储能电机车充电电源研析.pdf

国内图书分类号: 学校代码: 10213 国际图书分类号: 密级:公开硕士学位论文储能电机车充电电源的研究硕士研究生: 齐丛生导师: 杨世彦教授申请学位: 工学硕士学科: 电气工程所在单位: 电气工程及自动化学院答辩日期: 2009 年 6 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: : Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CHARGING POWER SUPPLY FOR ENERGY STORAGE ELECTRIC OTIVE Candidate : Congsheng Qi Supervisor : Prof. Shiyan Yang Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Electrical Engineering Affiliation : School of Electrical Engineering and Automation Date of Defence : June, 2009 Degree-Conferri ng-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘要铅酸蓄电池因容量大、价格低而在工厂和矿山等对交通工具有特殊要求的场所得到了广泛的应用。充电电源对蓄电池充电的快速性及电池寿命等起到至关重要的作用。目前煤矿所应用的蓄电池充电电源大多是基于晶闸管开发的产品。这类电源存在体积大,充电时间长,充电效率低等缺点;充电过程特性曲线不合理也导致蓄电池电极极化严重,发热量大,析出气体多,将严重影响蓄电池的容量和使用寿命,已不能适应现代化装备需求。本课题运用现代开关电源技术研制了一台矿用大功率充电电源。针对蓄电池在充电过程中的电极极化及析气现象,从铅酸蓄电池充放电机理出发,参考国内外现有充电理论及充电方法,设计了充电电源的变电流间歇充电策略,以达到给蓄电池快速充电的目的。针对充电电源输入电压高、输出电压低的特点,及输出恒流的要求,选用结构简单、工作可靠性高的 Buck 拓扑作为主电路。针对大功率开关电源开关损耗大等问题,设计了缓冲式软开关电路:根据反激变换原理设计了可回馈缓冲能量的无源低损开通缓冲电路,详细分析了其工作原理并给出了耦合电感各项参数确定依据;分析了耦合电感漏感对开关管产生的影响,并针对其设计了 RCD 钳位电路;为解决 IGBT 拖尾电流导致关断损耗大的问题,利用 RC 网络实现了开关管的零电压关断及续流二极管的零电压开通,分析了电路的工作原理并设计了相关参数。缓冲式软开关技术的应用解决了硬开关电路中开关管电压、电流应力大,开关损耗大等问题,改善了开关条件,提高系统效率及稳定性。根据充电策略需要,以 PLC 为核心,利用其两路 PWM 方波输出功能,设计充电电源的控制系统,使其具有恒流限压输出特性;基于 PWM 控制芯片 SG3525 设计了电流闭环控制电路;为确保电源安全运行,设计了输入、输出过流保护电路。研制完成的充电电源经过实验平台测试,能够达到各项技术要求,且运行哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - 稳定。关键词:充电电源;变电流间歇充电;无源低损缓冲; PLC 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- III - Abstract Because of large capacity and low price, lead-acid st orage battery is widely used in factories and mines, where there ar e special requirements of transportation means. Charging power supply plays a very important role in charging rapidity and battery life. Nowadays, most of the charging equipments of storage battery used in mines are products develope d at the end of the 1970s based on thyristor. The disadvantages of the charging