矿用超级电容电机车车载充电系统的研究

发布时间：2023-12-28 17:55

　　矿用电机车是煤矿井下重要的生产运输工具,大多采用铅酸蓄电池作为储能电源。铅酸蓄电池能量密度低、使用寿命短、维护成本高,由于酸性物质的挥发泄露还导致污染等问题,更重要的一点是,其充电时需要从电机车上拆下来运到专用机房进行充电,整个充电过程费时费力,大大降低了工作效率;充电电源大都采用晶闸管整流的相控电源,这类电源体积大、充电策略不合理,谐波含量高,电能质量低;直流电机作为驱动电机,虽然牵引性能良好,但是运行可靠性不高,后期维护成本高,而且采用能耗制动方式,大量电能消耗在制动电阻上,导致蓄电池频繁的充电,严重制约了其使用寿命和续航能力。针对上面提到的问题,课题开展矿用超级电容电机车车载充电系统的研究。课题首先分析了传统矿用电机车充电系统中存在的缺点和不足,改进了传统充电方式和充电策略。选择永磁同步电机代替直流电机,超级电容代替铅酸蓄电池作为储能电源;充电电路采用三相PWM整流电路和Buck型DC-DC变换电路串联结构,三相PWM整流电路作为前级,Buck型DC-DC电路作为后级,并建立数学模型;为实现车载充电,对永磁同步电机绕组进行重构,在定子绕组上增加电磁开关,充电状态下电磁开关得电,三...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 传统矿用电机车充电系统
        1.2.1 矿用电机车储能电源研究现状
        1.2.2 矿用电机车充电系统及存在的主要问题
    1.3 论文的主要内容
2 矿用超级电容电机车车载充电系统
    2.1 车载充电系统总体方案
        2.1.1 矿用电机车车载充电系统
        2.1.2 驱动电机的选择
        2.1.3 车载充电电路
    2.2 超级电容基本原理
        2.2.1 超级电容等效模型
        2.2.2 超级电容阵列
        2.2.3 超级电容阵列均压控制
    2.3 超级电容充电特性
        2.3.1 恒流充电特性
        2.3.2 恒压充电特性
        2.3.3 恒功率充电特性
        2.3.4 充电方式选择
    2.4 本章小结
3 车载充电系统充电控制策略
    3.1 车载充电系统建模
        3.1.1 PWM整流电路数学模型
        3.1.2 DC/DC变换电路数学模型
    3.2 三相PWM整流电路控制策略
        3.2.1 三相PWM整流电路的控制策略
        3.2.2 电流环控制策略
        3.2.3 电压环控制策略
    3.3 三相PWM整流电路调制方式
    3.4 DC/DC电路控制方式
    3.5 本章小结
4 车载充电系统软硬件设计
    4.1 车载充电控制系统硬件设计
        4.1.1 过零检测电路
        4.1.2 采样电路
        4.1.3 IPM外部驱动电路
        4.1.4 辅助电源电路
    4.2 车载充电控制系统软件设计
        4.2.1 系统主程序
        4.2.2 系统初始化子程序
        4.2.3 PWM控制子程序
        4.2.4 充电控制子程序
    4.3 本章小结
5 车载充电系统仿真及实验验证
    5.1 车载充电系统的仿真模型
        5.1.1 充电系统仿真模型
        5.1.2 仿真结果及分析
    5.2 实验及结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及主要科研成果



本文编号：3875901