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直流系统基本原理探讨

发布时间：2012-03-01

中心议题：
  • 直流系统基本原理探讨
解决方案：
  • 防止外部电源倒灌充电机
  • 通过对硅链的自动控制，调整控制母线的输出

 1 引言

直流充电机系统根据其整流方式可以分成相控式充电机和高频?？槭匠涞缁?，二者各有千秋。相控式充电机是一项使用时间长，技术非常成熟的产品，其特点是运行稳定，输出功率大，但是这类充电机输出精度低，自动化程度低，许多参数需要在平时运行过程中调整。高频?？樽槠潦蔷攀甏⒄蛊鹄吹囊幌钚录际?，其特点是组屏简单，输出精度高，维护方便，自动化程度高。经过近二十年的发展，各方面都在不断完善，现在是一种日趋成熟的产品，而且应用日渐广泛，初步取代相控式的地位。下面就这两类充电机的基本原理作一详细介绍。

2 相控式充电机系统原理

相控式充电机系统原理图如图1所示。相控式充电机的核心技术包括触发脉冲形成、可控硅整流、电感电容滤波、稳压稳流、限流过流?；?、过压欠压告警等。以下介绍相控式充电机系统各部分的工作过程。

图1相控式充电机系统原理图
2.1交流部分

三相市电380V交流，首先经过隔离变压器。隔离变压器有三个作用：首先，对可控硅的交流输入进行降压隔离；其次，产生同步电压；然后，给后级控制回路提供辅助电源。根据脉冲触发电路的不同，变压器线圈绕接方式也有差异，有Y/△1，Y/△11等。从变压器的二次输出的交流电源，在进入可控硅之前，经过一次阻容吸收，以吸收交流尖峰，从而净化输入。在可控硅前级，串入三个?；と鄱掀?。

2.2可控硅整流部分

随着现代集成技术的发展，功率大、体积小的可控硅?？槿〈嗽吹牡ピ煽毓瑁话阋桓銮疟凼且桓隹煽毓枘？椋隹煽毓枘？樽槌梢桓鋈嗳厍牛偌由弦桓鲇行鞫芎透衾攵茏槌傻亩苣？椋妥槌闪顺涞缁恼鞑糠郑?），虚线框内表示为一个模块。照下面的接线方式，可控硅的触发顺序为V1、V2、V3、V4、V5、V6。

图2充电机的整流部分

2.3滤波部分

从可控硅整流出来的直流，波形并不是直线，还有很多交流成分，必须经过滤波。因此，在后级串入一个电感，并且并上一只电容和电阻，这样，直流纹波就非常小了。

2.4充电机输出采样部分

采用可控硅作为整流器件的直流系统，对输出的控制是通过改变可控硅的移相角来实现的，因而需要有采样作为反馈，因此，在滤波回路的后面，串入一个电流传感器，获取输出电流采样，并入一个电压传感器，获取电压采样。在控制电路中，主要的输出调节电路是一个比例积分电路，电压采样和电流采样可以分别作为它的一个输入分支，比例积分电路的输出端直接与脉冲触发电路的一个控制管脚相连，这样，通过内部逻辑回路的切换，轻松实现充电机输出的稳压或稳流。从而在电流传感器后端，输出的已经是稳定的直流。
 
2.5输出负荷部分

图中VD3的作用是一个逆阻二极管，防止外部电源倒灌充电机。二极管后边的开关就是充电机输出开关。从这里出去的直流分为三路：一路去电池，一路去动力合闸母线，另一路为控制母线提供前级电源。

2.6调压及母线采样部分

通常，比如DC220V直流系统，所配备的蓄电池组，浮充电压在243V以上，对于大多数控保护元器件，这个电压已经超出其额定电压范围。因此，在回路中串入一个调压装置。通过对硅链的自动控制，调整控制母线的输出，使其稳定在220V输出。给控制负荷提供安全电源。在控制母线上也有一个电压采样，用来采集控制母线电压。一方面给调压装置提供电压反馈，另一方面为控制母线的电压状态监视提供比较电位。
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2.7电池采样部分

在电池充电回路，串有一个电流传感器，并有一个电压传感器，电流传感器为电池的充电电流控制提供反馈，电压传感器为电池的充电电压控制提供反馈。

合闸母线为动力负荷提供电源。因此，负荷大，工作时瞬间输出电流大，需要直接从蓄电池提供能量，因此，动力负荷一般直接和蓄电池组相连。

3 高频?？槭匠涞缁低郴驹?/strong>

高频模块式充电机系统基本原理如图3所示。

图  3  高频?？槭匠涞缁低郴驹硗?/div>
   由高频?？樽槌傻某涞缦低?，在系统原理上和相控充电机一样。但是，他们还有以下几方面的区别。

⑴　由于高频?？榫哂辛己玫氖淙牍费购褪涑龉费贡；?，而且具有良好的限流功能，因此，在输入侧和输出侧不需另加熔断器?；ぁＳ捎诟咂的？楸旧砭哂械缪沟缌飨允竟δ埽壹嗫仄饕部梢韵允鞠低持械钠渌问?，因此，在高频系统中，相控系统中常用的表记也可以省略。

⑵　在由高频?？樽槌傻南低持校话慊剐枰涮准嗫仄?，一方面控制高频模块的输出，另一方面，控制多个模块的并机工作，同时检测整个系统的其他数据。监控器一方面要和高频?？橥ㄑ?，另一方面也可以和其他设备进行通讯。

⑶　高频模块系统可以由多个?？椴⒒ぷ?，容易组成大型系统。同时，具有带电插拔功能，维护非常方便。而且，单个模块实际上就是一个完整的直流系统。

⑷　高频模块的内部原理框图如图4所示。单个高频?？楸旧砭褪且桓鐾暾闹绷飨低?。模块输出精度高，稳压精度、稳流精度、纹波系数都能达到0.5%以下。而且，转换效率高。高频?？槟诓坎捎酶咂当溲蛊?，体积非常小巧，省去了相控系统中笨重的隔离变压器。

图4高频?？槟诓吭砜蛲?/div> 4 结论

随着数字化改革的不断深入，数字化产品越来越推广普及，数字花产品会越来越受到欢迎。而且，随着大功率高频?？榈奈适?，高频充电机将以其无与比拟的优势，成为直流电源系统的主流产品。

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