[发明专利]三相桥式逆变大容量蓄电池充电装置

说明书

技术领域

本发明属于直流电源技术领域，尤其涉及一种三相桥式逆变大容 量蓄电池充电装置。

背景技术

大容量蓄电池充电装置过去大多采用相控整流技术，功率器件采 用可控硅SCR和小容量的GTO、GTR功率器件，不仅效率低、能耗 大、功率因数低、输出精度差，存在严重的过充电和析气等现象，影 响电源的品质和蓄电池的使用寿命，而且由于控制回路与辅助回路需 要采用工频变压器隔离，电源的体积和重量都很大。随着开关电源技 术和大功率电子开关器件迅速发展，直流电源装置主要采用H桥逆 变、高频变压器隔离技术，而在铁路机车上这种直流电源的输入一般 为辅助变流器输出的三相交流电压或辅助变流器中间直流电压，其电 压值一般都很高，且变化范围大，三相交流电整流成的直流电压及辅 助变流器中间直流电压一般都在530V～900V之间。因此在开关功率 器件上，一是采用高耐压等级，中、大容量的IGBT，单相H桥逆变、 隔离、整流输出；二是采用较低耐压等级、小容量的IBGT或场效应 管，多路H桥逆变、隔离、整流并联输出；这两种方式都具有高效 率、低能耗、高功率因数，高输出精度的特点。但是，由于第一种方 式的开关频率很难达到15K以上的频率，一般在10K以下，因此隔 离变压器和输出电抗器会产生高频噪声，噪声随着输出电流的增大而 增强。如果增大开关频率到15K以上，IGBT热损耗急剧增加、换流 恶化，产品的可靠性及寿命都会受到极大影响。第二种方式开关频率 虽然可以到达20K以上，但小容量IBGT或场效应管的耐压等级低， 因此当中间回路电压较高时还必须采用双管串联，另外还需对多路电 源的输出电流进行均流控制，系统选用的元件数量多，控制复杂，可 靠性也会受到影响。

在开关电源的主电路中经常会应用到单相半桥逆变电路，它的优 点是电路简单，使用器件少。但是，输出交流电压幅值为Udc/2，直 流侧需两电容器串联。另外，单相半桥逆变电路与单相H桥逆变电 路相比，输出电压是单相H桥逆变电路的1/2，在相同输出功率的情 况下，变压器的原边电流是单相H桥逆变电路的2倍，在开关频率 小于10KHz的情况下，变压器和电抗器的噪声会更大。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种在输入电 压值高、变化范围大的条件下，采用高耐压大容量IGBT管，而能够 降低隔离变压器及输出电抗器高频噪声且控制简单的三相桥式逆变 大容量蓄电池充电装置。

本发明的目的是这样现的：一种三相桥大容量蓄电池充电装置， 由IGBT管及其PWM脉宽调制控制电路、隔离变压器、整流二极管 和输出电抗器构成，其特征在于IGBT管(Q1～Q6)和电容C1构成 三相桥式逆变输入电路，整流二极管(D1～D6)、电抗器(L1)和电 容C2构成三相整流输出电路，三相隔离变压器(T1)将输入电路和 输出电路耦合起来。

此种充电装置的第一种控制方法是：在三相桥式逆变输入电路 中，SU、SV、SW的上桥臂的触发信号相位差依次为120°，占空比 大于0，小于33.3％，SU、SV、SW的下桥臂的触发信号与上桥臂的 触发信号互补，且设置死区时间。

此种充电装置还可以使用第二种控制方法：在三相桥式逆变输入 电路中，SU、SV、SW的上桥臂的触发信号相位差依次为120°，SU、 SV、SW的下桥臂的触发信号相位差仍依次为120°，SU、SV、SW 的下桥臂的触发信号与上桥臂的触发信号相位差为180°，占空比 大于0，小于33.3％。

变压器噪声共有两个声源，一是铁心，二是绕组。铁心产生噪声 的原因是构成铁心的硅钢片在交变磁场的作用下，会发生微小的变化 即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率的变化做周期性振动，振动 幅度随励磁电流的增加而增加。绕组产生振动的原因是电流在绕组中 产生电磁力，电磁力(和振动幅值)与电流的平方成正比，而发射的声 功率与振动幅值的平方成正比。因此，发射的声功率与负载电流有很 明显的关系。漏磁场也能使结构件产生振动。