[发明专利]最优负载控制器方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及发电机系统，并且特别涉及通过改变影响电能产生的系统参数来优化系统电能输出。

背景技术

产生电能或其他形式能量的系统的优化通常至多是一次设计问题。通常，在设计的时候一次计算系统的电能转换，或者不计算，并且然后假设此后将以设计的规格操作系统。

这样的系统的例子是车辆引擎和交流发电机组合。交流发电机设备用作负载并且从引擎提供的机械能产生电形式的电能(可以回到另一步来追溯电源：可用的机械能依赖于碳氢化合物燃烧的比率)。

能量被定义为做功的能力并且具有守恒量。功可以被定义为作用了一段距离的力。功可以被概念化为消耗的能量。功率是功消耗的比率。

从工程的观点来看，在绝大多数情况下，执行的功指的是有用功。有用功执行的比率被数学地表示为：

功率＝功/时间

效率可以被考虑为实际上消耗了多少可用能量来做有用功的测量。另一个方法将效率概念化地表示为：

效率＝有用功可用的功率/提供的功率

在燃烧引擎交流发电机发电系统中，机械能被转化为由车辆中的各种电负载消耗的电能。然而，只有部分提供的机械能被转化为在特定形式下要被使用的电能。电能消耗主要是由于在从一种形式的能量转化为另一种形式的能量时由摩擦引起的热消耗。

有许多因子可以影响能量被从一种形式转化为另一种形式的效率：例如从机械能转化为电能。例如，通常的汽车交流发电机被设计为在每分钟2000到4000转之间有效运行。例如赛车引擎的应用可以具有在它的期望范围2000到4000RPM之外运行的交流发电机，引起了不大的能量损耗。期望增大这样的设备的效率。

通常的固定安装的发电设施，例如太阳能板、风车和所有类型的发电机具有相同的问题。大量的独创性在于设计活动电源(例如风车的叶片或活性的“湿”太阳能板系统的热力学属性)，从而得到来自源的最大功率，无论该源是太阳能、机械或化学或者是包括所有类型引擎的这些源的组合。通常，这些机制涉及将电能源(卡车引擎、风车等)看做要被优化的元件，同时分开设计或稍后设计发电设备(或者将另一种形式的能量转化为另一种形式的能量的设备)。当关于RPM或发电的其他有效度量发现了用于发电源的平均值，那么恰当尺寸和设计RPM的发电设备被附着为电源上的负载并且允许其运行，而不管源中的功率变化、元件损耗或者最终影响发电系统的有效性的其他系统参数的变化。

将电能从电源传输到负载的效率受到负荷和影响系统功率输出的效率的其他能量转换因素的影响。

图1是表示在通常的发电情境下生成的功率与负载施加的力(负载、转矩、反抗转矩)，其中输入机械能是具有驱动发电机/交流发电机的恒定位置处设置的“节流”位置的引擎。由负载施加的力是由发电机/交流发电机产生电能的机电反抗转矩(并且可以由影响生成的电能的其他电能转换参数组成，例如RPM、温度、压力等)。存在消耗生成的功率的固定的电负载。

●功率＝力*(距离/时间)

●随着反抗转矩(通过距离施加的旋转力)增大，RPM减小。

●当施加的力和RPM之间的平衡达到8的力负载，图形点106时，发生最优电能转换。

图1表示产生的功率不一定随着发电机放置到驱动引擎的机电的反抗转矩的增大而增大。图1绘出了图形，表示输入的产生的功率是如何随着驱动引擎上的电机的反抗转矩的增大而变化。如图1中点102的区域所示，在零级的负载处，例如零到一之间的负载处，没有来自驱动引擎的能量被转换为期望的形式-电能。这个的好的模拟是没有被安装到交流发电机的引擎，或者没有被安装到发电机或交流发电机的涡轮。没有负载不能生成能量。