单相高功率因数蓄电池充放电装置的研究与实现

摘要

近年来，蓄电池在单相系统中被大量使用，而传统的充放电装置存在诸多问题，例如:谐波污染，功率因数较低，充电装置与放电装置分离等。由于这些问题，需要开发适合单相系统使用的蓄电池充放电装置。目前，对蓄电池充放电装置的研究主要集中在三相系统和直流系统中，对单相系统的充放电装置研究比较少。针对这一现状，本文研究了由单相电压型整流器(Voltage Source PWM Rectifer-VSR)和双向Buck/Boost变换器组成的单相两级能量转换充放电装置，主要内容如下:
　　(1)选择单相VSR作为充放电装置的前级，使装置在单位因数工作以及为装置后级提供稳定的直流电压。针对单相系统无法直接利用d-q理论的不足，采用基于旋转坐标系的简化电流环的双闭环控制方法，这种方法能够较好的实现装置的要求。采用工程设计法完成电流内环、电压外环的控制参数设计，并设计了主电路电感、电容参数的设计。在MATLAB/Simulink软件平台上进行了单相VSR在装置中的充电、放电的仿真及分析，并进行了实验验证。
　　(2)选择双向Buck/Boost变换器作为充放电装置的后级，针对蓄电池充放电的特性，采用电流闭环控制实现蓄电池的恒流充放电，通过电流电压双闭环进行恒压充电，在频域中设计了相关控制参数，设计了电感、电容参数，并在MATLAB/Simulink软件平台上进行了双向Buck/Boost在装置中的恒流充电，恒压充电，及恒流放电的仿真，并在实验装置上进行了验证。
　　(3)搭建了单相高功率因数蓄电池充放电实验装置，选取TMS320F2808作为主控芯片，设计了装置的主控电路、IGBT驱动电路、电流电压采样电路，并完成了装置的主程序设计，中断程序设计及调节程序设计。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 蓄电池充放电方法的研究现状

1．3 蓄电池充放电装置的现状及发展

1．4 单相高功率因数充放电装置整体方案

1．5 本文主要研究内容及安排

第二章 充放电装置前级

2．1 充放电装置前级及工作原理

2．2 单相VSR的控制方法

2．3 单相锁相环

2．4 控制参数的设计

2．4．1 电流内环控制参数设计

2．4．2 电压外环控制参数设计

2．5 主电路参数设计

2．6 仿真分析

2．7 实验结果

2．8 本章小结

第三章 充放电装置后级

3．1 充放电装置后级拓扑及工作原理

3．2 控制方式与控制参数设计

3．2．1 恒流充电模式控制器设计

3．2．2 恒压充电模式控制器设计

3．2．3 恒流放电模式控制器设计

3．3 主电路参数设计

3．4 仿真分析

3．5 实验结果

3．6 本章小结

第四章 装置的软硬件设计

4．1 硬件结构整体框架

4．2 器件的选取和介绍

4．2．1 功率开关器件

4．2．2 主控芯片

4．2．3 蓄电池及其充放电参数

4．3 DSP主控电路设计

4．3．1 电源与复位电路

4．3．2 电平转换电路

4．4 IGBT驱动电路的设计

4．5 信号检测与采样调理电路

4．6 控制程序设计

4．6．1 主程序设计

4．6．2 中断程序设计

4．6．3 调节程序设计

4．7 装置实物图

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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致谢