明提供一種用于發電機的變流器3，包含依次連接的整流器31、電容器32、逆變器33和輸出開關34（用于發電機的變流器的發電供電裝置中，優選接觸器），還包括一雙向DC/DC變換器36、一啟動開關35、一儲能單元38和一控制單元37，所述控制單元37分別連接所述整流器31的控制端、電容器32的控制端、逆變器33的控制端、輸出開關34的控制端、雙向DC/DC變換器36的控制端和啟動開關35的控制端，所述雙向DC/DC變換器36連接所述電容器32和所述儲能單元38，所述儲能單元38還連接所述控制單元37的電源端，用以為所述控制單元37供電，所述啟動開關35的一端連接所述逆變器33的輸出端，所述啟動開關35的另一端接至所述整流器31的輸入端，所述整流器31的輸入端為所述變流器3的輸入端，所述輸出開關34的輸出端作為所述變流器3的輸出端。所述雙向DC/DC變換器36可以是非隔離半橋、非隔離全橋、隔離半橋或隔離全橋構成的DC/DC變換器，它的主要功能在于：所述雙向DC/DC變換器36工作于升壓模式時，將所述儲能單元38電壓升壓并儲存在所述電容器32中；所述雙向DC/DC變換器36工作于降壓模式時，將所述電容器32電壓降壓并儲存在所述儲能單元38中。優選的，所述啟動開關可以是繼電器、接觸器、SCR（可控硅）、MOSFET（金氧半場效晶體管）或IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等。本發明還提供一種發電供電裝置，包括所述的用于發電機的變流器3，所述變流器3的輸出端用于連接一負載4，所述變流器3的輸入端連接一發電機2的輸出端，所述發電機2的輸入端連接一發動機1，且所述發動機1不包含充電機和啟動器。其中，整流器31用于將發電機2輸出的交流電轉換為直流電，發動機1用于將化學能轉換為機械能，發電機2用于將機械能轉化為電能輸出。另外，如圖9所示，所述變流器3中的儲能單元38可以用所述發動機1中的（蓄）電池39等效替換。本發明的具體工作原理如下：a、如圖3所示，變流器3的控制單元37由儲能單元38開始供電，控制單元37控制雙向DC/DC變換器36工作于升壓模式，將儲能元件38電壓升壓并儲存在電容器32中；b、如圖4所示，當電容器32的端電壓達到一定值時，控制單元37控制逆變器33工作于變頻變壓模式，并且，控制單元37控制啟動開關35閉合，發電機2變為電動機推動發動機1啟動；c、當發動機1啟動達到自持轉速后，發動機1自行維持運行；d、如圖5所示，控制單元37控制雙向DC/DC變換器36斷開，并且控制啟動開關35斷開，整流器31啟動，逆變器33啟動并工作于恒頻恒壓模式，控制單元37控制輸出開關34閉合，允許向負載4供電；e、如圖6所示，待系統運行穩定后，雙向DC/DC變換器36工作于降壓模式，將電容器32的電壓降低到儲能元件38電壓，對儲能元件38進行充電。如圖7所示，當發動機1或發電機2出現故障時，控制單元37控制雙向逆變器36工作于升壓模式，將儲能元件38電壓升壓并儲存在電容器32中，并通過逆變器33恒頻恒壓工作，給負載4供電。如圖8所示，當整流器31、電容器32或逆變器33出現故障時，控制單元37控制啟動開關35閉合，發電機2產生的電能通過啟動開關35、輸出開關34，直接供給負載4供電。上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。