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    山東圣陽電池充電方式與充電整流器

    山東圣陽電池充電方式與充電整流器
      圣陽蓄電池是一種將電能變換為化學能再將化學能變換為電能的直流電源,也是一種可以再充電和重復運用的電池。特別是在UPS中,蓄電池是其重要的組成部分,沒有蓄電池也就失去了UPS存在的意義。在電力電子體系中,蓄電池有著廣泛地運用,本文以閥控式鉛酸蓄電池為要害,介紹蓄電池充電和充電用整流器。
    1    蓄電池的類型
      現在,運用較多的蓄電池首要有三大類:閥控式鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池和防酸隔爆蓄電池。它們的技能功用對比見表1。
    2   蓄電池的充電辦法"
    (1)蓄電池的充電性質
    在每類蓄電池中,充電可分為三類(不才面的說明中,凡是提及蓄電池電壓均以單體電壓為2V的閥控式鉛酸蓄電池為例):
    ①浮充電
     浮充電是指蓄電池在為負載供給電能的一起,進行補償充電。要求浮充電壓有較高的安穩度,在單體電壓為2V時,每格圣陽蓄電池的浮充電壓應按電池出產廠商所在國的規范選擇:
    ——在我國規范《YD/T799—2002通承諾閥控式密封鉛酸蓄電池》中規矩,浮充電壓為2.20~2.27V(TA=25℃);
    ——在我國規范《YD/T1360—2005通承諾閥控式密封膠體蓄電池》中規矩,浮充電壓為2.23~2.27V(TA=25℃);
    ——國外廠商對閥控式密封鉛酸蓄電池浮充電壓的規矩:
    山東圣陽:2.25~2.30V;
    美國圣帝:2.23~2.27V;
    美國GNB:2.25V;
    德國哈根:2.27±0.02V;
    英國來根:2.27V。
     浮充電壓的選擇不能過高,也不能過低。浮充電壓過高,電池簡略呈現熱失控、失水、均勻性變差等現象;浮充電壓過低,會構成電池充電時間加長、充電短少、加重極板硫酸鹽化等不良后果。
    ②均衡充電
      關于浮充電的圣陽蓄電池來說,每隔2~3個月要對蓄電池進行一次均衡充電。均衡充電時,有必要堅持電壓安穩充電,充電電壓上升到2.26~2.40V,堅持幾個小時,并隨時攪拌電解液;
    ③補償電
      關于某些蓄電池(例如蓄電池機車用蓄電池)來說,在作業一段時間往后,需求對蓄電池補償電能。此刻,假定按規矩的浮充電壓進行充電,則需求很長的充電時間。為了縮短充電時間,在短時間內以略高于規矩的浮充電壓進行快速充電,然后再恢復到規矩的浮充電壓進行正常充電。
    (2)蓄電池充電用整流器的充電辦法
      蓄電池充電用整流器的充電辦法有穩流、穩壓等多種辦法,廣泛選用的是穩流/穩壓充電辦法和充放電/快速充電辦法。
    ①穩流/穩壓充電辦法
      這是一種最常用的蓄電池充電辦法。一般是先按穩流充電辦法進行充電,當圣陽蓄電池發作氣體時,再轉入穩壓充電辦法。穩流/穩壓充電辦法對充電電源的要求是:
    ——在蓄電池放電完畢后,能將電源電壓調度到浮充電壓和均衡充電電壓;
    ——輸出電壓-電流特性應具有下垂特性,可以綁縛過流;
    ——要求有必定的穩壓精度,如在浮充電時,輸出電壓的安穩度應優于±1.5%。
    此類充電辦法可選用橋式晶閘管整流器或高頻開關穩壓電源。
    ②充放電/快速充電辦法
      關于初度運用或許需求做安-時容量測定的蓄電池,需求先將蓄電池中的電能放掉,再進行浮充電。此類充放電辦法可選用橋式可逆變晶閘管整流器。蓄電池放電時,整流器作業在逆變情況,將蓄電池放電的電能饋送到電網。蓄電池充電時,整流器作業在整流情況。
      快速充電辦法是運用可控器件的開關作用,在蓄電池充電過程中,空位地短時間大電流放電,以消除充電過程中極化作用,跋涉充電才調,以較短的時間完畢充電。橋式可逆變晶閘管整流器可用于蓄電池的快速充電辦法。
    3    蓄電池充放電用橋式可逆變晶閘管整流器
      依據蓄電池充放電辦法的要求,蓄電池充放電用整流器應具有逆變放電和穩流/穩壓充電的功用。圖1為圣陽蓄電池充放電用三相全橋式可逆變晶閘管整流器的原理圖。
      在用于蓄電池放電時,轉換開關S1閉合,S2一起斷開(S1和S2連鎖),與此一起,觸發器輸出的晶閘管VT1~VT6的觸發脈沖相位于大于90°的規模,整流器作業于逆變情況,蓄電池放電并向電網饋送電能。
      在用于蓄電池充電時,轉換開關S2閉合,S1斷開,整流器作業在整流情況。調度給定調度器RP和轉換開關S0,使整流器用于浮充電、補償電或均衡充電。
    ,D7為續流二極管,為電感器L供給續流通路,以防止電路斷流時發作電壓過沖;L為滑潤濾波電抗器。因為蓄電池是一種反電勢負載,參與電抗器L后,能使負載電流堅持接連;RV為壓敏電阻,用于吸收直流電路中發作的電壓過沖;Rf為電壓反應取樣電阻。
    4    高頻逆變電源用于蓄電池的充放電
      高頻逆變電源的效率高、動態特性好、體積小,而且具有雙向傳輸功率的功用,可以替代晶閘管整流器用于蓄電池的充放電。
      在高頻逆變電源中,為了減小體積和重量,往往不必輸入工頻變壓器。這樣,工頻整流的直流輸出電壓經Buck降壓逆變電路可以作為小容量蓄電池的充放電電源。比如,在小容量UPS中,蓄電池組的額外電壓一般在120V左右,浮充電壓一般不會跨過140V。所以,選用單相溝通無隔絕輸入變壓器的降壓式逆變電源可滿足小容量蓄電池充放電的要求。但關于大容量蓄電池來說,要求充電電壓為幾百伏,充電電流可達幾十安以上,降壓式逆變電路無法滿足要求。假定選用高頻逆變電源用于大容量蓄電池的充放電,有必要選用Boost升壓式逆變電路。為了獲得大的充電電流,而且防止電網三相供電不平衡,應選用三相橋式逆變電路。
      高頻逆變電源多選用脈寬調制(PWM)控制辦法。依據調制信號波形的不同,PWM控制辦法可分為直流脈寬調制(DPWM)和正弦波脈寬調制(SPWM)兩大類。兩者的首要差異在于參看電壓的波形,前者調制電壓為直流電壓,后者調制電壓為正弦波溝通電壓。DPWM因其結構簡略和控制便利,廣泛用于小容量的方波輸出的UPS中。關于中、大容量的UPS來說,通常要求正弦波輸出,應選用SPWM。在SPWM中,正弦波調制電壓與電網電壓同步,其頻率為50Hz,而載波(三角波或鋸齒波)頻率為8~40kHz,輸出電壓中基本上不含低次諧波,輸出電壓中的諧波為幾千赫以上的高次諧波,這樣,可以大大下降濾波器的規范和重量。關于SPWM來說,已有許多的SPWM控制器集成電路可供選用。
      原則上,各種型式的開關電路均可作為高頻逆變電源的主電路。一般情況下,小容量蓄電池充放電用高頻逆變電源的主電路多選用推挽式逆變電路,而中、大容量圣陽蓄電池充放電用高頻逆變電源的主電路多選用三相全橋式逆變電路。
    表2給出了高頻逆變電源與晶閘管相控整流電源的功用比較。
    5    快速充電用晶閘管整流器
      在充電過程中,運用停充空位來消除電解液的濃差,用短時間大電流放電,以消除充電過程中極化作用,跋涉充電才調,以較短的時間完畢充電。蓄電池快速充電的電流波形如圖2所示。圖中,ID為充電電流;IF為放電電流;t1為充電時間,最長可達3s;t2和t4為停充的空位時間,各為200ms左右;t3為脈沖電流放電時間,最長可達100ms。
    圖3為快速充電用晶閘管整流器主電路的原理圖。圖中虛線內為晶閘管直流開關放電電路。
      當需求放電時,控制信號觸發晶閘管VT7和VT8,令其導通,蓄電池經過L向電阻R放電,一起給電容C充電(因VT8導通,C與R并聯)。當C上電壓不再上升時,充電電流十分小,流經VT8的電流小于其堅持電流時,VT8自行關斷。在需求接連放電時,控制信號觸發VT9,令其導通,電容器C經過VT9放電,使VT7關斷,蓄電池放電通路被堵截,放電接連。與此一起,控制信號觸發UR中相應的晶閘管,UR處于整流情況,給蓄電池充電。該電路中,電容器C的放電電流用來關斷晶閘管VT7,C的容量(μF)應滿足下式:
    CE≥IFtoff                (1)
    式中E—蓄電池電壓(V);
    IF—放電電流(A);
    toff—晶閘管VT7的關斷時間(μs)。
    為了VT7的可靠關斷,一般取CE=2IFtoff,則
    從式(2)可以看出,在蓄電池電壓E比較低時,電容器C的容量很大,所以,該直流開關電路適用于圣陽蓄電池電壓較高的情況。

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