基于PWM技術(shù)蓄電池充放電與檢測系統設計

摘要：為解決傳統蓄電池充放電裝置功率因數低、高諧波污染等不足，針對電力機車(chē)用15 kVA蓄電池，設計了基于PWM整流逆變技術(shù)的蓄電池充放電裝置與檢測監控系統。裝置用作充電電源時(shí)，采用電流雙閉環(huán)控制系統，實(shí)現分階段恒流模式或恒壓模式充電；用作蓄電池放電試驗的負載時(shí)，將能量回饋電網(wǎng)，通過(guò)SPWM調制可實(shí)現放電功率的靈活調控。試驗及檢測結果表明該裝置具有能量雙向流動(dòng)、網(wǎng)側電流正弦化、功率因數高、功率靈活調控的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：脈沖寬度調制；蓄電池充放電裝置；蓄電池檢測系統；三相PWM整流器

0 引言
電力機車(chē)用蓄電池承擔著(zhù)機車(chē)升弓前為輔助系統供電的任務(wù)，蓄電池的質(zhì)量顯得至關(guān)重要。目前電力機車(chē)用蓄電池充放電裝置大多使用傳統的相控整流充電技術(shù)，雖然技術(shù)成熟、價(jià)格低廉，但調節周期長(cháng)、動(dòng)態(tài)響應慢、功率因數低，諧波污染也比較大，易造成對電網(wǎng)的污染。為保證質(zhì)量，電力機車(chē)用蓄電池在出廠(chǎng)前需要進(jìn)行老化試驗。目前的出廠(chǎng)測試老化試驗大多使用水泥電阻等能耗型負載充當被試電源產(chǎn)品的負載。能耗型負載雖然成本低廉，但能量被白白消耗掉，會(huì )造成電能的大量浪費。
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，功率因數大，能實(shí)現恒流或恒壓充放電以及實(shí)現負載大小靈活調節，并能將試驗過(guò)程中的能量反饋回電網(wǎng)，實(shí)現了能源的再利用。

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)現能量的雙向流動(dòng)，根據電網(wǎng)的不同，可以采用單相或三相PWM脈沖整流器。系統原理如圖1所示。

和實(shí)際直流電壓Vdc比較后的誤差信號送入P1調節器，PI調節器的輸出即為主電路交流輸入參考電流的幅值，比較得到電流誤差后，對電流誤差進(jìn)行PI調節，用以減緩電流在動(dòng)態(tài)過(guò)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(guò)SPWM調制算法即可生成相應6路驅動(dòng)脈沖控制三相整流橋IGBT的通斷，間接地控制網(wǎng)側電流，實(shí)現網(wǎng)側功率因素的調節。