一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法技术方案

本发明专利技术公开的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，涉及用于发电系统切换过程的控制方法，属于能源动力领域。本发明专利技术包括如下步骤：在切换过程中，首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算能接通负载系统的负载Fg值；接通负载系统后，根据当前状态和切换条件计算需要逐步减少电机力的次数n；再根据当前状态判断是否满足切换条件，如满足切换条件，逐次减少电机力直到电机力Fm为0，完成电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式。本发明专利技术能够实现自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程的顺利过渡，确保自由活塞直线发电系统稳定连续运行，此外，还具有适用范围广和切换过程不受电机力大小影响的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于发电系统切换过程的控制方法，尤其涉及一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，属于能源动力领域。
技术介绍
随着日趋严格的排放法规的实施和消费者对于燃油消耗率的高要求，全球研究者在提高传统发动机效率和性能的同时，亦着手研发新型能量转化装置。自由活塞直线发电系统作为新型能量转换装置的一个典型代表，因其具有结构简单，能量转换效率高，功率密度大、多燃料适应性等众多优势，具有极大的应用前景。自由活塞直线发电系统是由两个自由活塞式内燃机与一个直线电机耦合而成。其工作原理是左右两侧内燃机气缸的混合气交替燃烧，推动活塞及电机动子往复运动，切割磁力线，产生电能，实现燃料化学能向电能的直接转化。根据自由活塞直线发电系统工作原理，我们可以发现其过程分为三个过程：启动过程、切换过程和发电过程。因为自由活塞直线发电系统的特殊结构特点和运行机理，我们可以通过控制电机工作模式，实现样机从启动过程到切换过程再到发电过程的顺利转换，并且无需其他辅助装置。分析自由活塞直线发电系统三个工作过程可以发现，在启动过程中，电机运行为电动机工作模式，电动机提供一个恒定电机力，方向与活塞运动方向相同，推动活塞往复运动实现内燃机启动；切换过程是将电机从电动机工作模式切换成发电机工作模式，以便顺利进入发电过程，其工作原理是先将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，然后当测控系统判定满足切换条件之后逐步减少电机力直到电机力为0；发电过程中，电机运行在发电机工作模式，利用电机动子往复运动切割磁力线产生电能。由于自由活塞直线发电系统在启动过程和发电过程中，电机工作模式较为简单——单一工作模式下运行(即启动过程中电机运行为电动机工作模式，发电过程中电机运行为发电机工作模式)；但是在切换过程中，先将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，然后当测控系统判定满足切换条件之后逐步减少电机力直到电机力为0。由此可以发现，当接通负载系统之后，只有当自由活塞直线发电系统在满足切换条件时才可以逐步减少电机力实现电机工作模式进行切换，所以对自由活塞直线发电系统切换控制及切换条件的判别才是切换过程的重点，才是实现电机工作模式切换的成功的关键。所以，在切换过程中，因此，这就需要一套切实可行的切换控制方法和切换条件的判别方法来判断自由活塞直线发电系统当前的运行状态是否满足切换条件，实现电机顺利从电动机工作模式向发电机工作模式顺利切换，以便实现自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程的顺利过渡。
技术实现思路
本专利技术公开的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，要解决的技术问题是提供使自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程顺利过渡的切换条件，并提供基于上述切换条件的将电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式的控制方法，进而实现自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程的顺利过渡，确保自由活塞直线发电系统稳定连续运行。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。所述的自由活塞直线发电系统是由两个自由活塞式内燃机与一个直线电机耦合而成。两个自由活塞式内燃机对称布置在直线电机左右两侧。所述的两个自由活塞式内燃机分别定义为左侧内燃机和右侧内燃机。其工作原理是左右两侧内燃机气缸内的混合气交替点火燃烧，产生高温高压气体推动活塞及电机动子往复运动，切割磁力线，产生电能，将燃料的化学能直接转化成电能。本专利技术公开的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，由于自由活塞直线发电系统在切换过程中，先将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，然后当测控系统判定满足切换条件之后再采用逐步减少电机力直到电机力为0的控制方法实现自由活塞直线发电系统的电机工作模式切换。所以当接通负载系统之后，只有当自由活塞直线发电系统在满足切换条件时才逐步减少电机力实现电机工作模式进行切换，所以每次在接通负载之前和减少电机力之前都需要判别当前自由活塞直线发电系统运行状态是否达到切换，满足切换条件时，逐次减少电机力Fm，直到电机力Fm为0，完成自由活塞直线发电系统的电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式。本专利技术公开的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，包括如下步骤：步骤一：在切换过程中首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算出能接通负载系统的负载Fg值。在切换过程中，切换前电机运行为电动机工作模式，电动机提供方向与活塞运动方向相同的恒定电机力，推动活塞往复运动实现内燃机启动。所述的使自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程顺利过渡的切换条件为：保证将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，并且确保在接通负载系统之后自由活塞直线发电系统亦能连续运行，即左、右两侧气缸都能达到着火条件：条件1.气缸压力能达到p0bar；条件2.压缩比能达到a，如公式(1)所以： ϵ = V V - A · x T D C p L ≥ p 0 ϵ ≥ a - - - ( 1 ) ]]>其中，ε为压缩比,V为内燃机气缸最大容积，A为活塞顶面法向投影面积(m2)，xTDC为活塞有效工作行程。pL左侧内燃机气缸内的气体压力(bar),p0内燃机气缸内气体满足着火条件的压力(bar)，a内燃机气缸内气体满足着火条件的压缩比。所以在切换过程中首先根据自由活塞直线发电系统当前状态和切换条件计算出能接通负载系统的的负载Fg值，在自由活塞直线发电系统在切换过程中，将自由活塞直线发电系统在接通负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：在切换过程中首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算出能接通负载系统的负载Fg值；步骤二：在切换过程中，自由活塞直线发电系统在接通负载系统之后，根据自由活塞直线发电系统当前状态和步骤一所述的切换条件计算得出需要逐步减少电机力的次数n，即切换次数n；步骤三：切换过程中，在确定好切换次数n之后再根据当前自由活塞直线发电系统状态判断是否满足逐步减少电机力的切换条件，如满足切换条件，再次减少转入步骤四；步骤四：重复进行步骤三，逐次减少电机力Fm，直到电机力Fm为0，至此，完成自由活塞直线发电系统的电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：在切换过程中首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算出能接通负载系统的负载Fg值；步骤二：在切换过程中，自由活塞直线发电系统在接通负载系统之后，根据自由活塞直线发电系统当前状态和步骤一所述的切换条件计算得出需要逐步减少电机力的次数n，即切换次数n；步骤三：切换过程中，在确定好切换次数n之后再根据当前自由活塞直线发电系统状态判断是否满足逐步减少电机力的切换条件，如满足切换条件，再次减少转入步骤四；步骤四：重复进行步骤三，逐次减少电机力Fm，直到电机力Fm为0，至此，完成自由活塞直线发电系统的电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式。2.如权利要求1所述的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，其特征在于：所述的步骤一具体实现方法为，在切换过程中，切换前电机运行为电动机工作模式，电动机提供方向与活塞运动方向相同的恒定电机力，推动活塞往复运动实现内燃机启动；所述的使自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程顺利过渡的切换条件为：保证将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，并且确保在接通负载系统之后自由活塞直线发电系统亦能连续运行，即左、右两侧气缸都能达到着火条件：条件1.气缸压力能达到p0bar；条件2.压缩比能达到a，如公式(1)所以： ϵ = V V - A · x T D C p L ≥ p 0 ϵ ≥ a - - - ( 1 ) ]]>其中，ε为压缩比,V为内燃机气缸最大容积，A为活塞顶面法向投影面积(m2)，xTDC为活塞有效工作行程；pL左侧内燃机气缸内的气体压力(bar),p0内燃机气缸内气体满足着火条件的压力(bar)，a内燃机气缸内气体满足着火条件的压缩比；所以在切换过程中首先根据自由活塞直线发电系统当前状态和切换条件计算出能接通负载系统的的负载Fg值，在自由活塞直线发电系统在切换过程中，将自由活塞直线发电系统在接通负载之前，根据测控系统检测到右侧气缸的峰值压力，在满足公式(1)的前提下采用公式(2)能够计算得出负载Fg的大小； m d 2 x dt 2 = ( p L - p R ) A - F f ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯慧华，郭陈栋，左正兴，贾博儒，郭宇耀，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11