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矿用动力电池双馈型PWM充电器的研究

钱会发  
【摘要】:随着工业自动化的飞速发展,其装备制造的最新成果辐射了各行各业,其中煤炭行业也在不断进行生产装备的更新与升级。众所周知,我国煤矿工人在开采过程中频繁遭遇水害及瓦斯爆炸等灾难,导致煤矿环境十分复杂恶劣,为了保障矿用电机车、井下辅助运输设备等装备的正常及安全运行,需要对矿用动力电池进行合理的设计,使其具有隔爆、可靠及稳定等特点,从而保障煤矿装备的高效运行及工人的生命安全。针对能源短缺以及大量化石能源应用造成的环境污染,众多厂家出产了多种型号的动力电池,使其在储能电站和矿用电机车等领域得到了广泛使用。与其他动力电池相对比,矿用动力电池的设计标准更加苛刻。现有的矿用动力电池需要配备众多的充放电装备,在投入运营之前需要进行数次充放电测试以进行容量估测。应用在大功率场景时矿用动力电池充电设备,内部使用的晶闸管采用相控整流方法,导致了设备体积庞大及可靠性低等问题的频繁出现;另外放电设备通常需要经过一级功率转换,并联大功率电阻,致使电能以热能的形式消耗,与当今社会所提倡的节能环保理念不符。因此本文采用三相电压型PWM整流器结构,并建立数学模型,研究其控制方法。从实用性考虑选取空间矢量控制算法。后一级采用双向全桥变换器,与其相应的工作模式,使用电压、电流双闭环PID控制和移相控制算法,设计了矿用动力电池,使其实现了能量可双馈的功能。对于动力电池的充电方式的研究,提出智能化分段式充电方式。利用simulink软件对矿用动力电池双馈型PWM充电器系统,进行了分部的仿真验证,证明本文设计方案的合理性。同时验证了相应的控制算法可靠性。结合动力电池体积小、功率低、无污染及智能化等优势,将其应用在矿用电机车、不间断电源及后备能源储存装备当中,具有实现充电器装置轻量化以及能量回馈的重要意义。


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