基于PWM技術(shù)蓄電池充放電與檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為解決傳統(tǒng)蓄電池充放電裝置功率因數(shù)低、高諧波污染等不足，針對電力機(jī)車用15 kVA蓄電池，設(shè)計(jì)了基于PWM整流逆變技術(shù)的蓄電池充放電裝置與檢測監(jiān)控系統(tǒng)。裝置用作充電電源時(shí)，采用電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分階段恒流模式或恒壓模式充電；用作蓄電池放電試驗(yàn)的負(fù)載時(shí)，將能量回饋電網(wǎng)，通過SPWM調(diào)制可實(shí)現(xiàn)放電功率的靈活調(diào)控。試驗(yàn)及檢測結(jié)果表明該裝置具有能量雙向流動(dòng)、網(wǎng)側(cè)電流正弦化、功率因數(shù)高、功率靈活調(diào)控的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：脈沖寬度調(diào)制；蓄電池充放電裝置；蓄電池檢測系統(tǒng)；三相PWM整流器

0 引言
電力機(jī)車用蓄電池承擔(dān)著機(jī)車升弓前為輔助系統(tǒng)供電的任務(wù)，蓄電池的質(zhì)量顯得至關(guān)重要。目前電力機(jī)車用蓄電池充放電裝置大多使用傳統(tǒng)的相控整流充電技術(shù)，雖然技術(shù)成熟、價(jià)格低廉，但調(diào)節(jié)周期長、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、功率因數(shù)低，諧波污染也比較大，易造成對電網(wǎng)的污染。為保證質(zhì)量，電力機(jī)車用蓄電池在出廠前需要進(jìn)行老化試驗(yàn)。目前的出廠測試?yán)匣囼?yàn)大多使用水泥電阻等能耗型負(fù)載充當(dāng)被試電源產(chǎn)品的負(fù)載。能耗型負(fù)載雖然成本低廉，但能量被白白消耗掉，會(huì)造成電能的大量浪費(fèi)。
本文研究了一種基于PWM逆變整流的新型蓄電池充放電裝置，能耗低，功率因數(shù)大，能實(shí)現(xiàn)恒流或恒壓充放電以及實(shí)現(xiàn)負(fù)載大小靈活調(diào)節(jié)，并能將試驗(yàn)過程中的能量反饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了能源的再利用。

1 蓄電池恒流／恒壓充放電裝置原理
本文蓄電池充放電裝置采用以電壓型脈沖整流器為核心的方案。PWM控制方式能方便地實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，根據(jù)電網(wǎng)的不同，可以采用單相或三相PWM脈沖整流器。系統(tǒng)原理如圖1所示。

和實(shí)際直流電壓Vdc比較后的誤差信號送入P1調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出即為主電路交流輸入?yún)⒖茧娏鞯姆?，比較得到電流誤差后，對電流誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，用以減緩電流在動(dòng)態(tài)過程中的突變。然后再與輸入電壓的空間矢量進(jìn)行比較控制，最后通過SPWM調(diào)制算法即可生成相應(yīng)6路驅(qū)動(dòng)脈沖控制三相整流橋IGBT的通斷，間接地控制網(wǎng)側(cè)電流，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因素的調(diào)節(jié)。