便携式客车蓄电池智能充电机的研制

论文摘要

随着我国人民生活水平的不断提高,对铁路客车乘坐舒适性要求也越来越高,因此旅客列车上的车载电气设备逐渐增多,这就要求有相应的电源供应。蓄电池作为一种高效的电能储存装置在铁道车辆上被大量使用。一方面作为备用电源,提高车辆电气设备的使用效率；另一方面增强车辆的服务性能。但蓄电池是二次能源,客车自带的一套充电系统只可在列车运行时可以充电,当列车在非运行状态（如在库内）出现电池亏损比较严重的时候,就需要另外一套充电装置对其进行充电。传统的相控低频晶闸管整流充电机一度在各个铁路局得到广泛应用。但由于其器件工作频率低,需要体积较大的变压器,整机体积、重量大,不便于移动,同时无相应的控制电路,不能进行蓄电池的恒压、恒流智能控制,易造成蓄电池过充,影响使用寿命。铁路旅客列车对电气方面的要求越来越高,特别是每年春运需要增开大量临时旅客列车,由于这些临时旅客列车80%以上都是晚上入库,凌晨始发,在库内车辆、客运作业都需要大量的能源,而其所配备的J5发电机系统在列车停留时无法工作,所有车上用电器的检查维修以及照明都必须由蓄电池提供能源。为了保证列车出库时蓄电池电压达到列车运用的标准,因此,有必要设计一种轻便、高效、性能可靠的充电系统,以满足旅客列车蓄电池补充电量的要求。随着电力电子技术和现代控制技术的发展,整流和逆变技术有了巨大进步。为满足车辆蓄电池充电的要求,在分析了目前各车辆段充电机使用情况的基础上,针对专、特运及部分客车蓄电池负载电压达不到出库标准这一情况,需要在整备场对客车蓄电池进行补充电的运用要求,本文设计并实现了一种便携式客车蓄电池智能充电机。该充电机主电路采用了DC-AC全桥逆变电路,以IGBT为主控器件,运用移相脉宽调制（PWM）控制方式,实现IGBT的软开关过程,配以89C51单片机为智能监控单元,对充电机的运行状态进行监控和保护,实现按设定的电流恒流充电,当蓄电池电压达到设定电压值时,自动切换至恒压充电,直至电流降到零为止。另外,该充电机还具有超时、过流、超温保护功能。通过运用表明,该电源输出电压高,工作稳定可靠,结构简单,体积小,实用性强。该装置在实际运用中取得了较好的使用效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 便携式客车蓄电池智能充电机研制的目的和意义
• 1.2 国内外充电技术及充电机发展现状
• 1.2.1 充电技术的发展
• 1.2.2 充电机的核心开关电源的发展及现状
• 1.2.3 充电机在铁路领域运用的现状
• 1.2.4 充电机在其他领域的运用现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 充电机的基本原理
• 2.1 直流电源的概述
• 2.2 开关电源的分类
• 2.2.1 交流开关电源
• 2.2.2 直流开关电源
• 2.3 开关电源的发展趋势
• 2.3.1 小型、薄型、轻量化
• 2.3.2 高效率
• 2.3.3 高可靠
• 2.3.4 低输出电压
• 2.3.5 低噪声
• 2.3.6 抗电磁干扰（EMI）
• 2.4 本章小结
• 第三章 便携式客车蓄电池智能充电机系统方案设计
• 3.1 便携式客车蓄电池智能充电机需满足的技术条件
• 3.2 便携式客车蓄电池智能充电机的基本工作原理
• 3.3 系统硬件构成
• 3.3.1 整流部分（AC-DC）
• 3.3.2 逆变部分（DC-AC变换）
• 3.3.3 采用的功率开关器件
• 3.4 移相全桥零电压PWM软开关技术
• 3.4.1 软开关技术的历史和发展
• 3.4.2 移相全桥型零电压PWM软开关电路的工作原理
• 3.4.3 整流二极管换流情况
• 3.5 高频变压器的设计
• 3.5.1 高频变压器的选择
• 3.5.2 变压器设计基本步骤
• 3.5.3 设计开关电源高频变压器时的注意事项
• 3.6 控制电路设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 智能充电算法及软件设计
• 4.1 蓄电池充电方式
• 4.2 软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 便携式客车蓄电池智能充电机的运用
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附件1：便携式客车蓄电池智能充电机实物照片
• 附件2：便携式客车蓄电池智能充电机运用报告
• 附件3：便携式客车蓄电池智能充电机科技成果评定证书