矿用智能充电机的研究与应用

发布时间：2020-06-20 03:52

【摘要】：目前在煤矿应用的煤矿蓄电池电机车配套的蓄电池充电机大都仍采用变压器加相控整流的方式,该充电机存在充电时间长、效率低、设备体积大、充电过程需人员根据充电时间或蓄电池的析气状况切换充电过程等缺点,在实际使用中经常造成电池过充与欠充,对电池的使用寿命产生一定的影响。因此对充电机研究具有重大的理论和现实意义。本课题以山西华鑫电气有限公司矿用高频智能充电机项目研发为背景,首先研究与分析充电机的设计参数,给出了基于软开关技术的矿用充电机总体设计方案。文中重点分析了方案中的移相全桥拓扑结构的软开关工作过程,对主回路器件进行参数计算与选型。其次,根据蓄电池的传统充电方法的优缺点采用了间歇型三阶段充电法的充电策略。该充电策略可以较好的贴合铅酸蓄电池的马斯充电曲线,在铅酸电池的充电起始阶段采用大电流充电,这样可以在较短的时间内将电池的电量充至50%-60%,当第一阶段充电过程完成停充一段时间后自动转换到第二阶段,第二阶段的充电电流比第一阶段稍小,同样当第二阶段充电完成时停止充电一段时间开始第三阶段的充电,第三阶段为恒压浮充,三个阶段完成后充电机可自动停止充电,充电过程结束。各阶段切换过程中停止充电一段设置的时间,这样可以减少由于恒流充电时所导致的蓄电池极化现象,从而可以增大蓄电池接受的再次充电时的充电电流,这样便可以缩短充电时间,达到快速充电的目的。再次,根据控制要求对充电机的控制电路进行了软硬件的设计。控制电路以ARM芯片STM32F103VCT6为控制核心,通过对铅酸蓄电池的电压、充电电流等模拟量信息采样后送入ARM进行分析与计算,通过UC38895芯片控制PWM电路的工作状态,实现智能化充电。充电机程序采用模块化的设计方法,设计了包括主程序、充电控制、防反接、人机交互、Modbus通信等子程序。最后,为了测试该充电机的性能,样机对15吨蓄电池机车的配套电池进行了充电测试,测试数据表明,充电时间较传统充电机的充电时间减少了大约15%,充电的效率由70%提升至90%,且充电过程无需人员看守,自动切换充电过程,实现了蓄电池的高效与快速充电。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM910.6;TD61
【图文】：

波形图,充电机,主回路,波形图

工作状态就可以表达整个逆变桥的工作状态。在这我们件为理想器件；3 4, ;lead lag c c c c2lk l ，其中 k 代表高频变压器主副绕组变比图 2-1 充电机主回路原理图Figure 2-1 Charger Main Circuit Principle

原理图,充电机,主回路,原理图

2 充电机的总体方案设计泛应用。由于本文所设计的防爆充电机功率较大，开关器件的发热量大，再加械结构为防爆结构不利于散热，为降低充电机的整体温升，主回路拓扑结构采关方式的移相全桥逆变器。根据图 2-1 可知，V 为输入电压，V1-V4为 H 桥的开关管，V1-V4为V1-V4IGBT 自带的反并联二极管，1-4是 IGBT 开关管的T1是逆变回路输出的高频变压器，L 是高频变压器的漏感与滤波用的电抗器，频变压器二次绕组输出整流全桥用的的整流全桥用的二极管，L0是直流输出用器，0表示用于充电机输出电压的滤波电容。因为逆变全桥的 IGBT 触发脉冲V3、V4超前一角度，所以我们一般称V1、V2为超前臂，V3、V4为滞后臂。在移个工作过程可分为12个工作状态，前六个状态与后六个状态具有对称性，因此只分析前六个工作状态就可以表达整个逆变桥的工作状态。在这我们需要几个(1)主回路的器件为理想器件；(2)1 2 3 4, ;lead lagc c c c c c(3) 20 lkl k l ，其中 k 代表高频变压器主副绕组变比

【参考文献】