葉章梅

摘 要：將電子控制技術(shù)應(yīng)用于新型發(fā)電機(jī)的制造，其主要性能是采用永磁發(fā)電機(jī)做為基礎(chǔ)電源，經(jīng)電子整流、濾波、逆變器逆變、變頻器變頻、形成供電平穩(wěn)、頻率穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)無污染工頻交流電源，同時(shí)增加智能化遠(yuǎn)動(dòng)控制，以適應(yīng)遠(yuǎn)程集中控制的目的。

關(guān)鍵詞：變頻；發(fā)電機(jī)；技術(shù)；永磁發(fā)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TM313 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）29-0021-02

1 變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)背景

隨著電子的高速發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷完善，使該行業(yè)更好地向各行業(yè)、各領(lǐng)域拓展?jié)B透，本項(xiàng)目就是采用新型的電子控制技術(shù)用于開發(fā)研究目前先進(jìn)的、科技含量較高的，具有小型輕便化，能節(jié)約大量生產(chǎn)原材料，節(jié)約能源降低消耗的、新型變頻發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)是以永磁發(fā)電機(jī)作為基礎(chǔ)能源，將永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的中頻、中壓交流電源，經(jīng)電子電路的整流，變頻、逆變形成標(biāo)準(zhǔn)的、無污染的工頻正弦交流電源，使供電系統(tǒng)的性能指標(biāo)好，電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形失真小，容易實(shí)現(xiàn)多臺(tái)并機(jī)運(yùn)行。其控制電路采用專用芯片控制，易于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的智能化控制，有利于小型化設(shè)計(jì)、軟件版本、功能擴(kuò)展等升級(jí)設(shè)計(jì)。這種較為全面的方案設(shè)計(jì)，還需確保整機(jī)有較好的產(chǎn)品性價(jià)比，有較低的生產(chǎn)成本，既保證適宜的產(chǎn)品價(jià)格，還能節(jié)約大量的銅、鋁、硅鋼片等有色金屬材料的消耗，有著良好市場(chǎng)潛力，不適為一種新型的能源產(chǎn)品。其主要技術(shù)要求如下：

變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)方案，就是采用與目前普通發(fā)電機(jī)根本不同的磁電轉(zhuǎn)換方式，省去了普通發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組部分，因此也防止了普通發(fā)電機(jī)勵(lì)磁部分常常發(fā)生的短路、斷路、接觸不良、絕緣擊穿等方面問題，不但節(jié)約了大量的漆包銅線和硅鋼片等，而且大大減輕了整機(jī)重量和制造工藝難度，消除了發(fā)電過程其勵(lì)磁部分所消耗的激勵(lì)能源，減少了能源消耗，減少了排放噪聲和污染。取而代之的用小型輕便化、可靠性高的永磁發(fā)電機(jī)作為電源，用電子技術(shù)將永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的中頻、中壓交流電流，進(jìn)行整流、濾波、逆變器逆變與變頻器變頻形成的標(biāo)準(zhǔn)正弦電流進(jìn)行控制合成，形成穩(wěn)定、可靠、無污染、標(biāo)準(zhǔn)的、輸出能力強(qiáng)的工頻正弦交流電源，以達(dá)到適應(yīng)各種設(shè)備、各種負(fù)載的使用要求。

經(jīng)上述方案研發(fā)的新型變頻發(fā)電機(jī)，在增加了許多控制和遠(yuǎn)動(dòng)智能化技術(shù)后，其總成本比同類的普通機(jī)型略高10%，但就其很好的過載能力（比普通機(jī)型高30%的過載能力），和所運(yùn)行中節(jié)約的燃料消耗，從使用成本上將大大低于目前普通發(fā)電機(jī)的使用成本。按目前普通機(jī)型5kW以下機(jī)組，年貿(mào)易量以國(guó)內(nèi)制造水平500萬臺(tái)計(jì)算，按年替代率5%的水平更新，其年改造量在30萬臺(tái)水平，按單臺(tái)價(jià)格1000元估算，可實(shí)現(xiàn)3億元的產(chǎn)值，如加上油機(jī)和機(jī)組價(jià)值，其交易水平在10個(gè)億上下，這算是不少的數(shù)字。為了更好地推進(jìn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，公司已組成了專項(xiàng)的研發(fā)小組，其人員除專業(yè)的電子控制技術(shù)人才，還包括了機(jī)電、材料、工藝方面的技術(shù)人才，以及與相關(guān)實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)的專業(yè)機(jī)構(gòu)人員配合，經(jīng)過了近三年的研發(fā)努力，已基本形成了產(chǎn)品樣機(jī)和前期的試驗(yàn)檢測(cè)。從產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈上，上游還能節(jié)約大量的銅、硅鋼片及鋁材等，經(jīng)目前樣機(jī)的比較，電機(jī)制造消耗（按同類機(jī)對(duì)比），銅材可節(jié)約75%以上，硅鋼片可節(jié)約70%左右，還能減少60%以上的制造費(fèi)用。從下游的機(jī)組使用上，能節(jié)省10%-15%的燃油消耗，其經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約上述材料、燃油所帶來的社會(huì)效益，更是不可小視的數(shù)字。

2 變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)主要技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

關(guān)鍵技術(shù)是如何將永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的非工頻的高電壓，轉(zhuǎn)換成可自行控制，適應(yīng)負(fù)載使用要求，節(jié)能、降耗、輕便、可靠的新型供電電源，其主要技術(shù)：

（1）解決能適應(yīng)交變調(diào)制，帶載能力平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換效率高的永磁發(fā)電機(jī)。

（2）采用新型的電子應(yīng)用技術(shù)，對(duì)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的中頻、中壓電源進(jìn)行整流、變頻、逆變形成適應(yīng)負(fù)載能力的高適應(yīng)性能源。

其創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）從永磁發(fā)電機(jī)的選用和制造角度，采用具有剩磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力大，最大磁能積高，在規(guī)定的溫度下退磁曲線接近直線，能保證電機(jī)氣隙中有足夠大的氣隙磁場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)。由于永磁發(fā)電機(jī)取消了勵(lì)磁繞組，不存在普通發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁短路、斷路、絕緣損壞等一系列可能故障，也沒有勵(lì)磁繞組的損耗和雜散損失，因此永磁發(fā)電機(jī)的節(jié)能比普通同功率發(fā)電機(jī)小40%以上。

（2）采用電子應(yīng)用技術(shù)，對(duì)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的中頻、中壓電源，進(jìn)行交——直——交的轉(zhuǎn)換，從整流、逆變和變頻，轉(zhuǎn)換為電壓、頻率穩(wěn)定的、標(biāo)準(zhǔn)無污染的工頻電源。為達(dá)到這一要求，需要對(duì)逆變控制信號(hào)的SPWM脈寬調(diào)制波為20KHz的信號(hào)調(diào)制進(jìn)行防干擾處理，以防止系統(tǒng)發(fā)生崩潰，同時(shí)又應(yīng)消除其信號(hào)對(duì)其他電路的影響，防止對(duì)其他回路信號(hào)產(chǎn)生次干擾，引起誤判斷，誤控制和誤動(dòng)作。

（3）系統(tǒng)采用集中控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變、脈沖發(fā)送、顯示功能、逆變保護(hù)和遠(yuǎn)程通訊控制的功能，使輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，而且波形畸變率低，可以對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，即過電流、過電壓、短路、過載等故障實(shí)行自診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變過程的自保護(hù)、自恢復(fù)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備、提高壽命的目的。

3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

變頻發(fā)電機(jī)與普通發(fā)電機(jī)對(duì)比，省去了普通發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，這樣既沒有普通發(fā)電機(jī)存在的勵(lì)磁短路、斷路、絕緣損壞等故障發(fā)生，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，可靠性高。就電機(jī)部分而言，主要材料漆包銅線和硅鋼片的用量?jī)H分別占同類普通型發(fā)電機(jī)的25%和30%，其制造的材料成本只占原同類普通發(fā)電機(jī)的30%，而且永磁發(fā)電機(jī)的制造工藝簡(jiǎn)單，制造工時(shí)也只有原發(fā)電機(jī)的20%。按總成本平均永磁發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)總投入只有原來同類普通發(fā)電機(jī)的25%。雖然發(fā)電機(jī)增加逆變器部分，但因本項(xiàng)目產(chǎn)品的發(fā)電效率高，在輸出相同功率時(shí)的油耗降低了5%-8%，加上減少激勵(lì)勵(lì)磁所消耗的油耗，總體可節(jié)約燃料10%-15%，而且過載能力可達(dá)20%以上，這在許多配套場(chǎng)合，可替代高一個(gè)檔次的機(jī)組使用。endprint

從經(jīng)濟(jì)角度，目前項(xiàng)目測(cè)算的價(jià)值是以變頻部分的價(jià)值狀況進(jìn)行計(jì)算的，不包括機(jī)組的總體價(jià)值，其總量只占總體的四分之一。從市場(chǎng)角度，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模按小型發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用市場(chǎng)情況分析，替代的比例按總銷量的20%估算，年銷量可達(dá)數(shù)十萬臺(tái)以上的空間（以5kW以下而言），再者從節(jié)能降耗的角度，由于國(guó)際市場(chǎng)的油價(jià)逐年上升，節(jié)能降耗的產(chǎn)品將進(jìn)一步受到用戶歡迎，雖然目前的產(chǎn)品市場(chǎng)主要在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)的進(jìn)步，其領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步延伸。

社會(huì)效益，從節(jié)約燃油所產(chǎn)生的對(duì)空間的排放噪聲和排放污染，就是一筆相當(dāng)可觀的社會(huì)效益。再加上節(jié)約有色金屬材料所帶來的資源消耗，開采消耗，資源生產(chǎn)過程的燃料，環(huán)境的污染和損耗等等，均為不可小視的社會(huì)效益。

4 變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)完成情況

4.1 項(xiàng)目產(chǎn)品特性

項(xiàng)目的完成情況已實(shí)現(xiàn)合同提出的要求。產(chǎn)品的主要使用對(duì)象為軍工行業(yè)的通訊車載系統(tǒng)等設(shè)備，產(chǎn)品性能完全達(dá)到用戶要求。從用戶的評(píng)價(jià)角度，項(xiàng)目的技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

4.2 主要技術(shù)與性能指標(biāo)

完成技術(shù)指標(biāo)

（1）額定功率： 3kW

（2）額定頻率： 50Hz

（3）額定電壓： 230V

（4）額定電流： 14.5A

（5）電壓整定范圍（%）： 92.9-107.4

（6）穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（%）： +0.16

（7）穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率（%）： 0.78

（8）電壓波動(dòng)率（%）： 0.04

（9）頻率波動(dòng)率（%）： 0.19

（10）瞬態(tài)頻率調(diào)整率（%）： +2.0

（11）電壓穩(wěn)定時(shí)間（s）： 0.5

（12）頻率穩(wěn)定時(shí)間（s）： 1.0

4.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

完成經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）累計(jì)銷售收入（萬元）： 2671

（2）累計(jì)凈利潤(rùn)（萬元）： 213

（3）累計(jì)繳稅總額（萬元）： 182

（4）新增就業(yè)人數(shù)（人）： 51

5 變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)

增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和本行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的貢獻(xiàn)。解決了企業(yè)技術(shù)方面的瓶頸問題，加快了企業(yè)自主研發(fā)能力，進(jìn)一步提高了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面也為促進(jìn)企業(yè)項(xiàng)目的研發(fā)過程和進(jìn)度，能夠更加有序地進(jìn)行，能按照目標(biāo)要求所提出的方案，逐步逐項(xiàng)地解決完成，真正起到了促進(jìn)研發(fā)，發(fā)展生產(chǎn)的作用。變頻發(fā)電機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)更重要的是從項(xiàng)目的高端研發(fā)成功后，進(jìn)一步延伸項(xiàng)目技術(shù)對(duì)中、低端同類產(chǎn)品市場(chǎng)的開拓和發(fā)展，企業(yè)正在向這方面的努力，進(jìn)一步與相關(guān)院校進(jìn)行合作，盡快將項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為系列的商品化產(chǎn)品。

6 未來發(fā)展構(gòu)想

企業(yè)的發(fā)展離不開市場(chǎng)的占有，資產(chǎn)的積累。企業(yè)十余年發(fā)展歷程，始終是沿著自主研發(fā)，產(chǎn)品專業(yè)化的道路進(jìn)行的。企業(yè)從自有的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)壓器項(xiàng)目，進(jìn)一步進(jìn)行目前的變頻發(fā)電機(jī)項(xiàng)目研發(fā)，都是為更好地拓展市場(chǎng)。為能實(shí)現(xiàn)企業(yè)從核心競(jìng)爭(zhēng)向整體發(fā)展的轉(zhuǎn)移，我們不但要立足眼前項(xiàng)目的實(shí)施和形成規(guī)模，而且要立足企業(yè)的自身積累，繼續(xù)做好、做強(qiáng)現(xiàn)有的項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)。并與相關(guān)的大專院校、企業(yè)、行業(yè)進(jìn)行合作、聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從中間階段到上下游整體產(chǎn)品系列化、市場(chǎng)化的完成，真正讓創(chuàng)新、進(jìn)步、發(fā)展成為企業(yè)走向輝煌的基礎(chǔ)。

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