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汽油發電機組逆變器
汽油發電機組以其靈活、方便、穩定的特點被廣泛地作為常用、備用和應急的交流電源使用。特別是近年來，我國經濟的快速發展，全
國各地都出現了不同程度的電力緊缺現象，使汽油發電機組的作用更加突顯出來。傳統的汽油發電機組直流輸出發電機電壓，輸出電壓、頻
率都不夠穩定。汽油發電機組的發展趨勢是汽油發電機組和電力電子變換器的結合以及電子調速器的使用，也就是將發電機輸出的原始
電壓經過電力電子變換器凈化處理，然后再輸出給負載，電子調速器調節發動機轉速，以達到節能和環保的目的。這種新型的發電機組一般
稱之為數碼發電機。本文的研究主要是為了實現1kW數碼式汽油發電機，主要工作包括兩個部分:一是電能處理環節;二是發動機轉速的控制
。全文的結構和主要內容如下:*章介紹了汽油發電組的概況和課題的背景和意義，然后分別介紹了發動機電子調速器和電力電子逆變器
的研究現狀和發展趨勢。 第二章介紹了汽油發電機組的組成機構，對汽油發動機和同步發電機的工作原理進行了描述，并推導了發動機工
作的數學模型。第三章主要研究了發動機轉速控制的方法，介紹了模糊控制和P}控制的特點提出了模糊和Pm混合控制的策略，設計了基于單
片機的模糊一P}混合控制器。第四章主要研究了電能轉換部分也就是逆變環節的設計，介紹了單相SPWM逆變器的原理和控制方法，對逆變環
節的軟硬件設計做了詳細的說明。第五章是實驗結果和實驗波形。1.1汽油發電機組概述能源是國民經濟的基礎。自改革開放以來，電力工
業作為能源的支柱產業，雖然有了很大的發展，全國各地不斷建立起大中型火力發電廠、水電站及一些核電廠、風力發電站，總裝機容量迅
猛地增長，但仍然難以滿足經濟發展的需要。尤其是對于邊遠偏僻地區、臨時性工業現場、不允許停電的要害部門，以及供電負荷短缺、經
常突然停電的經營場所，就特別需要能有移動方便、經濟適用的后備電源。小型汽油發電機組便是這種理想的設備，它能起到大電網無法替
代的作用[1]a汽油發電機組由汽油機、交流同步發電機和控制系統組成，是將汽油機輸出的機械能通過發電機轉化為電能輸出的機械系統。
它的工作原理可以簡單地概括為:汽油燃燒產生熱能—推動發動機活塞連桿機構，使曲軸旋轉做功產生機械能—帶動發電機電樞旋轉，切割
定子磁場產生電能。因此可以將汽油發電機組看做是“發動機一發電機"型式的小型移動電站。汽油發電機組因為具有體積小、重量輕、操
作簡單、移動方便等優點，因此被廣泛應用于家庭、工業、商業、教育、醫療、軍事等各個領域作為輔助或備用電源}z}0早期的汽油發電機
組采用分體式結構，汽油機與發電機各為一個整體，安裝在一個機架上，兩者通過皮帶連接。雖然結構簡單，便于拆卸維修，但是體積、重
量大，性能指標(電壓調整率、油耗、噪聲)差。過去，這種機組多用于邊遠地區為電源放映機提供電源。上個世紀九十年代，我國先后從歐
美、日本等發達國家引進了新型的汽油發電機組，這些機組的發動機和發電機同軸連接，這種發動機和發電機一體化的設計，大大減小了機
組的體積和重量(和老式機組相比在同等功率下，體積和重量減小了大約50 } )，使得機組結構緊湊，性能*。新型的汽油發電機組的使
用范圍己不再局限與電影放映的領域，而是擴展到經濟、文化、軍事、科研等諸多方面。數碼發電機是近幾年中發展起來的一個新的發電機
產品領域，該產品的普及化主要集中在五千瓦以下的小型發電機系統。數碼發電機整體外觀如圖1.1所示。傳統的發電機產品，主要采用低
速發動機帶動一個工頻輸出發電機進行正常工作，直接輸出對應要求電源，這一類型的系統，由于發動工作在較低的轉速上，從而導致其相
對的體積較大、同時對于發電機而言，低轉速的發電機的體積也難以將體積做小，對整個系統而言就很難做到小型化、便攜化。在輸出電源
的質量上由于輸出電源的電壓、頻率與發動機轉速都成正比對應關系，由于發動機工作在不同負載狀態下的系統轉速的波動將直接影響到輸
出電源電壓、頻率的穩定性，其輸出電源的波形直接受發電機的影響，一般小功率的這一類型發電機的輸出波形的TDH都不是太理想。數碼
發電機方案的產生使得以上的這些問題得到了很好的解決。傳統的汽油發電機組采用AVR(自動電壓調節器)維持輸出電壓穩定。AVR是一種半
波相近控制閘流管型的自動電壓調節器，是交流發電機勵磁系統的一部分。自動電壓調整的基本原理是:由電壓測量回路測量發電機端電壓
，經過相位調制器轉換成一系列的脈沖，經過同步開關的選擇，此脈沖控制可控硅的導通時間。當發電機端電壓升高時，導通角變小，反之
則變大，使發電機端電壓維持在額定電壓附近。數碼發電機采用逆變技術，將發電機產生的原始交流電進行凈化，電壓經過“交一直一交"
轉換，使輸出電壓和發動機轉速無關，同時將電壓畸變率降至zui低，輸出電壓接近的正弦波形。圖1.2為帶AVR的傳統發電機和數碼發電
機輸出電壓波形的比較。