基于PWM技術(shù)蓄電池充放電與檢測系統(tǒng)設(shè)計

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，針對電力機車用15 kVA蓄電池，設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)。裝置用作充電電源時，采用電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)分階段恒流模式或恒壓模式充電；用作蓄電池放電試驗的負載時，將能量回饋電網(wǎng)，通過SPWM調(diào)制可實現(xiàn)放電功率的靈活調(diào)控。試驗及檢測結(jié)果表明該裝置具有能量雙向流動、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。
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
電力機車用蓄電池承擔著機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、價格低廉，但調(diào)節(jié)周期長、動態(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，電力機車用蓄電池在出廠前需要進行老化試驗。目前的出廠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(shù)大，能實現(xiàn)恒流或恒壓充放電以及實現(xiàn)負載大小靈活調(diào)節(jié)，并能將試驗過程中的能量反饋回電網(wǎng)，實現(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現(xiàn)能量的雙向流動，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，對電流誤差進行PI調(diào)節(jié)，用以減緩電流在動態(tài)過程中的突變。然后再與輸入電壓的空間矢量進行比較控制，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，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因素的調(diào)節(jié)。