- 直流系統(tǒng)基本原理探討
- 防止外部電源倒灌充電機
- 通過對硅鏈的自動控制，調(diào)整控制母線的輸出
1 引言
直流充電機系統(tǒng)根據(jù)其整流方式可以分成相控式充電機和高頻模塊式充電機，二者各有千秋。相控式充電機是一項使用時間長，技術(shù)非常成熟的產(chǎn)品，其特點是運行穩(wěn)定，輸出功率大，但是這類充電機輸出精度低，自動化程度低，許多參數(shù)需要在平時運行過程中調(diào)整。高頻模塊組屏是九十年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)，其特點是組屏簡單，輸出精度高，維護方便，自動化程度高。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，各方面都在不斷完善，現(xiàn)在是一種日趨成熟的產(chǎn)品，而且應(yīng)用日漸廣泛，初步取代相控式的地位。下面就這兩類充電機的基本原理作一詳細(xì)介紹。
2 相控式充電機系統(tǒng)原理
相控式充電機系統(tǒng)原理圖如圖1所示。相控式充電機的核心技術(shù)包括觸發(fā)脈沖形成、可控硅整流、電感電容濾波、穩(wěn)壓穩(wěn)流、限流過流保護、過壓欠壓告警等。以下介紹相控式充電機系統(tǒng)各部分的工作過程。
圖1相控式充電機系統(tǒng)原理圖
三相市電380V交流，首先經(jīng)過隔離變壓器。隔離變壓器有三個作用：首先，對可控硅的交流輸入進行降壓隔離；其次，產(chǎn)生同步電壓；然后，給后級控制回路提供輔助電源。根據(jù)脈沖觸發(fā)電路的不同，變壓器線圈繞接方式也有差異，有Y/△1，Y/△11等。從變壓器的二次輸出的交流電源，在進入可控硅之前，經(jīng)過一次阻容吸收，以吸收交流尖峰，從而凈化輸入。在可控硅前級，串入三個保護熔斷器。
2.2可控硅整流部分
隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的發(fā)展，功率大、體積小的可控硅模塊取代了原來的單元可控硅，一般一個橋臂是一個可控硅模塊，三個可控硅模塊組成一個三相全控橋，再加上一個有續(xù)流二極管和隔離二極管組成的二極管模塊，就組成了充電機的整流部分（見圖2），虛線框內(nèi)表示為一個模塊。照下面的接線方式，可控硅的觸發(fā)順序為V1、V2、V3、V4、V5、V6。
圖2充電機的整流部分
2.3濾波部分
從可控硅整流出來的直流，波形并不是直線，還有很多交流成分，必須經(jīng)過濾波。因此，在后級串入一個電感，并且并上一只電容和電阻，這樣，直流紋波就非常小了。
2.4充電機輸出采樣部分
采用可控硅作為整流器件的直流系統(tǒng)，對輸出的控制是通過改變可控硅的移相角來實現(xiàn)的，因而需要有采樣作為反饋，因此，在濾波回路的后面，串入一個電流傳感器，獲取輸出電流采樣，并入一個電壓傳感器，獲取電壓采樣。在控制電路中，主要的輸出調(diào)節(jié)電路是一個比例積分電路，電壓采樣和電流采樣可以分別作為它的一個輸入分支，比例積分電路的輸出端直接與脈沖觸發(fā)電路的一個控制管腳相連，這樣，通過內(nèi)部邏輯回路的切換，輕松實現(xiàn)充電機輸出的穩(wěn)壓或穩(wěn)流。從而在電流傳感器后端，輸出的已經(jīng)是穩(wěn)定的直流。
2.5輸出負(fù)荷部分
圖中VD3的作用是一個逆阻二極管，防止外部電源倒灌充電機。二極管后邊的開關(guān)就是充電機輸出開關(guān)。從這里出去的直流分為三路：一路去電池，一路去動力合閘母線，另一路為控制母線提供前級電源。
2.6調(diào)壓及母線采樣部分
通常，比如DC220V直流系統(tǒng)，所配備的蓄電池組，浮充電壓在243V以上，對于大多數(shù)控保護元器件，這個電壓已經(jīng)超出其額定電壓范圍。因此，在回路中串入一個調(diào)壓裝置。通過對硅鏈的自動控制，調(diào)整控制母線的輸出，使其穩(wěn)定在220V輸出。給控制負(fù)荷提供安全電源。在控制母線上也有一個電壓采樣，用來采集控制母線電壓。一方面給調(diào)壓裝置提供電壓反饋，另一方面為控制母線的電壓狀態(tài)監(jiān)視提供比較電位。
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2.7電池采樣部分
在電池充電回路，串有一個電流傳感器，并有一個電壓傳感器，電流傳感器為電池的充電電流控制提供反饋，電壓傳感器為電池的充電電壓控制提供反饋。
合閘母線為動力負(fù)荷提供電源。因此，負(fù)荷大，工作時瞬間輸出電流大，需要直接從蓄電池提供能量，因此，動力負(fù)荷一般直接和蓄電池組相連。
3 高頻模塊式充電機系統(tǒng)基本原理
高頻模塊式充電機系統(tǒng)基本原理如圖3所示。
圖 3 高頻模塊式充電機系統(tǒng)基本原理圖
由高頻模塊組成的充電系統(tǒng)，在系統(tǒng)原理上和相控充電機一樣。但是，他們還有以下幾方面的區(qū)別。
⑴ 由于高頻模塊具有良好的輸入過欠壓和輸出過欠壓保護，而且具有良好的限流功能，因此，在輸入側(cè)和輸出側(cè)不需另加熔斷器保護。由于高頻模塊本身具有電壓電流顯示功能，而且監(jiān)控器也可以顯示系統(tǒng)中的其他參數(shù)，因此，在高頻系統(tǒng)中，相控系統(tǒng)中常用的表記也可以省略。
⑵ 在由高頻模塊組成的系統(tǒng)中，一般還需要配套監(jiān)控器，一方面控制高頻模塊的輸出，另一方面，控制多個模塊的并機工作，同時檢測整個系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)。監(jiān)控器一方面要和高頻模塊通訊，另一方面也可以和其他設(shè)備進行通訊。
⑶ 高頻模塊系統(tǒng)可以由多個模塊并機工作，容易組成大型系統(tǒng)。同時，具有帶電插拔功能，維護非常方便。而且，單個模塊實際上就是一個完整的直流系統(tǒng)。
⑷ 高頻模塊的內(nèi)部原理框圖如圖4所示。單個高頻模塊本身就是一個完整的直流系統(tǒng)。模塊輸出精度高，穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)都能達(dá)到0.5%以下。而且，轉(zhuǎn)換效率高。高頻模塊內(nèi)部采用高頻變壓器，體積非常小巧，省去了相控系統(tǒng)中笨重的隔離變壓器。
圖4高頻模塊內(nèi)部原理框圖
隨著數(shù)字化改革的不斷深入，數(shù)字化產(chǎn)品越來越推廣普及，數(shù)字花產(chǎn)品會越來越受到歡迎。而且，隨著大功率高頻模塊的問世，高頻充電機將以其無與比擬的優(yōu)勢，成為直流電源系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。
