柴油机测功过程中的能量回馈技术方案介绍

随着技术的进步，在动力机和动力设备的研制方面，对动力机(如柴油机)的各项性能都提出了更高的要求。测功设备均为水力测功机配以各分立测试仪表。测试时，将柴油机的机械能通过水力测功机转化为的水的温升(热能)都白白浪费掉了。由此看来，如果能改进测功工艺，开发优质高效的能源回馈技术，将柴油机测试过程中的机械能转化为电能回馈给电网，将会大大节约能源，降低生产成本。利用“比较跟踪放大(CTA)变频(逆变)技术”，提出了一种在柴油机测功过程中的能量回馈方案。该方案可逆变出纯正弦波形的电能回馈电网，使节约能源和降低柴油机生产成本成为可能，且不对电网产生污染。

　　1 方案设计

　　在柴油机测功过程中，将水力测功机负载改为发电机，在满足测试工艺的前提下，通过CTA逆变技术将发电机发出的频率和幅值不固定的电能，优质高效地转换为和电网同频幅同步的电能，回馈给电网(或带动其它用电负载)，即可达到节能的目的。我们采用如下方案：在柴油机试验台上和柴油机同轴安装减速机、发电机和启动电机;发电机输出的电能经整流、CTA逆变电路，逆变出和电网同频同步的电能;再经电压调节电路回馈至电网。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 CTA逆变原理

　　CTA是比较跟踪放大(Compare-Track-Amplify)的英文缩写。它逆变出的波形轮廓完全由提供的参考信号决定。单相的CTA逆变电路原理图如图1所示。

　　经过整流得到的直流电，加在图中+、-端。S1、S2为开关管，两组L、C分别构成两个正负半波滤波器。参考正弦信号Vref和后级取样信号在比较器中比较的结果，通过驱动电路驱动开关管S1、S2的通断，就会在后级得到带锯齿的正弦波，且其基波是和参考信号Vref同频率正弦波。把此电压信号作为电源加在乙类功率管上，功率管为射极输出，最后在负载上就可得到频率和参考信号Vref完全相同的纯正弦电压波形。输出电压的波形和频率完全由参考信号Vref决定。

　　2.2 试验台设备配置

　　试验台设备配置框图如图2所示。柴油机的额定转速一般都高于发电机的额定转速(如各系列柴油机额定转速有1800、2200、2800r/min等多种，而发电机额定转速一般为1500r/min)。为使转速相匹配，同时也使试验台能够适应不同型号柴油机的测功试验，设置了有2～3个转速比的减速机和发电机相匹配。启动电机的作用是在测试试验前启动柴油机，启动后即通过离合器和转轴分离。启动电机为小容量的三相异步电动机，它和电网的切换由转换开关来实现。当启动完成时，转换开关即切断电网和启动电机的连接，进入柴油机的低速空载磨合期(根据各型号柴油机的测功工艺不同，磨合期在20～50分钟不等)。此后，加大油门进入不同转速下的参数测试期。在测试期，当CTA逆变电路正常工作时，转换开关将电路切换到能量回馈端。从CTA逆变电路输出的能量经电压调节电路调节电压幅值后，回馈给电网。

　　2.3 三相CTA逆变技术方案

　　CTA

　　逆变技术电路的主电路如图3所示，分为整流(由整流二极管组成)和逆变(由IGBT组成)两部分。通过CTA逆变电路，在逆变侧输出与电网同频率且同步的略带毛刺的正弦波，再经TA技术电路滤去毛刺，输出纯正弦波，经电压调节电路后，通过转换开关送入电网。CTA逆变技术目前已成为一种能产生优质纯正弦波的成熟逆变技术，其产生的正弦波波形失真度小于4～5%。

　　电压调节电路是一个随时跟踪电网电压幅值的高性能的电动调压器。由取样的电网侧及逆变输出侧的信号和柴油机测功的负载信号经过运算和处理，产生电动调压器的调节信号，调节电压比以控制回馈电流。为使电路稳定，电路中加入了电流反馈环节，以稳定回馈电流(即柴油机测功的负载)。