直流系统基本原理探讨
中心议题：
- 直流系统基本原理探讨
- 防止外部电源倒灌充电机
- 通过对硅链的自动控制，调整控制母线的输出
1 引言
直流充电机系统根据其整流方式可以分成相控式充电机和高频模块式充电机，二者各有千秋。相控式充电机是一项使用时间长，技术非常成熟的产品，其特点是运行稳定，输出功率大，但是这类充电机输出精度低，自动化程度低，许多参数需要在平时运行过程中调整。高频模块组屏是九十年代发展起来的一项新技术，其特点是组屏简单，输出精度高，维护方便，自动化程度高。经过近二十年的发展，各方面都在不断完善，现在是一种日趋成熟的产品，而且应用日渐广泛，初步取代相控式的地位。下面就这两类充电机的基本原理作一详细介绍。
2 相控式充电机系统原理
相控式充电机系统原理图如图1所示。相控式充电机的核心技术包括触发脉冲形成、可控硅整流、电感电容滤波、稳压稳流、限流过流保护、过压欠压告警等。以下介绍相控式充电机系统各部分的工作过程。
图1相控式充电机系统原理图
三相市电380V交流，首先经过隔离变压器。隔离变压器有三个作用：首先，对可控硅的交流输入进行降压隔离；其次，产生同步电压；然后，给后级控制回路提供辅助电源。根据脉冲触发电路的不同，变压器线圈绕接方式也有差异，有Y/△1，Y/△11等。从变压器的二次输出的交流电源，在进入可控硅之前，经过一次阻容吸收，以吸收交流尖峰，从而净化输入。在可控硅前级，串入三个保护熔断器。
2.2可控硅整流部分
随着现代集成技术的发展，功率大、体积小的可控硅模块取代了原来的单元可控硅，一般一个桥臂是一个可控硅模块，三个可控硅模块组成一个三相全控桥，再加上一个有续流二极管和隔离二极管组成的二极管模块，就组成了充电机的整流部分（见图2），虚线框内表示为一个模块。照下面的接线方式，可控硅的触发顺序为V1、V2、V3、V4、V5、V6。
图2充电机的整流部分
2.3滤波部分
从可控硅整流出来的直流，波形并不是直线，还有很多交流成分，必须经过滤波。因此，在后级串入一个电感，并且并上一只电容和电阻，这样，直流纹波就非常小了。
2.4充电机输出采样部分
采用可控硅作为整流器件的直流系统，对输出的控制是通过改变可控硅的移相角来实现的，因而需要有采样作为反馈，因此，在滤波回路的后面，串入一个电流传感器，获取输出电流采样，并入一个电压传感器，获取电压采样。在控制电路中，主要的输出调节电路是一个比例积分电路，电压采样和电流采样可以分别作为它的一个输入分支，比例积分电路的输出端直接与脉冲触发电路的一个控制管脚相连，这样，通过内部逻辑回路的切换，轻松实现充电机输出的稳压或稳流。从而在电流传感器后端，输出的已经是稳定的直流。
2.5输出负荷部分
图中VD3的作用是一个逆阻二极管，防止外部电源倒灌充电机。二极管后边的开关就是充电机输出开关。从这里出去的直流分为三路：一路去电池，一路去动力合闸母线，另一路为控制母线提供前级电源。
2.6调压及母线采样部分
通常，比如DC220V直流系统，所配备的蓄电池组，浮充电压在243V以上，对于大多数控保护元器件，这个电压已经超出其额定电压范围。因此，在回路中串入一个调压装置。通过对硅链的自动控制，调整控制母线的输出，使其稳定在220V输出。给控制负荷提供安全电源。在控制母线上也有一个电压采样，用来采集控制母线电压。一方面给调压装置提供电压反馈，另一方面为控制母线的电压状态监视提供比较电位。
2.7电池采样部分
在电池充电回路，串有一个电流传感器，并有一个电压传感器，电流传感器为电池的充电电流控制提供反馈，电压传感器为电池的充电电压控制提供反馈。
合闸母线为动力负荷提供电源。因此，负荷大，工作时瞬间输出电流大，需要直接从蓄电池提供能量，因此，动力负荷一般直接和蓄电池组相连。
3 高频模块式充电机系统基本原理
高频模块式充电机系统基本原理如图3所示。
图 3 高频模块式充电机系统基本原理图
由高频模块组成的充电系统，在系统原理上和相控充电机一样。但是，他们还有以下几方面的区别。
⑴ 由于高频模块具有良好的输入过欠压和输出过欠压保护，而且具有良好的限流功能，因此，在输入侧和输出侧不需另加熔断器保护。由于高频模块本身具有电压电流显示功能，而且监控器也可以显示系统中的其他参数，因此，在高频系统中，相控系统中常用的表记也可以省略。
⑵ 在由高频模块组成的系统中，一般还需要配套监控器，一方面控制高频模块的输出，另一方面，控制多个模块的并机工作，同时检测整个系统的其他数据。监控器一方面要和高频模块通讯，另一方面也可以和其他设备进行通讯。
⑶ 高频模块系统可以由多个模块并机工作，容易组成大型系统。同时，具有带电插拔功能，维护非常方便。而且，单个模块实际上就是一个完整的直流系统。
⑷ 高频模块的内部原理框图如图4所示。单个高频模块本身就是一个完整的直流系统。模块输出精度高，稳压精度、稳流精度、纹波系数都能达到0.5%以下。而且，转换效率高。高频模块内部采用高频变压器，体积非常小巧，省去了相控系统中笨重的隔离变压器。
图4高频模块内部原理框图
随着数字化改革的不断深入，数字化产品越来越推广普及，数字花产品会越来越受到欢迎。而且，随着大功率高频模块的问世，高频充电机将以其无与比拟的优势，成为直流电源系统的主流产品。
