CN103746440A - 一种节能环保型蓄电池化成充放电电源 - Google Patents

一种节能环保型蓄电池化成充放电电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可提高功率因数、减少对电网的谐波污染、并可将放电时的富余能量回馈电网的节能环保型蓄电池化成充放电电源，包括电源变压器、三相电抗器、三相PWM可逆整流器和直流母线单元，电源变压器通过三相电抗器与三相PWM可逆整流器的输入端相连，三相PWM可逆整流器的输出端与直流母线单元相连，直流母线单元连接有至少一个充放电单元，每个充放电单元包括一个可逆的充电电路和一个放电电路，充电电路的输入端与正直流母线相连，放电电路的输出端和充放电单元的负极输出端均与负直流母线相连，充电电路的输出端与放电电路的输入端相连后、接至充放电单元的正极输出端。该节能环保型蓄电池化成充放电电源的功率因数接近0.99。

Description

一种节能环保型蓄电池化成充放电电源
技术领域
本发明涉及到一种用于生产蓄电池的充放电设备，尤其涉及到其中的化成充放电电源。
背景技术
蓄电池的生产工艺中，需要对蓄电池反复充放电，这一过程称为化成。如图1所示，国内广泛使用的蓄电池化成充放电主电路结构，通常采用由六个可控硅D1～D6结构的整流可控硅组，在整流可控硅组的输出回路中串联接有平波电抗器L和开关KM2的两组触点，开关KM2的两组触点交叉并接在开关KM1的两组触点上，平波电抗器L作为电流滤波元件，以平滑输出电流；其工作原理是：当对蓄电池组B充电时，开关KM1闭合、开关KM2断开，当负载蓄电池B放电时，开关KM2闭合、开关KM1断开。
由于使用的充放电主回路是可控硅电路结构，使用时会对电网产生以下两个弊端：1.使用电网电量的功率因数较低；2.会对输入交流电网产生电网谐波污染，并浪费了大量电能。
当然，电网电量的功率因数较低可用无功补偿进行校正，但是，普遍的无功补偿设备在改善基波功率因数的同时，会对电网的谐波进一步放大，对电网造成更大的污染，故必须使用价格昂贵的抗谐波的无功补偿设备进行校正。由于多个充放电电路可能工作在不同的工作状态(充电状态或放电状态)，充电的电能从交流电网经可控硅整流器、电抗器L、开关KM1流向电池，放电时电能从电池经开关KM2、电抗器L、可控硅整流器流向电网，电能在交流电网上进行交换，这样就使得谐波进一步增大、功率因数进一步降低，从而对电网造成严重污染，进而对用电设备造成破坏；而且，谐波会导致供电变压器的发热量增大，使大量的电能白白浪费掉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可提高功率因数、减少对电网的谐波污染、并可将放电时的富余能量回馈电网的节能环保型蓄电池化成充放电电源。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：节能环保型蓄电池化成充放电电源，包括：电源变压器、三相电抗器、三相PWM可逆整流器和直流母线单元，电源变压器的输出端与三相电抗器的输入端相连，三相电抗器的输出端与三相PWM可逆整流器的输入端相连，三相PWM可逆整流器的输出端与直流母线单元相连，直流母线单元连接有至少一个充放电单元，每个充放电单元包括：一个可逆的充电电路和一个放电电路，充电电路的输入端与正直流母线相连，放电电路的输出端和充放电单元的负极输出端均与负直流母线相连，充电电路的输出端与放电电路的输入端相连后、接至充放电单元的正极输出端。
所述的三相PWM可逆整流器的具体结构包括：三对全控型电力电子模块，每对全控型电力电子模块分别作为上半周整流管和下半周整流管，上半周整流管的发射极与下半周整流模块的集电极相连，所有上半周整流管的集电极并接后与正直流母线相连，所有下半周整流管的发射极并接后与负直流母线相连。
所述的全控型电力电子模块为绝缘栅极双极型晶体管即IGBT。
所述的充电电路的输出端与放电电路的输入端的连接处与充放电单元的正极输出端之间串接储能电感。
所述的电源变压器的原边线圈组为三角型连接，副边线圈组为星型连接。
本发明的有益效果是：本发明中的每个充放电单元放电时，将电能回馈给正、负直流母线，当正负直流母线的电能有富余，即：正直流母线的电压有上升的趋势时，富余的直流电通过PWM可逆整流器逆变为高功率因数的交流电能回馈电网供用户其它电器设备使用，大大节约了能源，并且，对电网的谐波污染微乎其微，提高了功率因数。
附图说明
图1是背景技术中所述的蓄电池化成充放电主电路结构示意图。
图2是本发明的电原理框图。
图3是本发明的部分电原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明所述的节能环保型蓄电池化成充放电电源的具体实施方案。
如图2、图3所示，一种节能环保型蓄电池化成充放电电源，包括：电源变压器T1、三相电抗器L0以及由三对作为全控型电力电子模块的IGBT功率模块Q1和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6构成的三相PWM可逆整流器3、直流母线单元4，以及由IGBT功率管Q11、Q12组成的第一充放电单元5和由IGBT功率管Q21、Q22组成的第二充放电单元6，其中，Q1、Q3和Q5为上管，Q2、Q4和Q6为下管，电源变压器T1的三相原边线圈组为三角型连接，与电网电源相连，电源变压器T1的三相副边线圈组为星型连接，分别与三相电抗器L0的进线相连，三相电抗器L0的三个出线分别接至Q1的发射极和Q2的集电极、Q3的发射极和Q4的集电极、Q5的发射极和Q6的集电极，Q1、Q3、Q5的集电极并接后、与直流母线单元4的正直流母线A+相连，Q2、Q4、Q6的发射极并接后与直流母线单元4的负直流母线B-相连，正、负直流母线A+和B-之间并接有多个充放电单元，其中的两个分别是第一充放电单元5和第二充放电单元6，每个充放电单元包括：两个IGBT功率管，即：第一充放电单元5包括IGBT功率管Q11和Q12，第二充放电单元6包括IGBT功率管Q21和Q22，功率管Q11和Q21的集电极与正直流母线A+连接，功率管Q12和Q22的发射极、第一充放电单元5和第二充放电单元6的负极输出端与负直流母线B-相连，每个充电电路的输出端与放电电路的输入端相连后接充放电单元的正极输出端，即：功率管Q11的发射极与功率管Q12的集电极相连后接至第一充放电单元5的正极输出端，功率管Q21的发射极与功率管Q22的集电极相连后接至第二充放电单元6的正极输出端。在本实施例中，充电电路的输出端与放电电路的输入端的连接处与相应的充放电单元的正极输出端之间还串接有储能电感，即：功率管Q11的发射极与Q12的集电极的连接处与第一充放电单元5的正输出端子之间设置有储能电感L1，功率管Q21的发射极与Q22的集电极的连接处与第二充放电单元6的正输出端子之间设置有储能电感L2。在实际制作时，三相PWM可逆整流器3的控制端即功率管Q1至Q6的栅极由主控电路控制，功率管Q11和Q12的栅极由第一充放电控制电路控制，功率管Q21和Q22的栅极由第二充放电控制电路控制。
实际应用时，上述的三相PWM可逆整流器也可以选用GTR、MOSFET等全控型电力电子管；所述的直流母线单元4可以与多路充放电单元相连，而不局限于上述实例中的两个充放电单元。通常情况下，在第一充放电控制电路和第二充放电控制电路的控制下，第一充放电单元5和第二充放电单元6工作在相互配合的交替充放电方式下，即：第一充放电单元5中的功率管Q11对电池B1进行充电时，第二充放电单元6中的功率管Q22对电池B2进行放电，或者第一充放电单元5中的功率管Q12对电池B1进行放电时，第二充放电单元6中的功率管Q21对电池B2进行充电，并且，功率管Q11、Q12、Q21、Q22都工作在脉宽调制(PWM)方式下。
下面以电池B1放电、电池B2充电为例，详细描述其工作过程：当第一充放电单元5中的功率管Q12对电池B1进行放电时，功率管Q11处于关断状态，功率管Q12工作于PWM方式，在功率管Q12导通周期，电池B1中电能流向储能电感L1、并储存在储能电感L1中，在功率管Q12关断周期，储存在储能电感L1中的电能通过功率管Q11的反向二极管流向正直流母线，再由正直流母线流向正在充电的第二充放电单元6中的功率管Q21，在功率管Q21的导通周期对电池B2进行充电，第二充放电单元6在充电全过程中，功率管Q22始终处于关断状态。这样，处于放电状态的电池B1中的电能就转化为电池B2的电能，电能在蓄电池之间得到了充分的利用，而不是直接反馈给电网。当然，在交替充放电过程中，尤其是有三路以上充放电单元工作时，其放出的电能与需要输入的电能不可能完全平衡，当直流母线单元4的电能有富余，即：正直流母线的电压有上升的趋势时，这富余的电能通过PWM可逆整流器3的功率模块按一定的顺序导通和截止，将直流电逆转变成高功率因数的交流电回馈电网供给用户其它用电设备使用；当直流母线单元4的电能不足时，则由三相PWM可逆整流器3工作在整流状态下，及时补充。本发明的功率因数接近0.99，对电网的谐波污染大大减小，可大幅节约能源。

Claims (5)

1.节能环保型蓄电池化成充放电电源，包括：电源变压器、三相电抗器和直流母线单元，其特征在于：还包括有三相PWM可逆整流器，电源变压器的输出端与三相电抗器的输入端相连，三相电抗器的输出端与三相PWM可逆整流器的输入端相连，三相PWM可逆整流器的输出端与直流母线单元相连，直流母线单元连接有至少一个充放电单元，每个充放电单元包括：一个可逆的充电电路和一个放电电路，充电电路的输入端与正直流母线相连，放电电路的输出端和充放电单元的负极输出端均与负直流母线相连，充电电路的输出端与放电电路的输入端相连后、接至充放电单元的正极输出端。
2.根据权利要求1所述的节能环保型蓄电池化成充放电电源，其特征在于：所述的三相PWM可逆整流器的具体结构包括：三对全控型电力电子模块，每对全控型电力电子模块分别作为上半周整流管和下半周整流管，上半周整流管的发射极与下半周整流模块的集电极相连，所有上半周整流管的集电极并接后与正直流母线相连，所有下半周整流管的发射极并接后与负直流母线相连。
3.根据权利要求2所述的节能环保型蓄电池化成充放电电源，其特征在于：所述的全控型电力电子模块为绝缘栅极双极型晶体管即IGBT。
4.根据权利要求1、2或3所述的节能环保型蓄电池化成充放电电源，其特征在于：所述的充电电路的输出端与放电电路的输入端的连接处与充放电单元的正极输出端之间串接储能电感。
5.根据权利要求1、2或3所述的节能环保型蓄电池化成充放电电源，其特征在于：所述的电源变压器的原边线圈组为三角型连接，副边线圈组为星型连接。
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