基于全桥移相直流变换器的组合式充电电源

摘要

电机车作为一种轨道车辆运输设备在诸多行业中得到了广泛的应用。近年来在采矿业中,由于生产安全的需要,用蓄电池电机车替代架线式电机车成为技术改造的热点,而充电机是蓄电池电机车所必须的配置。目前使用的电机车充电机主要采用可控整流技术,它体积大、谐波含量高、功率因数低。为克服上述缺点,亟需研制一种基于高频开关变换技术的高性能充电电源。
　　矿用电机车充电机的工作电压为三相660V且工作环境中瓦斯含量很高,容易发生爆炸,所以必须将充电机完全密封。这就对充电机的结构设计提出新的要求,既要满足高电压的标准,又要满足高频、高效的要求。为了解决高电压问题,提出了采用组合式变换器单体串并联的系统结构方案。为提高单体效率,对不同的变换器拓扑进行对比分析,采用一种带箝位二极管和辅助电感的移相全桥软开关拓扑,详细分析了其工作原理,设计了具体电路,对电路相关器件及有关参数进行了选择和计算,并用PSPICE软件对单体工作过程进行了仿真。
　　针对多个变换器单体串联时可能会出现的输入电压不均的问题,在充电机的输入直流侧引入了均压前馈控制。分别设计了基于PI环和单片机的均压控制电路,并对两种控制电路的工作原理和优缺点进行了对比分析。设计了独立电流内环和公共电压外环以实现恒流限压的输出特性,通过分析电流内环的幅频特性和相频特性对PI参数进行了计算。
　　结合充电机的充电要求,利用PIC单片机实现了充电机的智能控制,使充电机能够按三阶段充电法进行充电。
　　研制了一台两单元充电电源样机并对其进行了实验测试。测试结果表明:变换器单体间能够实现输入电压的均压;在1/4载到满载区间内变换器单体效率不小于96％,利于充电机在密封条件下的正常工作;输出电压和输出电流波动率不大于10%,符合充电机对输出电压、电流纹波的要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 电机车充电电源技术的研究现状

1.3 直流全桥软开关变换技术的发展概况

1.4 课题主要研究的内容

第2章 电机车充电电源的系统结构

2.1 电机车充电机的主要指标要求

2.2 充电电源总体结构

2.3 均压电路控制方案

2.4 输出特性控制方案

2.5 本章小结

第3章 变换器单体主电路的分析与设计

3.1 变换器工作原理分析

3.2 变换器工作特点分析

3.3 变换器单体主电路设计

3.4 变换器主电路仿真

3.5 本章小结

第4章 单体组合电源的输入/输出特性控制

4.1 输入均压控制电路的设计

4.2 输出特性控制电路的设计

4.3 充电控制策略

4.4 本章小结

第5章 充电电源样机实验分析

5.1 样机测试平台

5.2 变换器单体测试

5.3 单体组合电源测试

结论

参考文献

声明

致谢