【正文】 但從通態(tài)向斷態(tài)轉移的。 換流方式的分類 在換流過程中，有的支路要從通態(tài)轉移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉移到通態(tài)。 換流方式 換流是指交流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個支路向另一個支路的轉移的過程，通常也被稱為換相。另外，交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置中，起電路核心部分都是逆變電路。 逆變電路的應用非常廣泛。當交流側接 在電網上，即交流側接有電源時，稱為有源逆變；當交流側直接和負載連接時，稱為無源逆變。 在此應用中，將 IC 的 8 腳的軟啟動端接一個三極管，控制三極管的導通 ,就可控制8腳的電壓，即就可直接控制 SG3525A 輸出的 PWM 波的占空比（ 0～約 50%）。 MOS 的一大特點是輸入電阻極高，但同時其輸 入電容也很大（幾千 PF），所以仍然要用低阻抗電路驅動，使 Cgs在死區(qū)時間內 能快速放電。但通常要求驅動電壓峰值為 10～ 15V，保證開關管飽和。 直接單端驅動 MOS 功率管。 了解 3525A 之后再來看回圖氖 41 的電路。 10腳：關斷端，用于電源保護。 8腳：軟啟動端，可外接一只電容。 9腳：外接誤差放大器的補償網絡。 風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 33 l腳；誤差放犬器反相輸入端。輸出端為圖騰式，屬于低阻抗輸出，適合用于驅動 MOS功率 管。 3腳：振蕩器外同步。 Cr=470PF 時）。 5 腳：外接定時電容。 13腳：輸出 5V 電壓。 圖 SG3525A方框原理圖 SG3525A 主要工作情況如下： 15腳：電源電壓正端，電壓范圍 8至 40V。從圖 可知，風能發(fā)電最大功率控制的 DC/DC變換器是由單片機系統(tǒng)輸出控制電壓 控制專用 PWM驅動 IC:SG3525A來驅動的。 圖 風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 32 DC/DC 的驅動電路 隨著 MOS 功率器件的發(fā)展，開關電源的工作頻率從 20KHz 提高到 20KHZ 以 上，隨之PWM 集成電 路也有很大的發(fā)展。 由上式可知， a的控制可等效的看成是把負荷電阻連續(xù)地變化。 從太陽能電池側來看負荷電路， DC／ DC變 換器的電抗 L 十分大， 且假定二極管和MOSFET 的正向電壓降很小，則系統(tǒng)可簡化如圖 。所用太陽能電池的額定數據為：峰瓦值 30WP， 短路電流 1． 9A，開路電壓 20 .7V；太陽電池組為八串，總電壓最高 160V。 有變壓隔離器的 CuK 變換器及 其脈沖控制電路簡單，所需元件少，效率 高，體積、重量、鐵耗、銅耗及成本均較小。這時，電源輸入和 L1釋能電流 i1；流經初級 LP 向 Ca 充電，在 次級 LS有個相等的感應電流 i1使 Cb充電同時輸出電感 L2的釋能電流 i2供電給 負載，續(xù)流二級管 D 流出電流之和，即i＝ i1+i2。開關管 Tr中流過輸入輸出電流 之和，即 i=i1+i2。 Tr導通，將輸入輸出環(huán)路閉合， D 反偏而截止。 能量的儲存和傳遞同時在開通和關斷期間進行，如圖 所示。這種隔離方法的顯著特點，是變壓器的兩個繞組 被 Ca 及 Cb 隔離了直流，原、 副邊繞組均無直流通過，因此磁芯不需加空隙。 圖 有隔離變壓器的 Cuk變換器 因為用的是 1： l 的變壓隔離器，且 Ca＝ Cb=2C 所以輸入和輸出電路中的 電壓和電流，與原始非隔離型完全相同。這樣， Cuk 變換器的工作點 不會受到影響。 根據上述原理，不難理解不連續(xù)工作模式時的波形圖 (b)，它們差別只 在于二極管、晶體管在電流不連續(xù)時出現了電壓為 VO值的一個階段。故 VL1＝ VS+V0VS＝ V0； VL2電壓由子 D 的導通，與V0相等；晶體管截止，二極 管 D 導通流 過 iL1+iL2電流。其值大小，同樣考慮式 VC＝ Vs＋ V0。上面所述作用過程示于圖 (a)的 Dts區(qū)間。另外電容 C 通過 Tr放電。這樣 Vc 可認為是恒定電壓。 (a)為連續(xù)工作模式 (b)為不連續(xù)工作模式。因此， C是個能量的傳遞元件。只需輸入輸出電感 L L2 及耦合電容 C 足夠大，則 L1 及 L2 中的電流基本上是恒定的。流過D的電流亦為輸入、輸出電流之和。 Tr 截止， D 正偏而導通，將輸入輸 出環(huán)路閉合。 Tr 中流過輸入、輸出電流之和。此時 Tr 導通，把輸入輸出環(huán)路閉合。設晶體管開關周期為 Ts，導通期為 Ton=Dts，截止期 為 Toff=（ 1D1）Ts， D1=Ton/Ts 為導通占空比。 (b)為流經二 個電感的電流波形。這里，電容器 C1用于儲存來自輸入端的能量并將能量轉移輸出端。 Cuk 變換器工作原理 ： Cuk 變換電路是用設計者命名的，這中變換電路是對降壓 升壓變換電路應用對偶原理而得到的。 由于 Cuk 變 換器可使輸入電流和輸出電流連續(xù)，而且通過將輸人輸出電感偶合，可以達到 “零紋波”，使體積小型化。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r。這時應采取限流措施，保持電流不超過某一設定值而使電壓降低，待電 流降低、電壓升起后再穩(wěn)壓，這就是恒壓限流的含義。但是，由于工作情況的復雜性，浮充時也有電流較高的可能（如電池嚴重虧電、漏電。 浮充時，須將充電電壓穩(wěn)定在蓄電池的額定電壓附近 (比主充最高限壓 VJ要 低）。 均充階段實際是風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 26 用小電流（約 20h 率的電流）進行 lh～ 3h 的過充電過程。 后要利用 均衡充電方式來進行補充充電 ,限壓值一般?。? VJ= () 式中 n—— 蓄電池的節(jié)數 隨著限壓充電的進行，電池電流也隨之逐漸減低。在這種情況下，應采用均衡的方法來消除電池之間的差別，以達到全組電池的均衡。充電過程進入第二階段。當電池電壓升至均充電壓 VJ（一般取 單體）時，就不能再升， 否則可能造成過充而損壞電池。主充剛開始時，反電動勢 E較小，電壓不需很高電流就能達到穩(wěn)定值。 1. 主充 當系統(tǒng)檢測到蓄電池虧電時，首先以恒流方式充電。充電系 統(tǒng)由充電裝置和被充蓄電池組組成二元閉環(huán)回路，充電裝置根據電池的狀 態(tài)確定充電工藝參數，充電電流從始至終處在電池的可接受充電電流曲線附近，使電池幾乎在無氣體析出的條件下充電，做到既節(jié)約用電又對電池無損傷。 充電過程 對于免維護鉛酸蓄電池來講，常用的充電方式有恒流限壓和恒壓限流兩種充電 方風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 25 式，然而，單獨采用其中的一種充電方式，沒有動態(tài)跟蹤電池的實際狀態(tài)和可接受充電電流大小的技術，對免維護鉛酸蓄電池的充電效果不是很理想。 4. 防止過充電。長期充電不足使得蓄電池容量下降，造成蓄電池的早期損壞。蓄電池溫度應不超過 450C。在大量析氣的狀態(tài)下，用于有效充電消耗的電能，還不到總消耗量的 10％（即浪費的電 能超過了 90％），這樣既延長了工作時間，嚴重的析氣也使正極板腐蝕，損壞了蓄 電池。 裝置 的設計技術指標 根據實際需要，本裝置應該在一定的使用條件下按要求的技術指標對免維護鉛 酸蓄電池進行理想的快速充電： ⑴ .電網頻率波動范圍不超過額定值的士 2％； ⑵ .輸出電壓： DC10V～ 300V； ⑶ .輸出電流： 5A～ 10OA，連續(xù)可調； 充放電控制過程分析 鉛酸蓄電池的充電工藝要求 1. 充電電流應小于或等于蓄電池可接受充電電流。 ④ .具有恒流放電的功能。 ② .實時監(jiān)測蓄電池組的環(huán)境溫度。后者正是智能充電裝置的控制器要完成的功能。人們對充電裝置的要求主要有兩方面：其一是要有較高的性能指標，如由平均無故障運行時間所表達的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調整速度及紋波系數等所表風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 24 達的動、靜態(tài)特性；其二是要有較為完善的自我檢測與控制功能，有較高的智能水平，可以根據蓄電池的特性和用戶的具體需要，選擇最佳的充電規(guī)律，以提高蓄電池的蓄電容量和使用壽命。因而對直流供電系統(tǒng)進行不斷的研究、改造，使之更加完善、可靠是一項重要工作。 第 4 章 充電電路 無論在變電站還是發(fā)電廠，直流電源系統(tǒng)都是一種重要的裝備。在理想的工作狀態(tài)下，它可維持蓄電池的電解液中水的含量保持不變，為了使得電池內部的這種氣體陰極吸收方式能夠充分進行，它要求在電解過程中水的電解反應要盡可能進行的緩慢，還要求電池內部的陽極、陰極及中間隔離板的結構必須易于氣體通過和傳輸。 對于免維護鉛酸 蓄電池，它采用了先進的陰極吸收式密封技術，可把這種定期 補水的間隔時間延長到五年以上。 Pb?Pb2++2е () Pb2++HSO4?PbSO4+H+ () 對于老式鉛酸式蓄電池，其中電解液中的水分，在浮動充電及均衡充電末期都 會產生電解分離反應而被電解成氫氣和氧氣，這些氫氣和氧氣將慢慢消失在空氣中。 在充放電狀態(tài)下，鉛酸蓄電池的正、負極板上在進行不同的化學反應，產生正 負離子形成電流，稱為成流反應。 V/單格CoCo1 2 6 10 30min min 1 2 20h h端子電壓 圖 鉛酸蓄電池的放電特性 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池由正極板（二氧化鉛）、負極板 (海棉狀鉛 )以及電解液（硫酸）組成。放電容量還 會隨著環(huán)境溫度的降低而減少。實踐證明，實際的浮充電壓與 規(guī)定的浮充電壓相差 5％時，免維護蓄電池的壽命將縮短一半。 浮充電壓不能過高，以免因嚴重過充電而縮短電池的壽命。放電后的蓄 電池充滿電所需時間隨放電量、充電初期電流、溫度而變化。這 就是說，電池充足電后，充電裝置應輸出恒定的浮充電壓（ ）。常溫下的最佳浮充電壓約為 單體。對于不同蓄電 池生產廠家，蓄電池的浮充設計壽命也會不同。由子采用了耐腐蝕的鉛鈣合金板柵，其壽命要高于鉛酸蓄電 池，而與鎳鎘電池相當。由子采用了先進的工藝和配方，其高倍率放電性能明 顯優(yōu)于舊式開口鉛酸蓄電池，而接近于中倍率鎳鎘電池的水平，可以滿足電磁式操作機構的合閘要求。 (2) 自放電速率也較小?？?慮到這一點，在設計蓄電池充電裝置時，應在電池長時間不用的情況下對電池進行補充充電。自放電一般不會損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。但環(huán)境溫度較高時，電池的自放電現象比較明顯。為蓄電池在規(guī)定條件下的容量， Qr 為電池存儲一段時間后，在同樣 規(guī)定條件下的容量。 9. 自放電現象 風力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設計 21 當電池處于閑置不用（非工作狀態(tài)）時，雖然沒有電流流過蓄電池，但電池內的 活性物質與電解液間自發(fā)的反應卻一直在進行，這造成了電池內的化學能量無益的損耗，使電池的容量下降，通常將這種現象稱為電池的自放電。根據前面所介紹的放電深度的概念中可以看出，放電深度不同 ，電池的循環(huán)壽命是不同的。一般經驗來講，當電池的容量達到額定容量的 80％時，就可以認為電池的壽命基本結 束了。 7. 電池的老化 電池的老化是指另外一種現象：電池在開始使用的一段時間內，電池容量增加 大約5％～ 10％，接下來的一段時間，電池的容量大約不變，然后開始慢慢減少， 即開始了電池的老化過程。 蓄電池的極化現象對蓄電池的工作是不利的。上面提到的蓄電池的極化電阻正是由子電池的極化現象所表現出來的。 這三種狀態(tài)的電壓具有下述特點：充電電壓高干開路電壓，而且隨著充電時間 的增加而略有升高；放電電壓則低于開路電壓，而且隨著放電時問的增加而略有降低，這種現象稱為電池的極化。 6. 電池的極化現象 由干蓄 電池內阻并不是純電阻，所以蓄電池的端電壓也與其它電源有所不同。這是因為電池在低電流過充電時所產生的極化現象較輕，同時 電池的熱量可以及時地向空中散發(fā)，基本上不會對電池造成傷害。這是因為在過充電階段電池內部所進行的反應為消耗反應，它會增大電池內部的壓力，同時，由于氧氣的產生和吸收都是放熱反應，這就使電池溫度迅速上升。 4. 電池的過充電 當高速率充電而又不能及時地在滿充電后結束充電過程，電池則很容易存在大 電流過充電的問題。這極易對電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。 3. 充電終止電壓和放電終止電壓 蓄電池充足電時，極板上的活性物質己達到保護狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的 電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。例如一個額定容量 C 為 100Ah 的電池，充電 2 小時后，電池完全充滿， 則它的充電電流為： I=C/2=（ A） () 即它的充電速率為 ：若用 1O 小時就達到充滿狀態(tài)，則它的充電電流為 ： I=C/10=（ A） () 即它的充電速率為 。電池容量用 C 表示，其單位用 Ah、 mAh 表示。 1. 電池容量 電池容量是蓄電池使用過程中的一個重要參數 ，它指蓄電池充足電后放電到終 止電壓時所輸出的電量，也就是在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量。因此，在風力發(fā)電的電能變換裝置中，選用鉛酸蓄電池。因為