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电力工业
大功率全数字化开关充电机的研究与实现
铅酸蓄电池具有可循环再充电的特性,并具有成本低廉、使用安全、无污染等优点,在目前的工矿企业、交通运输等行业中的需求正日益扩大,功率等级越来越大。但是传统晶闸管相控整流的铅酸蓄电池充电技术具有充电时间长、铅酸蓄电池寿命低等多种缺陷,远不能适应现代生产和生活的需要,为此需要采用现代电力电子变换技术和控制技术,设计功能齐全和性能良好的充电机,适应节能与环保的时代主题。鉴于此,开展了以下针对煤矿蓄电池牵引运输工具为应用对象的充电机技术的研究工作: 对铅酸蓄电池的应用前景、充电机的发展现状与不足进行了详细的总结和分析,确立采用PWM变换器技术、具有全数字化、在线监测功能的新型开关模式大功率充电机的研究目标; 开关充电机的理论分析.分析了中间高频链路的DC-DC变换器的工作原理,采用PID控制理论来稳定直流电压,设计了有关PWM控制策略,并进行了基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析; 开关充电机的硬件设计.包括功率电路、控制电路以及人机界面与串行通讯电路在内的系统设计,功率电路主要包括整流电路、高频变压器、输出滤波电抗器等,控制电路主要包括PWM发生电路、IGBT驱动电路、I~2C总线电路等,在考虑成本、EMC、效率等因素后完成了相关的原理图绘制和PCB绘制等工作; 开关充电机的软件设计.包括软件设计的目标和程序结构的安排,主要功能模块包括增量式PID控制子程序、Modbus通讯的子程序、数据采集及处理子程序、充电工艺控制子程序、人机交互子程序、故障处理子程序等,采用C语言和汇编语言混合编程的方法完成了整个程序的编制和调试等工作; 开关充电机的系统调试.在硬件电路完成设计的各个阶段,逐渐编制相应的控制程序,并进行调试,并完成整个程序的编制和调试。系统调试中遇到了很多问题,如键盘消除抖动问题、PID控制参数匹配问题等,最终完成了30kW全数字化具有在线监测功能的新型开关模式大功率充电器样机,并在有关煤矿进行了实测和运行,效果良好,达到设计的目的; 开关充电机的输入功率因数改善设计.鉴于开关充电机的功率较大,在分析现有三相变换器功率因数校正的各种方法和相电流大于16A的IEC61000-3-12标准的基础上,尝试选择新型磁能恢复开关(MERS)串联补偿技术应用于三相不控整流器的功率因数校正中,并分析了磁能恢复开关的工作原理,涉及到不斩波型、PWM斩波型以及死区处理问题,并进行了详细的仿真分析和实验研究,初步完成了采用MERS的三相不控整流器的功率因数校正。
硕士论文
《上海交通大学》 2008年硕士论文

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