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一种电力驱动装置的研究

张龙  
【摘要】: 本文研究了一种以蓄电池为电源的电力驱动装置的原理和结构。该驱动装置具有大电流,大力矩短时工作的特点。针对普通蓄电池作能源的驱动装置在大电流工作条件下损害电池寿命和不能实现电池的安全充电的问题,提出了采用DC-DC变换器作驱动装置中间级的方案。该方案在保持驱动装置工作特性的前提下能有效保护蓄电池并实现能量的安全回馈。为完成该驱动装置的设计,分别对三相无刷直流电机的控制,DC-DC变换的拓扑分析和选择,蓄电池充放电管理等二个方面进行了研究。 在三相无刷直流电机的控制原理中,分析了三相无刷直流电机的等效电路,详细研究了无刷直流电机的电子换相原理,并以此延伸分析了无位置传感器情况下的无刷直流电机的换相方法。 文中还对适用于该装置的DC-DC拓扑进行了分析,经过充分比较选择了Buck电路和Boost电路两种拓扑作为该DC-DC变换器的工作拓扑。然后重点对同步整流的Buck电路进行了分析,提出该电路的三种工作模式,即Buck电流连续工作模式、Boost电流连续工作模式和混合工作模式,为在该装置中将放电和充电两个回路的整合找到了一种可行的方案。 蓄电池的充放电管理和保护是该驱动装置的主要功能之一。通过对密封铅酸蓄电池(VRLAB)的电化学原理和影响蓄电池充放电寿命的主要因素的研究。提出在该装置中对蓄电池的充放电进行限幅放电、即时充电,长期保养的管理方式。并根据该装置的具体运行状态特点提出了装置中蓄电池的工作模式。 在上述研究的基础上,本论文设计了整套驱动装置和控制系统。并成功制作出工程样品。实验数据和实际使用情况表明,该装置达到了设计的目的,在实现了大电流、大力矩驱动的同时实现了蓄电池的限幅工作和恒压限流充电。该装置的设计的思路和控制策略对进一步实现数字化和智能化控制也奠定了基础。


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