矿用电机车铅酸蓄电池智能充电器.doc

矿用高频铅酸蓄电池充电器控制系统的研究
摘要:在研究铅酸蓄电池充电特性和充电器指标要求的基础上,运用现代电力电子技术和自动控制技术设计了一种新型的智能充电器控制系统,该系统以凌阳单片机SPMC75F2413A及UC3875芯片为控制核心。首先给出了该系统主电路拓扑结构及控制系统的工作原理,然后详细介绍了移相脉冲控制电路、充电电压检测电路、充电电流检测电路及IGBT温度检测电路的设计,最后给出了充电系统工作原理及试验调试结果,试验结果达到了预期的设计要求,验证系统设计的正确性。
关键词:充电器;控制系统;SPMC75F2413A;UC3875;PT100
0 引言
,因其价格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和适于大电流放电等特点,目前已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种。铅酸电池在中国有60年的应用,技术成熟,制造成本低、容量大、使用安全、可循环再充电、无火花易防爆等优点,目前煤矿企业的轨道电机车多数采用它作为动力源。铅酸蓄电池是依靠充电装置对其进行反复的充电,实现电能量的重复利用,因此,充电器装置性能的好坏直接影响铅酸蓄电池的运行效率、使用寿命及运行可靠性等,同时随着各种型号蓄电池的出现,需要不同控制要求的蓄电池充电器也随之应用而生。本文介绍了一种高频铅酸蓄电池充电器,充电系统中加入了高频变压器,减小了设备体积和重量,便于移动、运输和维修,增加了井下作业空间。该充电器能适应AC380V/AC660V两种输入电压,井下和地面均使用。充电系统控制电路通过采集蓄电池的端电压、温度以及充电电流等状态信息,送入DSP进行分析和处理,得到相应的控制信号,控制主回路中功率器件的通断,从而实现蓄电池的智能充电,同时通过电力电子功率变换器内部电能变换,实现先恒流、后恒压的蓄电池理想充电特性。采用这种电源结构,能够有效地提高系统的工作频率,减小开关损耗。
1 充电器主电路结构
图1 矿用高频铅酸蓄电池充电器主电路
充电器主电路如图1所示。该高频铅酸蓄电池充电器主电路采用IGBT高频功率器件设计的多环节功率变换电路,含工频整流器、IGBT单相逆变器、高频隔离变压器和高频快速整流器。其工作原理为:主电路输入为三相AC380V/50Hz或三相AC660V/50Hz工频正弦波电压,经过EMI滤波、不可控整流桥为IGBT逆变器提供直流电压,逆变器输出交流电压经高频变压器耦合,然后以单相全桥不控高频整流及LC滤波作为输出级为蓄电池充电。输出电压DC0-300V连续可调,输出电流可达120A,适用于不同容量的铅酸蓄电池。由于本系统为频率
20KHz的大功率变换器,因此电路采用IGBT作为主功率开关器件,它兼有MOSFET和GTR的优点,是比较理想的开关器件。超微晶铁芯的高频变压器实现了一次侧、二次侧能量的耦合,即实现了逆变器产生的幅值为AC510V/20kHz或AC900/20kHz的高频方波电压至幅值为AC300V/20kHz高频方波电压的变换,同时实现了输入输出的电隔离,变压器原边采用等匝数的双绕组N1和N2,通过对两只互锁的接触器KM1、KM2的控制来完成绕组N1和N2的串、并联来实现输入电压两种制式的有效切换,当输入电压为AC380V,断开KM1且闭合KM2,使得N1和N2并联,当输入电压为AC66