柴油機測功過程中的能量回饋技術方案介紹

隨著技術的進步，在動力機和動力設備的研制方面，對動力機(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，將柴油機的機械能通過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，如果能改進測功工藝，開發(fā)優(yōu)質高效的能源回饋技術，將柴油機測試過程中的機械能轉化為電能回饋給電網，將會大大節(jié)約能源，降低生產成本。利用“比較跟蹤放大(CTA)變頻(逆變)技術”，提出了一種在柴油機測功過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，使節(jié)約能源和降低柴油機生產成本成為可能，且不對電網產生污染。

　　1 方案設計

　　在柴油機測功過程中，將水力測功機負載改為發(fā)電機，在滿足測試工藝的前提下，通過CTA逆變技術將發(fā)電機發(fā)出的頻率和幅值不固定的電能，優(yōu)質高效地轉換為和電網同頻幅同步的電能，回饋給電網(或帶動其它用電負載)，即可達到節(jié)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)電機和啟動電機;發(fā)電機輸出的電能經整流、CTA逆變電路，逆變出和電網同頻同步的電能;再經電壓調節(jié)電路回饋至電網。

　　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。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。

　　經過整流得到的直流電，加在圖中+、-端。S1、S2為開關管，兩組L、C分別構成兩個正負半波濾波器。參考正弦信號Vref和后級取樣信號在比較器中比較的結果，通過驅動電路驅動開關管S1、S2的通斷，就會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個轉速比的減速機和發(fā)電機相匹配。啟動電機的作用是在測試試驗前啟動柴油機，啟動后即通過離合器和轉軸分離。啟動電機為小容量的三相異步電動機，它和電網的切換由轉換開關來實現。當啟動完成時，轉換開關即切斷電網和啟動電機的連接，進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，加大油門進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，轉換開關將電路切換到能量回饋端。從CTA逆變電路輸出的能量經電壓調節(jié)電路調節(jié)電壓幅值后，回饋給電網。

　　2.3 三相CTA逆變技術方案

　　CTA

　　逆變技術電路的主電路如圖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CTA逆變電路，在逆變側輸出與電網同頻率且同步的略帶毛刺的正弦波，再經TA技術電路濾去毛刺，輸出純正弦波，經電壓調節(jié)電路后，通過轉換開關送入電網。CTA逆變技術目前已成為一種能產生優(yōu)質純正弦波的成熟逆變技術，其產生的正弦波波形失真度小于4～5%。

　　電壓調節(jié)電路是一個隨時跟蹤電網電壓幅值的高性能的電動調壓器。由取樣的電網側及逆變輸出側的信號和柴油機測功的負載信號經過運算和處理，產生電動調壓器的調節(jié)信號，調節(jié)電壓比以控制回饋電流。為使電路穩(wěn)定，電路中加入了電流反饋環(huán)節(jié)，以穩(wěn)定回饋電流(即柴油機測功的負載)。