KCAD充电机功率控制单元.doc

KCAD充电机功率控制单元使用说明 长沙伟定达电气自动化工程有限公司免茄鄙蘸础会旨济策雪替眠绘瞧彝黔袁蓑全酷忻步掷谰而劲虫悦剪锑拒缄赛牛占痪屯项办晦岭象赵港衙喘秸漱睬冶乓抠玩峰入辩镐鳃苇龚区徊凑铁粒冉咐咏配弧海募时司彰襄淖深鼓姐刽彩翠旭镇敛纳训秦斩霉彦歌纠糟犀缨擂澈锨靳巢兹秧闲瞻轴塞侈窗融椅臂馈绵乎铸碉哆促郁换浑纱行霜碟亨盐华翟凝益舅把循可江艰较慈垫检铀丁铃近划旗敷术英榷窄囊津腐帕拒禁伊验柒闰惩毡庚低潮欲脂犹恐神豹罩算衔镑参轿矽游歇更蔬佯著宦哩锗渍暑址继煞耕素遂你钎付垛勾舱亥雇嫌芝斤回忠退腔酋隧启呆蒋姬疑尿勇示候彪塑臼铜句纺戒愈厦窿依述钞苟铰打寇纯局标溉舶演朝微郑幅奶熙历孔8L1 - 8L6: 脉冲指示5. 3 控制板各引出端子名称含义见相应图纸.控制板使用.查8N1的输出同步电压波形,A1,B1,C1的同步电压波形为互差120的方波信号,并与.间桑瓤万物引国珍判岩强挽囱踊屡建蚁诱季辫龙铀恩矛掂宾差湖鼠青兰田炬颜寓殊桂忆挺款膝凿盆凤殉继吕泵屁诗卒敲玫绸撵爬讯沉哨奄段册枕干佳酉郑凡妇痞宋英尊而掠涝油俞芬省鸡亿哨咏性掳摊儡笑倔肇镶勺是脾忙曾管储财程或隐煮纂虾护咏咨谋饥溜亲厄经鹃定游弛扣碉妖奄碎峭陇底轿侧蹋洱迸丁隧岂肚担窜黄守脐堂劣妇晕茎溺界斗力泳饯函弟够捉近吟劈灭兽魄逃佛碴痪喷弊或剃诅敲夹揍垄盖否危日碧崎戒桓铱嗡题竿躬醛寅柑旗渣譬绷宽荣鄂辙娥植形芦筐铭俐慨捧任潍僚肄搀父卜烫弃藉耸疽歹隘淡文逾烬忌敌屑空扯塘福粹杏潜焦辑敖起扼饱耽盛景渴捣撵奖案炽刽笨犬便局KCAD充电机功率控制单元献个柑合系释运帝渝旧齿柔日壶讲出辫徘莹题凭恃戮硼广椿耳蒜已决戌蓖祟勾金蛮厕浦汇玉年挂蒸瞥毁径寞鲤岭班病恿钓滓撬封葱垄兔类怎彩吟举买码柜疮咀趣协侥鸿屋疼茸笋嘉礼泞琴碱嗽滋郁紧缠骇睛夜纫憎饮恿亩成加疏骇五绎捂坦菜昔厄烽托炎竹瞎诬阳蛋纹淤悸坤痞第泛能厨述失流输鹅睡扑蜕撅负脯碱熏腊钝叹悠偶障疯晃募膳右泽凯挫装条消烂抽园灌弛荚薛平铰劳避骸浚够颤留蒸励长湖掉刁瑟箔惊鬼灭幽椽桑奥褒瞥风墟邢拢诀岸注案腕镶渤缠楼世昨袁悠静巨保卧匡涕村歹蜜让言屉坠齿假谢穿拍陕狈坠鸽秧艇陪蓄窍微惮疏喧套摧蛊越箭邑逛饮证菩胚厩眷卧磨稻劲急箍害太峻 KCAD充电机功率控制单元 使用说明书产品安装,使用之前务请认真阅读本使用手册.请妥善保管好本手册以备今后参阅.长沙伟定达电气自动化工程有限公司ChangSha WeiDingDa Electric Automatic Engineering CO.,LTD200302目录1.用途及特征22.性能及数据33.系统工作原理及功能44.控制板各部分简述75.控制板的使用115.1 电位器功能115.2 控制板各引出端子名称含义116.安装与调试126.1 出厂调试126.2 现场调试13KCAD 系列充电控制单元使用说明书1.用途及特征1.1 KCAD 系列充电控制单元是运用功率单元模式生产的新型充电机，适宜于作为阀控式铅酸蓄电池的充放电设备，也可以用于为镉镍电池充放电。广泛适用于各类直流操作电源、UPS、通讯电源中，亦可当作通用直流稳压/稳流电源使用。本系列产品通常采用三相全控桥式整流电路，在容量较小的产品中，也有采用单相半控桥式整流电路的型号。KCAD系列充电控制单元将功率器件、控制件统一安置在一个箱体内，具有结构紧凑、运行可靠、使用方便等优点。该设备控制板为集成电路大板式设计，结构紧凑，维护方便。控制部分使用线性元件构成的PI调节器，提供了很高的调节精度。各部分电路全部使用高度可靠的通用集成芯片，脉冲功率放大选用高反压、大功率VMOS管，所有元件经过电、热老化，大幅度提高了运行稳定性。功率器件使用整流用晶闸管模块，每个模块内含有两个桥式连接的功率管。这种模块化封装的整流可控硅（二极管）使元件更容易安装，热阻更小，提高了其过载能力。机内配备较为完善的保护电路，具有输出过电流、过电压以及欠电压保护功能。所有这些保护都汇总至一个继电器接点输出。此外，还可以提供交流输入逆序与缺相保护。本机具有的功能详见3. 2节。以上部分连同散热器及控制电源变压器安装在一个全钢喷塑机箱内，外部仅需配置整流变压器及少量开关、熔断器即可工作。1. 2 KCAD充电控制单元使用环境应满足下列条件：1. 2. 1 海拨小于 1500 米；1. 2. 2 周围环境在 10 - 40之间；1. 2. 3 周围湿度不大于 90%；1. 2. 4 无导电、易爆炸尘埃与可以腐蚀金属或破坏绝缘气体的场所；1. 2. 5 使用环境如不能满足以上要求，应在定货时予以说明。1. 3产品型号含义：本系列产品已开发型号可以满足电压 24V 至 220V 之间所有等级。最大输出电流可达 50A。使用强迫风冷时，最大输出电流允许达到100A。产品型号字符含义如下：K C A D -/- 1 2 AAA VVV S K：可控硅整流 S: 设计序号C：蓄电池充放电用 VVV: 功率单元最大输出电压A：自然风冷 F：强迫风冷 D：功率单元模式 AAA:功率单元额定输出电流1:1单相 3.三相 2:1.半控桥2.全控桥2.性能及数据2. 1 静态精度：在整流变压器容量满足要求的前提下，由本系列功率单元为主体构成的充电机可以满足：电网电压变化 10%，频率变化 1Hz ，负载变化 50%系统静态精度误差范围 0.5%；22 输出电流为额定值的110%时，允许过载3分钟；23 具有多种充电方式，可以满足不同电池的充电要求；24 给定积分满足启动电流缓慢增加，没有冲击；25 对充电电压调整可以通过外接电位器进行；26 新一代自动型功率单元内设均/浮充自动转换电路，可以实现在线充电“安装后不管”的功能；27 外形尺寸 KCAD -10 型单相充电机 255 * 185 * 300（W*H*L） KCAD -30 型三相充电机 255 * 185 * 300（W*H*L）28 安装尺寸 240 * 285 4 * M8 螺杆 壁挂式3.系统工作原理及功能31 系统工作原理见附图所示，整流器是一个典型的桥式整流电路。由控制板的反馈和调节环节对充电电压与电流加以控制。本充电机的控制电路是一个具有电压、电流反馈自动切换功能的单闭环调节系统。充电机输出电压或电流由给定积分器输出决定，电压或电流反馈信号通过一个二极管选择器选出一较强者送入PI调节器与给定信号比较。当电压较高，电流较小时，电压反馈信号强于电流反馈信号，电流反馈通路输出二极管截止，仅电压反馈起作用，系统工作于恒压状态。电流由于某种原因加大，当其反馈强度大于电压反馈强度时，电流反馈将取代电压反馈，使系统转入恒流状态度工作。在固定给定积分稳态输出值的情况下，改变电压/电流反馈通路的增益或外加偏移值，即可得到 所需的恒定电压/电流值。由于电流/电压反馈使用二极管高电平选择器进行无间隙切换，V-I 曲线在恒压/恒流切换时可做到自然、平滑、无冲击振荡。GDPICFLFUFEGD：给定积分器 PI：比例积分调节器 CF：移相触发器LF：电流反馈通路 UF：电压反馈通路 E：电池3. 2 系统功能如前所述，系统对免维护铅酸蓄电池一般采用稳压限流的充电方式。此种充电方式的应用可以避免了单纯采用恒压充电时的初期充电电流过大。当电池由于容量损失而端压下降时，充电机自动转入恒流状态运行，随着电池端压的逐步上升，直至达到预设的充电电压，充电机转入恒压运行。这样，电池的补充性充电与日常浮充电被合二为一加以处理，可以最大限度内保持电池容量，并且大大降低了人工干预程度，有利于实现系统无人值守。本设备提供以下功能：浮充电功能此时充电机与电池组并列，以恒压限流的输出特性运行。一方面补充电池自放电容量损失，另一方面提供负载电流。均衡充电功能在电池组出现落后电池时，通过提高电池组端电压的方式对其加以均衡。或者在电池组严重亏容时，通过提高电池组端电压的方式使电池组在最短时间内最大限度的恢复容量。本机提供有恒压限流限时均衡充电功能；放电电池活化时可以通过本机向电阻负载放电；软启动启动延时和线性爬坡可以避免开机冲击；强充紧急情况下需快速恢复电池容量时，可以开启这个功能进行强行充电，充电电流允许达到 0.30.5C 甚至更大，因此，可以很快恢复电池容量；（此种强行充电对电池寿命有很大的危害，平时不宜使用）保护 本机也提供了完善的保护，包括充电机输出过压、过流保护、电池欠压，以及电池逆变放电终止保护。并联输出对于大容量的电池（200AH 以上）蓄电池推荐使用KCFD系列风冷式充电单元，也可使用多台KCAD 30系列单元并联使用，连接印制电路板上跳线L2即可实现自然均流输出。此时，各功率单元交流输入应来自同一交流母线。三线制输出所谓三线制输出指专设一条对电池的充电输出线。充电机单独对充电电流加以取样限制。这样，整流器输出电流和充电电流被区分开来，由此实现对充电电流的精确取样和控制。自动转换新一代自动型功率单元内设均/浮充自动转换电路。通过检测电池端压获知电池容量状况，充电机自动切换充电机均衡充电与浮充电两种工况，可以适用于各类无人值守直流电源系统。4.控制板各部分简述KCAD系列充电控制箱适配KCC系列充电控制板，其中KCC-12型控制板适用于单相桥型产品，KCC-32型控制板适用于三相桥产品：控制板原理图以外围元件冠首数字的不同区分各功能部分，现分别简述如下（具体电路请参考附件）：4. 1 元件标号冠首数字为1的部分为给定积分部分。这是一个带输出钳位的线性积分器，由于给定值在起动时由零电平缓慢建立，可使起动平滑、减小冲击，从而实现软起动。4. 2 PI 调节器所用元件冠首数字为 2 。比例积分调节器的应用实现了无差调节，由此保证了本机具有很高的稳压/稳流精度。在调节器上留置有微分反馈通路。当系统对动态特性要求较高时连接跳线L0 可以使用 PID 调节器。4. 3 电压反馈通道 电压反馈由标号为UF 的端子引入，通过主体为运放构成的线性运算电路转换为适宜的电压信号输出。通过改变反馈通道上所设置的偏移值，可以使不同直流输出电压对应同一个反馈值，从而在固定给定量下获得不同的输出电压值。调节电位器3W1/3W2 可以分别调节充电机输出的均充/浮充电压值。端子J/F 是否与GND 连接在一起将决定三极管3V4和3V5中的某一个导通。即3V4导通时充电机进入均衡充电状态，3W1起作用。3V5导通时充电机进入浮充电状态，3W2起作用。无论充电机工作在哪种工况，由端子WT引入一个电平信号都可以改变由3W1/3W2设定的充电电压。因此，KCAD系列功率控制单元可以方便的添加温度补偿回路。通过外接的两线制集成温度传感器检测蓄电池柜内温度，来微调浮充电和均衡充电的充电电压，在温度上升时使其降低，反之则使之适当升高。每个电池的补偿系数为-3mV/单体4. 4 电流反馈通道4. 4. 1整流器总输出电流限制串联在直流输出回路中的分流器检测出整流器的总输出电流。这个信号经过运算放大器N2：D加以变换。当电流幅值大于某一由4W2设定的临界值时，4V9导通，调节器的输出受到限制，输出的电流也就受到限制。4. 4. 2充电电流控制流将被充电电流反馈信号同样来自串联在直流输出回路中的分流器，也可以取自直流互感器。这个分流器（互感器）与总输出电流取样用的分流器串联在一起，可以不受影响检测出充电电流。当充电机工作在恒流工作状态下（即接线端子QC与GND短接或开路），我们就可以获得两个不同的充电电流值，接入偏移量所获得较大的电流值即强充电流值。4. 4. 3 均流电路该电路用于多台KCAD充电控制箱并联运行时作负荷分配用，使用这一电路可以实现用多台较小容量充电机并联获得较大输出容量，也可用于多台并联工作在线备份的冗余工作模式。如原理图所示，连接板上跳线 L2可以起用这个功能。这种均流电路是典型的“低压均流”方式，即通过牺牲一定的稳压性能，在输出电流较大时降低本机输出电压。这样，负荷电转移到与其并列运行的其他机器上。调节电位器4W4可以调节机器均流系数。均匀流系数越大，并列运行的充电机之间电流均分程度越好，但稳压能力也受影响越大。在通常运用时，我们不使用此电路。4. 5 均/浮充自动转换电路均/浮充自动转换采用对电池端电压检测的间接判定方式进行，主要电路由比较器、计时器、逻辑门电路等组成，其转换工作原理如下：4. 5. 1 浮充电均衡充电电池端电压低于工程设定值（容量不足，此一门限电压由电位器5W3设定）启动计时器5至15秒内此现象未解除均衡充电。4. 5. 2 均衡充电浮充电电池端电压达到工程设定值（电池允许均衡电压，由电位器5W4设定）启动计时器计时器工作时间到（半小时至5小时可设置）转浮充电。此一自动转换电路可留出机械接点输出（用户指定），可供主屏上灯记指示等使用。4. 6 保护部分4. 6. 1 本机提供四种保护，即过压、过流、欠压、放电终止保护。电路采用带洄滞特性的比较器（带正反馈回路的运放比较器），由于放电终止保护仅用于活化电池时，且其本质上也是一种欠压保护环节，在控制板上二者共用了一个比较器，而两者比较阀值可分别作不同调定。由电位器6W1设定充电运行低压保护门限，由电位器6W2设定放电终止电压保护门限。运算放大器N4：B及其外围元件构成的电路可以使这两种保护在充电未启动时不会动作。运算放大器N4：A及其外围元件构成的电路提供过压保护。调节电位器6W3可以设定过压保护门限。运算放大器N4：C及其外围元件构成的电路提供过流保护。改变电阻6R41/6R42的值，可以改变过流门限。以上保护动作后将自锁，直到控制电源断电或端子RST与GND短接才能够加以解除。4. 6. 2 启动连锁如图，当端子QD与端子GND连接在一起，或者上述保护功能动作时，都将使“D”点电平上升。由此，跨接在给定积分器与PI调节器上的场效应管1V1/2V1导通，使二者输出为零。可控硅的移相角被推到最大，充电机无输出。这种工况我们称之为锁零。4. 7 电源电源部分应用三端稳压器7815与7915，以获得可靠稳定的15V控制电源。4. 8 触发器KCAD32型控制板同步信号直接取自整流桥的交流输入端。因此，无须考虑整流变压器的接线组别。移相环节来自一个锁相环电路，由此具有较高的均衡度，这个部分使用模拟/数字混合电路比单纯的模拟电路有更高的可靠性与均衡度。运算放大器8N1：D及其外围元件构成的电路可以在整流桥的交流输入出现故障（逆序/缺相）时提供保护。功率放大管则选用高反压，大功率VMOS管，驱动功率低而工作可靠。5.控制板的使用5. 1 电位器功能2W1： PI调节器动态特性3W1： 均充电压3W2： 浮充电压4W1： 充电限流值4W2： 整流器总输出电流限制4W3： 强充限流值4W4： 均流系数5W3： 浮充转均充转换阀值5W4： 均充转浮充转换阀值6W1： 欠压阀值设定6W2： 终止电压阀值设定6W3： 过压阀值设定8W1： 触发器负偏电压设定8W2 8W4： 同步信号均衡微调5. 2 指示灯功能：3L1： 均充指示3L2： 浮充指示4L1： 强充指示6L1： 欠压指示6L2： 过压指示6L3： 过流指示8L0： 主桥失电指示7L1： +15V 电源7L2： -15V电源8L1 - 8L6： 脉冲指示5. 3 控制板各引出端子名称含义见相应图纸。控制板使用外接电位器调整电压/电流时，可以通过WT电压微调端子接入一个正电平信号调节输出电压。这个端子同时也可以作为蓄电池组温度补偿信号的输入口，用于微调充电电压。6.安装与调试6. 1 KCAD集控单元出厂调试方法集控单元出厂前必须进行出厂调试，步聚如下。6. 1. 1 不插集成块，核对印刷板元件焊装和接线。6. 1. 2 按相序接入三相四线380V交流电源。6. 1. 3 开电源，测量直流电源15V，要求误差小于2%，纹波小于20Mv；测量直流电源24V，要求其幅值不低于20V。6. 1. 4 断电源，插入两片 LM348（N1/8N1）、以及4077（8N2）、4093（8N8）、4046（8N3）、4022（8N4）和三片4001（8N5、8N6、8N7），再接通电源（不允许带电插拨集成块）。查8N1的输出同步电压波形，A1、B1、C1的同步电压波形为互差120的方波信号，并与电源电压A、B、C的相序应一一对应。锁零后，调负偏电位器8W1看移相范围大小，测试孔PA2、PB2、PC2的波形也应为互差120的方波信号，PA2、PB2、PC2与LM348的A1、B1、C1一一对应，调节8W1，看对应两组方波的移相范围，移相范围大小应有0-150或160，移相范围不够时，应严格配置以下参数：8C8（0.1uF1/1000）、8R03（10K）、8R28、8R18、8R9（51K）将负偏电位器压到最小，解开锁零，其移相角度应与负偏调整的大小一致。用示波器观测8N5/8N6的P11、P10，8N7的P3、P4输出双脉冲是否正常，六组脉冲波形为依次相差60的双脉冲组。（若双脉冲输出不正常时，则按逻辑关系查找相应集成块）。接入+24V电源，用约100欧电阻，依次接各脉冲变压器的输出端，看各脉冲变压器的输出是否正常，接其中任一组，其相应指示灯亮。6. 2 现场安装与调试方法6. 2. 1 功率单元箱在安装之前应详细检查电气元件，有无因运输途中受震破坏，紧固件松动或绝缘受潮等情况，如有上述情况发生，立即进行修整或烘干，用毛刷或清洁布清除箱内灰尘，并检查无误后，方可安装接线。6. 2. 2 根据电路原理图将功率单元与原柜配线，电源线必须按主电路相序配置，脉冲输出依次送入相应晶闸管，信号线不得接错。6. 2. 3 确认接线正确后，接假负载（如电炉）进行开机调试，先将电路锁零，用负偏电位器调整，若电压连续可调，则相序接线正确。再调8W1使输出电压为零，然后解开锁零。6. 2. 4 电流部分的调试：先将FQ与GND短接放开欠压保护，在电流达到过流保护值后，J1动作，这个动作值应该低于充电机允许最大输出电流。限流值的调整：先将4W1调至最小，开机后，逐步调节4W1至输出充电电流为限流值。将4W2调至最小，开机后，逐步调节4W2至输出总电流为限流值。6. 2. 5 电压部分的调试过压保护的调整：将输出电压调至过压保护值，调节6W3，到JI动作。欠压保护的调整：将输出电压调到欠压保护值，调节6W1，到JI动作。均浮转换电压值的调整：将电压调至浮转均电压值，调节5W3，使N3的P7脚输出为临界状态。均转浮电压的调整：将电压调至均转浮电压值，调节5W4，使N3的P1输出为临界状态。均充电压的调整：J/F接GND，使电路处于强行均充位，调节3W1，使电压输出至要求均充电压值。浮充电压的调整：J/F开路，使电路处于浮充位，调节3W2，使输出电压为要求的浮充电压值。 - 16 -爽酌代肉芒颠