柴油機測功過(guò)程中的能量回饋技術(shù)方案

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，在動(dòng)力機和動(dòng)力設備的研制方面，對動(dòng)力機(如柴油機)的各項性能都提出了更高的要求。測功設備均為水力測功機配以各分立測試儀表。測試時(shí)，將柴油機的機械能通過(guò)水力測功機轉化為的水的溫升(熱能)都白白浪費掉了。由此看來(lái)，如果能改進(jìn)測功工藝，開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)高效的能源回饋技術(shù)，將柴油機測試過(guò)程中的機械能轉化為電能回饋給電網(wǎng)，將會(huì )大大節約能源，降低生產(chǎn)成本。利用“比較跟蹤放大(CTA)變頻(逆變)技術(shù)”，提出了一種在柴油機測功過(guò)程中的能量回饋方案。該方案可逆變出純正弦波形的電能回饋電網(wǎng)，使節約能源和降低柴油機生產(chǎn)成本成為可能，且不對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。

　　1 方案設計

　　在柴油機測功過(guò)程中，將水力測功機負載改為發(fā)電機，在滿(mǎn)足測試工藝的前提下，通過(guò)CTA逆變技術(shù)將發(fā)電機發(fā)出的頻率和幅值不固定的電能，優(yōu)質(zhì)高效地轉換為和電網(wǎng)同頻幅同步的電能，回饋給電網(wǎng)(或帶動(dòng)其它用電負載)，即可達到節能的目的。我們采用如下方案：在柴油機試驗臺上和柴油機同軸安裝減速機、發(fā)電機和啟動(dòng)電機;發(fā)電機輸出的電能經(jīng)整流、CTA逆變電路，逆變出和電網(wǎng)同頻同步的電能;再經(jīng)電壓調節電路回饋至電網(wǎng)。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 CTA逆變原理

　　CTA是比較跟蹤放大(Compare-Track-Amplify)的英文縮寫(xiě)。它逆變出的波形輪廓完全由提供的參考信號決定。單相的CTA逆變電路原理圖如圖1所示。

　　經(jīng)過(guò)整流得到的直流電，加在圖中+、-端。S1、S2為開(kāi)關(guān)管，兩組L、C分別構成兩個(gè)正負半波濾波器。參考正弦信號Vref和后級取樣信號在比較器中比較的結果，通過(guò)驅動(dòng)電路驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管S1、S2的通斷，就會(huì )在后級得到帶鋸齒的正弦波，且其基波是和參考信號Vref同頻率正弦波。把此電壓信號作為電源加在乙類(lèi)功率管上，功率管為射極輸出，最后在負載上就可得到頻率和參考信號Vref完全相同的純正弦電壓波形。輸出電壓的波形和頻率完全由參考信號Vref決定。

　　2.2 試驗臺設備配置

　　試驗臺設備配置框圖如圖2所示。柴油機的額定轉速一般都高于發(fā)電機的額定轉速(如各系列柴油機額定轉速有1800、2200、2800r/min等多種，而發(fā)電機額定轉速一般為1500r/min)。為使轉速相匹配，同時(shí)也使試驗臺能夠適應不同型號柴油機的測功試驗，設置了有2～3個(gè)轉速比的減速機和發(fā)電機相匹配。啟動(dòng)電機的作用是在測試試驗前啟動(dòng)柴油機，啟動(dòng)后即通過(guò)離合器和轉軸分離。啟動(dòng)電機為小容量的三相異步電動(dòng)機，它和電網(wǎng)的切換由轉換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現。當啟動(dòng)完成時(shí)，轉換開(kāi)關(guān)即切斷電網(wǎng)和啟動(dòng)電機的連接，進(jìn)入柴油機的低速空載磨合期(根據各型號柴油機的測功工藝不同，磨合期在20～50分鐘不等)。此后，加大油門(mén)進(jìn)入不同轉速下的參數測試期。在測試期，當CTA逆變電路正常工作時(shí)，轉換開(kāi)關(guān)將電路切換到能量回饋端。從CTA逆變電路輸出的能量經(jīng)電壓調節電路調節電壓幅值后，回饋給電網(wǎng)。

　　2.3 三相CTA逆變技術(shù)方案

　　CTA

　　逆變技術(shù)電路的主電路如圖3所示，分為整流(由整流二極管組成)和逆變(由IGBT組成)兩部分。通過(guò)CTA逆變電路，在逆變側輸出與電網(wǎng)同頻率且同步的略帶毛刺的正弦波，再經(jīng)TA技術(shù)電路濾去毛刺，輸出純正弦波，經(jīng)電壓調節電路后，通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)送入電網(wǎng)。CTA逆變技術(shù)目前已成為一種能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)純正弦波的成熟逆變技術(shù)，其產(chǎn)生的正弦波波形失真度小于4～5%。

　　電壓調節電路是一個(gè)隨時(shí)跟蹤電網(wǎng)電壓幅值的高性能的電動(dòng)調壓器。由取樣的電網(wǎng)側及逆變輸出側的信號和柴油機測功的負載信號經(jīng)過(guò)運算和處理，產(chǎn)生電動(dòng)調壓器的調節信號，調節電壓比以控制回饋電流。為使電路穩定，電路中加入了電流反饋環(huán)節，以穩定回饋電流(即柴油機測功的負載)。