柴油机测功过程中的能量回馈技术方案介绍

　　2.4.1 CTA逆变控制原理

　　CTA

　　逆变控制电路要解决两个问题：一是逆变出的电压波形必须和电网电压同频率且同步，可通过直接从电网电压侧同步取参考信号来实现;二是输出的电压波形毛刺包括线要比较窄，否则，后级TA技术电路的功率管功耗将大大增加。这可通过适当提高控制电路和IGBT管的开关频率来实现。控制电路原理框图如图4所示。

　　首先从电网侧同步取出可供逆变器工作的参考信号和同步信号，由此参考信号产生的三相六波头信号和由逆变器输出的带毛刺三相六波头信号进行比较，从而产生控制

　　IGBT导通的控制信号。再经由六脉冲门信号控制的门电路，送到六个IGBT栅极，从而控制六个IGBT的通断，最后使逆变器输出和电网同频率、同相位(同步)的带毛刺正弦波。通过由电网参考信号控制的TA技术电路滤去毛刺(谐波)，即得到和电网同频率、同相位的纯正弦电压。再经电压调节电路调整后，通过转换开关回馈给电网。

　　2.4.2 测功控制

　　对于小型柴油机，以额定转速为2200r/min为例，测试工艺要求在800～1000r/min时空载磨合约30分钟，此阶段逆变器不工作，发电机不发电;然后在1000～1100r/min时，加额定负载的50～60%，运行30～40分钟，此阶段发电机开始发电，逆变器工作并向电网回馈电能;在测试后期，柴油机在额定转速下满负载运行的一小时，系统在此状态下测定柴油机的各项参数，主要包括功率、扭矩、耗油量、机油温度、进行气温度、汽缸压力等;最后是测定在超过额定负载30%负荷下的转速、耗油量、机油温度、汽缸压力等参数的变化情况。

　　小型柴油机要测试的参数较少，测功工艺也相对简单。而中型及以上柴油机需要测试的参数较多，要求也较高。为提高测功系统的可靠性和测试参数的准确性，提高控制效率，整个测功系统采用微型计算机控制。柴油机转速由计算机控制的油门供油量闭环控制，通过操作面板上的触摸开关给定其升降;负荷的大小由逆变器回馈入电网电流的大小决定，计算机通过采集回馈电流信号及对负荷给定信号的比较计算机，来调节(微调)电压调节电路的电压比，从而调节回馈入电网的电流大小，以实现负荷的增减。负荷的增减给定，也由操作面板上的负荷增减触摸开关实现。柴油机的各项参数，包括转速、功率、扭矩、耗油量、机油温度、进出气温度、汽缸压力等均由各数字测量仪表或测量传感器通过计算机运算和处理后，进行存储、显示和打印，并配以适当的报警和查询功能，以实现测功系统的完整性和通用性。

　　3 参数设计

　　以额定功率为18.5kW的S195和S1100柴油机为例，选定测功系统的功率等级为20kW，额定转速为2200r/min。

　　发电机选用额定转速为1500r/min、额定输出功率为20kW的三相交流发电机或单相交流发电机。所配减速箱为具有1800/1500、2200/1500和2900/1500三个速比和扭矩为80牛顿米的减速箱。

　　CTA逆变器主电路功率元件参数为：整流二极管耐压1000V(单相发电机选用800V)，额定电流为40A(单相发电机选100A);IGBT管耐压1000V，额定电流为40A;滤波电容为两个耐压1000V和容量为2200

　　μF

　　的电解电容。CTA逆变器的三相输出端，各有一个由两个电容和一个电感组成的滤波环节，其作用是将输出的脉冲波形变为带有毛刺的正弦波形。此电容和电感参数不可过大，也不可过小。通过实验，此电感和电容分别选为8～10mH、20

　　μF 较为合适。

　　目前，我国各柴油机生产厂均未进行柴油机测试中能量回馈的研究和开发，但这方面的研究和开发对节约能源和降低生产成本极有价值，同时在矿山、起重业方面也有很大的应用前景。据初步统计，仅在动力机生产测试中，若进行能量回馈开发，我国每年即可回收再生电能近亿度。通过前期的研究和实验结果来看，本方案的可行性和可靠性的较好，但尚需进行计算机控制和配合测试工艺的进一步完善和开发。