[發明專利]三相橋式逆變大容量蓄電池充電裝置

有效

• 申請號: 200910133205.6
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101521402A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 蔡志偉;韓樹明
• 申請（專利權）人: 中國北車集團大連機車車輛有限公司
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02
• 代理公司: 大連非凡專利事務所
• 代理人: 閃紅霞

技術領域

本發明屬于直流電源技術領域，尤其涉及一種三相橋式逆變大容 量蓄電池充電裝置。

背景技術

大容量蓄電池充電裝置過去大多采用相控整流技術，功率器件采 用可控硅SCR和小容量的GTO、GTR功率器件，不僅效率低、能耗 大、功率因數低、輸出精度差，存在嚴重的過充電和析氣等現象，影 響電源的品質和蓄電池的使用壽命，而且由于控制回路與輔助回路需 要采用工頻變壓器隔離，電源的體積和重量都很大。隨著開關電源技 術和大功率電子開關器件迅速發展，直流電源裝置主要采用H橋逆 變、高頻變壓器隔離技術，而在鐵路機車上這種直流電源的輸入一般 為輔助變流器輸出的三相交流電壓或輔助變流器中間直流電壓，其電 壓值一般都很高，且變化范圍大，三相交流電整流成的直流電壓及輔 助變流器中間直流電壓一般都在530V～900V之間。因此在開關功率 器件上，一是采用高耐壓等級，中、大容量的IGBT，單相H橋逆變、 隔離、整流輸出；二是采用較低耐壓等級、小容量的IBGT或場效應 管，多路H橋逆變、隔離、整流并聯輸出；這兩種方式都具有高效 率、低能耗、高功率因數，高輸出精度的特點。但是，由于第一種方 式的開關頻率很難達到15K以上的頻率，一般在10K以下，因此隔 離變壓器和輸出電抗器會產生高頻噪聲，噪聲隨著輸出電流的增大而 增強。如果增大開關頻率到15K以上，IGBT熱損耗急劇增加、換流 惡化，產品的可靠性及壽命都會受到極大影響。第二種方式開關頻率 雖然可以到達20K以上，但小容量IBGT或場效應管的耐壓等級低， 因此當中間回路電壓較高時還必須采用雙管串聯，另外還需對多路電 源的輸出電流進行均流控制，系統選用的元件數量多，控制復雜，可 靠性也會受到影響。

在開關電源的主電路中經常會應用到單相半橋逆變電路，它的優 點是電路簡單，使用器件少。但是，輸出交流電壓幅值為Udc/2，直 流側需兩電容器串聯。另外，單相半橋逆變電路與單相H橋逆變電 路相比，輸出電壓是單相H橋逆變電路的1/2，在相同輸出功率的情 況下，變壓器的原邊電流是單相H橋逆變電路的2倍，在開關頻率 小于10KHz的情況下，變壓器和電抗器的噪聲會更大。

發明內容

本發明的目的就是克服上述現有技術之不足，提供一種在輸入電 壓值高、變化范圍大的條件下，采用高耐壓大容量IGBT管，而能夠 降低隔離變壓器及輸出電抗器高頻噪聲且控制簡單的三相橋式逆變 大容量蓄電池充電裝置。

本發明的目的是這樣現的：一種三相橋大容量蓄電池充電裝置， 由IGBT管及其PWM脈寬調制控制電路、隔離變壓器、整流二極管 和輸出電抗器構成，其特征在于IGBT管(Q1～Q6)和電容C1構成 三相橋式逆變輸入電路，整流二極管(D1～D6)、電抗器(L1)和電 容C2構成三相整流輸出電路，三相隔離變壓器(T1)將輸入電路和 輸出電路耦合起來。

此種充電裝置的第一種控制方法是：在三相橋式逆變輸入電路 中，SU、SV、SW的上橋臂的觸發信號相位差依次為120°，占空比 大于0，小于33.3％，SU、SV、SW的下橋臂的觸發信號與上橋臂的 觸發信號互補，且設置死區時間。

此種充電裝置還可以使用第二種控制方法：在三相橋式逆變輸入 電路中，SU、SV、SW的上橋臂的觸發信號相位差依次為120°，SU、 SV、SW的下橋臂的觸發信號相位差仍依次為120°，SU、SV、SW 的下橋臂的觸發信號與上橋臂的觸發信號相位差為180°，占空比 大于0，小于33.3％。

變壓器噪聲共有兩個聲源，一是鐵心，二是繞組。鐵心產生噪聲 的原因是構成鐵心的硅鋼片在交變磁場的作用下，會發生微小的變化 即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率的變化做周期性振動，振動 幅度隨勵磁電流的增加而增加。繞組產生振動的原因是電流在繞組中 產生電磁力，電磁力(和振動幅值)與電流的平方成正比，而發射的聲 功率與振動幅值的平方成正比。因此，發射的聲功率與負載電流有很 明顯的關系。漏磁場也能使結構件產生振動。