基于机车蓄电池组充放电装置用三相PWM整流器的研究

摘 要：为弥补目前机车蓄电池组充放电装置存在的不足，响应国家低碳环保的号召，我们研制出了一种蓄电池组充放电装置。文章主要对该蓄电池组充放电装置使用的三相电压型PWM整流器的硬件构成及控制策略进行研究分析。实验结果表明，与传统整流器相比，该整流器能够很好地改善网侧电流波形，抑制谐波，提高系统动静态性能，因而使蓄电池组充放电装置具有更优良的节能效果。

关键词：蓄电池组；充放电；三相PWM整流器；装置；TMS320F2812

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 06-0013-01

随着电力电子技术及自动控制技术的发展，蓄电池组作为一种储能设备，在国民经济的各个部门都得到了越来越广泛的应用，因此对蓄电池组的维护显得越来越重要。以前的充放电装置有网侧功率因素低、动态反应慢、充电功能与放电功能没有整合、采用假象负载的耗能放电的缺点，造成电能的大量浪费。为弥补这些缺陷，我们对三相PWM整流器进行研究分析，设计出一种高效、高功率、节能环保的蓄电池组充放电装置。

一、系统硬件构成

（一）蓄电池组充放电装置的硬件构成。蓄电池组充放电装置的硬件系统结构框图如图一所示。

（二）三相电压型PWM整流器。三相电压型PWM整流器的主电路图如图二所示。通过整流和逆变两种工作状态，实现能量的双向传递。通过控制PWM交流侧电压的大小和网侧电压间的相位差，实现对功率因数的调节。

（三）DC/DC变换器。完成PWM整流器直流侧电能与蓄电池组之间的电能转换，保证装置在充放电过程中对电流、电压和时间的控制要求。

（四）F2812控制系统。系统以控制芯片TMS320F2812作为核心部件，用来处理反馈信号、进行AD转换和DC/DC变换、产生PWM整流器控制脉冲、监视和控制装置的运行状态等。

二、蓄电池组充放电装置系统的控制

PWM整流器控制系统框图如图三所示。

图三中，系统采用了内环（交流电流环）和外环（直流电压环）双环控制。内环的作用是提高系统的动态性能和实现限流保护，外环的作用是保证直流侧电压的稳定。

控制策略简单介绍如下：外部硬件检测所需信号，并利用电流传感器把检测到的信号转换成TMS320F2812的A/D转换口所接受范围内的模拟信号，A/D转换、坐标变换、PI调节等核心控制任务均由DSP芯片完成，最后输出6路PWM驱动脉冲信号。控制系统的控制功能主要由软件完成。

三、试验与结论

我们研制成功一台蓄电池组充放电装置，该装置运用三相电压型PWM整流器控制。具体参数如下：整流器交流侧输入三相380V电压，经变压后输出三相167V，频率50Hz的交流电压，中间直流电压为额定300V，主电路采用200A/600V的低损耗IGBT模块整流桥，控制电路采用TMS320F2812。

（一）试验波形。1.充电工况试验波形如图四所示。CH1：b相网压波形；CH2：b相网流波形；CH3：a相网压波形；GH4：a相网流波形。2.放电工况试验波形如图五所示。CH5：b相网压波形；CH6：b相网流波形；CH7：c相网压波形；CH8：c相网流波形

（二）结论。采用三相电压型PWM整流器设计的蓄电池组充放电装置大大减少了装置运行时对电网的污染，其回馈电能的放电模式避免了放电时的电能损耗，绿色环保又低碳，具有很好的社会服务效益和市场推广价值。

参考文献：

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