CN107359683B - 基于开关电源技术的矿用智能充电机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力控制技术领域，具体为一种基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，包括整流与功率变换单元、检测控制单元和人机对话单元，整流与功率变换单元包括可控硅整流桥、第一LC滤波电路、IGBT功率变换桥、第二变压器T2、第三变压器T3和第二LC滤波电路，检测控制单元包括可控硅电压采样板CY1、CPU主控板、驱动板、电压采样板CY2和PLC控制器，对话单元包括人机界面XSP。智能充电机具有体积小、效率高的特点，该充电机具有良好的人机界面，可灵活地实现各种控制策略。适应不同的蓄电池充电。并可在充电过程中进行充电数据(包括电池端电压、充电电流及电池表面温度等)的自动采集、实时显示、批量存储及分析处理等，实现井下矿用隔爆智能充电机的远程监测和控制。
Description
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，具体为一种基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，智能充电机是专门为煤矿井下蓄电池电机车充电设计的，采用开关电源和ARM智能控制技术，可广泛应用于充电电压小于360V，充电电流小于100A的15吨及其以下各型矿用电机车。
背景技术
我国煤矿生产中大量使用蓄电池机车作为牵引运输工具，蓄电池作为机车电源得到广泛应用。然而，当前煤矿上所使用的蓄电池充电设备都是采用传统充电工艺和方法的晶闸管可控整流技术,这种技术需要一台功率较大的整流变压器，这种充电机存在效率低、功率因数低、谐波大、对电网影响大等缺点，不能适应现代化装备要求。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种采用超大功率逆变技术实现，其关键技术是大功率电力电子技术和嵌入控制技术。与传统充电机相比，体积小、重量轻、效率高、智能化、保护功能丰富，智能化的充电方式（模式）对蓄电池的保护也得到大大提高。
本发明是采用如下的技术方案实现的：基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，包括整流与功率变换单元、检测控制单元和人机对话单元，整流与功率变换单元包括可控硅整流桥、第一LC滤波电路、IGBT功率变换桥、第二变压器T2、第三变压器T3和第二LC滤波电路，检测控制单元包括可控硅电压采样板CY1、CPU主控板、驱动板、电压采样板CY2和PLC控制器，人机对话单元包括本安型人机界面XSP；可控硅整流桥输入端接入三相交流电，其输出端连接第一LC滤波电路，第一LC滤波电路输出端接入IGBT功率变换桥，IGBT功率变换桥的输出端接入有第一电流互感器TA1、第二变压器T2、第三变压器T3，第一电流互感器TA1的输出和CPU主控板连接，第二变压器T2和第三变压器T3都包含有两个副边，第二变压器T2、第三变压器T3的副边都连接有二极管整流桥，二极管整流桥的输出端连接有第二LC滤波电路，第二LC滤波电路的输出端为充电接口；可控硅整流桥输入端连接有第一变压器T1，第一变压器T1的副边和第三稳压电源DY3、第四稳压电源DY4连接，第三稳压电源DY3的输出端和可控硅电压采样板CY1的电源端连接，可控硅电压采样板CY1的采样端连接在可控硅整流桥输出端，可控硅电压采样板CY1的输出端和可控硅整流桥控制端连接，可控硅整流桥输出端还连接有第一稳压电源DY1，第一稳压电源DY1的输出端和CPU主控板、驱动板的电源端连接，二极管整流桥的输出端连接有第二电流互感器TA2，第二电流互感器TA2输出端和CPU主控板、电压采样板CY2电源端连接，电压采样板CY2的输入端和充电接口连接，电压采样板CY2的输出端和CPU主控板连接，CPU主控板和驱动板连接，驱动板驱动IGBT功率变换桥，CPU主控板还和PLC控制器连接，PLC控制器通过安全栅AQS和本安型人机界面XSP连接，PLC控制器上还设置有启动、停止和复位按钮，第四稳压电源DY4的输出端和本安型人机界面XSP的电源端连接，PLC控制器中写入有初充和普充两种充电程序，初充包括共两个阶段，全部采用恒流充电方式，一阶段大电流充电，二阶段小电流充电，普充为多段充电，采取五阶段充电工艺，五阶段为小电流预充阶段、主充段、补充一段、补充二段和浮充段。
上述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，可控硅整流桥输入端还设置有压敏电阻器VSR。
上述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，可控硅整流桥输出端还连接有第二稳压电源DY2，第二稳压电源DY2的输出端连接有第一风扇FA1和第二风扇FA2。
本发明的智能充电机有两种充电策略，初充及普充，可在人机界面XSP进行选择；两种充电方式：恒流充电及恒压充电。当整个流程完成时，本安型人机界面XSP状态信息显示为“待机”。
初充：共两个阶段，全部采用恒流充电方式。一阶段大电流充电，二阶段小电流充电。充电阶段的变换只受T1、T2预设值控制。
普充：多段充电采取五阶段充电工艺，五阶段为小电流预充阶段、主充段、补充一段、补充二段和浮充段。充电开始为小电流预充阶段，一分钟后电池电压符合正常值自动转入主充段。主充段的特征是大电流限压、限时。主充段期间，当电压逐渐上升到本段限压值时，充电电流开始下降，充电电流下降到一定值时，或者本段充电持续时间达到一定时长，自动转入补充一段。补充一段的特征是中等电流限压、限时。补充一段期间，当电压逐渐上升到本段限压值时，充电电流开始下降，充电电流下降到一定值时，或者本段充电持续时间达到一定时长，自动转入补充二段。补充二段的特征是小电流限压、限时。补充二段期间，当电压逐渐上升到本段限压值时，充电电流开始下降，充电电流下降到一定值时，或者本段充电持续时间达到一定时长，自动转入浮充段。浮充段的特征是恒压、限时。浮充段电流低于一定值自动停止充电。
矿用智能充电机装置较目前普通充电机在生产成本和产品性能上都有很大的优势，与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）输出电压15～360VDC,输出电流10～100ADC,可任意设定。输出电流平稳精准，负载范围宽，可以直接适应全系列常规电机车（2.5T～15T）充电。
（2）高效节能，损耗低，效率可达95%以上。
（3）采用中文大屏幕液晶实时显示设定参数及充电过程实时参数。
（4）采用“充-停-充”智能充电工艺，可显著降低电池极板的极化效应，减少废气排放，析所量小，可显著提高蓄电池使用寿命。
（5）具有自动初充、智能快充等多种充电工艺，充电过程自动管理，充满自动停机。具有脉冲式极化消除功能。
（6）具有蓄电池充电电量实时计量及显示功能，过充、欠充一目了然。
（7）可对蓄电池放电自动计量，放完自动结束。可准确检测蓄电池实际容量。
附图说明
图1为整流与功率变换单元的电路原理图。
图2为检测控制单元的电路原理图。
具体实施方式
基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，包括整流与功率变换单元、检测控制单元和人机对话单元，整流与功率变换单元包括可控硅整流桥、第一LC滤波电路、IGBT功率变换桥、第二变压器T2、第三变压器T3和第二LC滤波电路，检测控制单元包括可控硅电压采样板CY1、CPU主控板、驱动板、电压采样板CY2和PLC控制器，人机对话单元包括本安型人机界面XSP；
可控硅整流桥输入端接入三相交流电，其输出端连接第一LC滤波电路，第一LC滤波电路输出端接入IGBT功率变换桥，IGBT功率变换桥的输出端接入有第一电流互感器TA1、第二变压器T2和第三变压器T3，第一电流互感器TA1的输出和CPU主控板连接，第二变压器T2和第三变压器T3都包含有两个副边，第二变压器T2和第三变压器T3的副边都连接有二极管整流桥，二极管整流桥的输出端连接有第二LC滤波电路，第二LC滤波电路的输出端为充电接口；可控硅整流桥输入端连接有第一变压器T1，第一变压器T1的副边和第三稳压电源DY3、第四稳压电源DY4连接，第三稳压电源DY3的输出端和可控硅电压采样板CY1的电源端连接，可控硅电压采样板CY1的采样端连接在可控硅整流桥输出端，可控硅电压采样板CY1的输出端和可控硅整流桥控制端连接，可控硅整流桥输出端还连接有第一稳压电源DY1，第一稳压电源DY1的输出端和CPU主控板、驱动板的电源端连接，二极管整流桥的输出端连接有第二电流互感器TA2，第二电流互感器TA2输出端和CPU主控板、电压采样板CY2电源端连接，电压采样板CY2的输入端和充电接口连接，电压采样板CY2的输出端和CPU主控板连接，CPU主控板和驱动板连接，驱动板驱动IGBT功率变换桥，CPU主控板还和PLC控制器连接，PLC控制器通过安全栅AQS和本安型人机界面XSP连接，PLC控制器上还设置有启动、停止和复位按钮，第四稳压电源DY4的输出端和人机界面XSP的电源端连接，PLC控制器中写入有初充和普充两种充电程序，初充包括共两个阶段，全部采用恒流充电方式，一阶段大电流充电，二阶段小电流充电，普充为多段充电，采取五阶段充电工艺，五阶段为小电流预充阶段、主充段、补充一段、补充二段和浮充段。
上述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，可控硅整流桥输入端还设置有压敏电阻器VSR。
上述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，可控硅整流桥输出端还连接有第二稳压电源DY2，第二稳压电源DY2的输出端连接有第一风扇FA1和第二风扇FA2。
Claims (3)
1.基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，其特征在于包括整流与功率变换单元、检测控制单元和人机对话单元，整流与功率变换单元包括可控硅整流桥、第一LC滤波电路、IGBT功率变换桥、第二变压器T2、第三变压器T3和第二LC滤波电路，检测控制单元包括可控硅电压采样板CY1、CPU主控板、驱动板、电压采样板CY2和PLC控制器，人机对话单元包括本安型人机界面XSP；可控硅整流桥输入端接入三相交流电，其输出端连接第一LC滤波电路，第一LC滤波电路输出端接入IGBT功率变换桥，IGBT功率变换桥的输出端接入有第一电流互感器TA1、第二变压器T2、第三变压器T3，第一电流互感器TA1的输出和CPU主控板连接，第二变压器T2和第三变压器T3都包含有两个副边，第二变压器T2、第三变压器T3的副边都连接有二极管整流桥，二极管整流桥的输出端连接有第二LC滤波电路，第二LC滤波电路的输出端为充电接口；可控硅整流桥输入端连接有第一变压器T1，第一变压器T1的副边和第三稳压电源DY3、第四稳压电源DY4连接，第三稳压电源DY3的输出端和可控硅电压采样板CY1的电源端连接，可控硅电压采样板CY1的采样端连接在可控硅整流桥输出端，可控硅电压采样板CY1的输出端和可控硅整流桥控制端连接，可控硅整流桥输出端还连接有第一稳压电源DY1，第一稳压电源DY1的输出端和CPU主控板、驱动板的电源端连接，二极管整流桥的输出端连接有第二电流互感器TA2，第二电流互感器TA2输出端和CPU主控板、电压采样板CY2电源端连接，电压采样板CY2的输入端和充电接口连接，电压采样板CY2的输出端和CPU主控板连接，CPU主控板和驱动板连接，驱动板驱动IGBT功率变换桥，CPU主控板还和PLC控制器连接，PLC控制器通过安全栅AQS和本安型人机界面XSP连接，PLC控制器上还设置有启动、停止和复位按钮，第四稳压电源DY4的输出端和本安型人机界面XSP的电源端连接；PLC控制器中写入有初充和普充两种充电程序，初充包括共两个阶段，全部采用恒流充电方式，一阶段大电流充电，二阶段小电流充电，普充为多段充电，采取五阶段充电工艺，五阶段为小电流预充阶段、主充段、补充一段、补充二段和浮充段。
2.根据权利要求1所述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，其特征在于可控硅整流桥输入端还设置有压敏电阻器VSR。
3.根据权利要求1或2所述的基于开关电源技术的矿用智能充电机装置，其特征在于可控硅整流桥输出端还连接有第二稳压电源DY2，第二稳压电源DY2的输出端连接有第一风扇FA1和第二风扇FA2。
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