6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计.docx
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6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
本科生毕业设计（论文）资料
学院、系：
专业：
学生姓名：
班级：
学号
指导教师姓名：
职称
最终评定成绩：
第一部分过程管理资料
一、毕业设计（论文）课题任务书
二、本科毕业设计（论文）开题报告
三、本科毕业设计（论文）进展情况记录
四、本科毕业设计（论文）中期报告
五、毕业设计（论文）指导教师评阅表
六、毕业设计（论文）评阅教师评阅表
七、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表
第二部分设计说明书
八、设计说明书
2007届
本科生毕业设计（论文）资料
第一部分过程管理资料
2007届毕业设计（论文）课题任务书
院（系）：
电气与信息工程学院专业：
电子信息工程
指导教师
学生姓名
课题名称
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
内
容
及
任
务
（1）了解三相应急电源的意义与研究背景。
（2）学习理解三相应急电源的工作原理与结构组成。
（3）了解充电器蓄电池的特性和参数。
根据容量确定充电电池的数量与连接方
式。
（4）理解充电装置的作用，根据要求和容量确定合适的充电器拓扑结构，并做出具体设计。
（5）设计充电装置的控制系统。
拟
达
到
的
要
求
或
技
术
指
标
设计系统参数如下的三相应急电源中的充电装置：
（1）电压（V）~380±25%
（2）频率（Hz）50±5%
（3）容量（kVA）6
（4）电压（V）正常时：
同市电一致应急时：
~380V±3%
（5）频率（Hz）正常时：
同市电一致应急时：
50±%
（6）波形正常时：
同市电一致应急时：
正弦波，谐波＜3%
（7）蓄电池的充电电流不能过大，充电器具有稳流和限流功能。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
第七学期15周~19周
查阅文献资料，撰写开题报告。
第八学期1周~4周
工厂实习，阅读文献资料，确定整体方案。
第八学期5周~7周
确定蓄电池充电方式，设计蓄电池组。
第八学期8周~12周
完成主电路与控制电路的具体设计。
第八学期13周~15周
完成论文初稿，并进行修改与完善。
第八学期16周
准备毕业答辩。
主
要
参
考
资
料
教研室
意见
签名：
年月日
院（系）主管领导意见
签名：
年月日
本科毕业设计（论文）开题报告
（2007届）
学院、系：
专业：
学生姓名：
班级：
学号
指导教师姓名：
职称
2007年1月15日
题目：
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
1、结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。
随着电力电子技术突飞猛进，国民经济的进步和发展，社会对电力的需求及依赖程度越来越高，特别是对那些重要、关键的电力负荷，一旦中断供电，往往会导致非常严重的甚至灾难性的后果。
同时，人们对突发事件的防范意识也越来越高，集中应急供电系统或应急电源越来越受到人们的重视和需求，并在更多的相关场合成为必备的集中应急供电系统。
与原始的二路自切供电、油机等备用电源等应急供电方式相比，采用蓄电池储能、通过电力电子变流技术取得交流电源的静止逆变式应急电源系统，它具有许多独特的优势和极为广泛的实用性，是一种真正的有效的末端切换装置。
蓄电池是一种可逆电池，当适当的直流电源正极加到蓄电池正极上，而直流电源的负极加到蓄电池的负极时，蓄电池处于充电状态，经过蓄电池内的化学变化将电能变成化学能储存起来；当除掉蓄电池的外接直流电源之后，在蓄电池的两极之间加上合适的负载，蓄电池内的化学能会变成电能送给负载。
因此，EPS常用蓄电池做储能元件。
每个EPS都具有一个或一组蓄电池，甚至几组蓄电池并联使用。
在电池串联数目有限的情况下，必须有较大的输出电流能力。
虽然蓄电池的品种很多，但适于作EPS的蓄电池主要有三类：
（1）价格便宜的HS型电池和适用于低温工作的AHH型电池；
（2）适用于长放电时间要求的CS型电池；（3）小型密封线M型电池。
一般铅酸蓄电池在充电过程中和终止时，在电极上伴随着水的分解，生成的氢气和氧气会慢慢消失在空气中。
所以，对于一般铅酸蓄电池，每隔一定的时间必须对其进行补水，以补充电解液中损失的水分，否则电解液的浓度将大大超过规定值，使电池失效。
而小型密封式M型电池使用了高氢过电位材料，采用阴极吸收式密封技术，实现了“水的分解到催化复合到水”的自我蓄循环，使蓄电池在充电过程中少发生或不发生分解和氧气析出，克服了普通蓄电池需要定期补水的缺点，达到了免维护的目的。
因此，这类蓄电池又称为免维护可充电池（Maintenance-freeRechargeableBattery）。
蓄电池容量规格中，一般给出了电池的额定电压（V），安时数（AH）和放电时间（小时，HR）。
这里的含义是：
该电池从额定电压以某电流开始放电，当放电20HR时，电池电压刚好降为电池的终止电压，由此测得总的安培小时数。
当然，EPS的电池容量越大，一般意味着输出功率越大，或允许逆变时间越长，究竟属于哪种情况，那要看EPS电路是如何设计的。
另外，对容量很小的蓄电池，用额定电压和毫安时效（mAH）来定义，放电时间往往省略。
电池充电器经由变压器与市电隔离，对电池充电及提供逆变器电力，此电源需有足够的容量，但又必需有一定限流装置电路来保护电池的寿命，一般而言，对已耗尽电力的电池进行充电，将花费其放电时间常数的8～10倍才能回充至额定压的80％，故标准型小容量在线式每放一次电需8小时以上的充电时间才能恢复电力。
传统的EPS电源中采用模拟电路控制导致了诸如电路复杂、调试难、元件易老化、输出性能低等固有缺点。
随着高性能EPS控制器的出现，EPS的全数字控制成为现实。
从技术角度上来说，DSP技术的使用可以提高EPS产品输出电压的稳定性和纯净程度，同时也提高了EPS产品自身的可靠性。
数字化的控制还可以提高EPS的暂态、稳态响应等众多性能，产品生产出来便于优化升级。
DSP技术的优势在于具有良好的自我诊断功能，能迅速地排除故障，大幅度地减少零件的数量，从而大大降低因元器件而造成的系统故障，提高其可靠性，并且运算控制更简单、准确、完美，同时DSP技术的引入也极大地推动了并联技术的发展。
采用数字控制的系统则很容易实现与计算机网络的通讯，可以通过网络对关键器件进行有效的监视，对已发生的故障有冗余措施处理。
随着高速、廉价的数字信号处理器DSP的出现，在线式EPS全数字化的实现已经成为可能。
全数字化更易实现计算机的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂散信号的干扰，便于软件包的调试和遥控，也便于自诊断、容错等技术的植入。
由于将网络通讯和电源监控软件调控技术进行了完善的结合，全数字化在线式EPS将成为EPS发展的一种趋势。
2、选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
（1）选题依据
EPS应急电源是允许短时电源中断的应急电源装置。
作为消防应急电源系统，当建筑物发生火灾时，为疏散照明和其它重要的一级供电负荷提供集中供电。
在正常情况时，由交流市电经过互投装置给重要负载供电，当交流市电断电后，互投装置将立即切换至逆变器供电，供电时间由蓄电池的容量决定，当市电电压恢复时，应急电源将恢复为市电供电。
应急电源作为独立于电网之外的一种电源，为人们生产和生活安全提供保障。
因此，对做其做研究是很有必要的。
（2）主要研究的内容
1充电器
2蓄电池
3控制电路
（3）研究思路及其方案
本设计主要包括三部分：
① 充电器
为使蓄电池组保持充足电的状态并能多次反复循环使用，充电器与蓄电池组是EPS不可缺少的组合部分。
因EPS通常工作于后备状态，不需在线运行，市电正常时，EPS通过切换开关直接向负载供市电，并由充电器对蓄电池充电。
按GB17945-2000的要求EPS的循环充电时间不大于24h，充电器的额定输出电流值一般为C/20。
因此充电器的额定输出功率一般为EPS额定功率的10%～25%。
当后备时间需延长侧充电器功率也相应增大，可以在规定的时间内完成蓄电池的再充电。
EPS中的充电器一般采用智能恒流恒压二阶段充电方式或恒压限流的充电方式。
充电器的好坏对蓄电池的容量及使用寿命影响较大，应保证最大充电电流不超过所配用蓄电池的允许值，浮充电压满足配用蓄电池的推荐值，如具备温度补偿特性则更佳，避免快速充电。
当然也有高端的采用其他充电方式，如定时自动进行循环充电方式、自动均充-浮充控制等，但在控制上略为复杂。
市电正常时，EPS中的充电器通常还需要为控制系统供电。
充电器应具备高可靠性和良好的自保护功能，应能适应较宽的输入交流电压范围，以保证在各种恶劣供电环境中正常充电并为EPS的控制系统供电。
因充电器功率较小，且多数时间内工作于轻载状态，其交流输入功率因数和谐波含量等指标并不十分重要。
EPS中的充电器通常采用高频开关电源技术实现，也有部分大功率的EPS采用了晶闸管相控整流型充电器。
② 蓄电池
蓄电池是EPS应急供电时的能量来源，是影响EPS可靠性的关键部件。
目前EPS几乎均采用免维护阀控铅酸蓄电池，该电池技术成熟，价格较低，使用、维护简单，成为UPS和EPS的首选。
在EPS中一般采用额定电压12V的蓄电池串联达到所需的额定直流电压，在较大功率EPS系统中，为达到所需电池总容量，往往需要多组电池并联，例如110kva的EPS，90min标准配置需要4组110Ah蓄电池并联。
而太多组（例如6组以上）电池并联使用，容易导致环流和充放电不均衡。
而大功率EPS又必须要将多组电池进行串并联使用，由于采用先并联后串联的方式组成的蓄电池组，其可靠度将比先串联后并联的方式要高。
如果考虑到各单只电池的不均匀性，那么这种先并后串的连接方式对防止出现两组电池偏流有利本设计将采用先将电池组的并联再串联方式。
③控制电路
本设计控制电路采用的是TMS320LF2407DPS控制主芯片，TMS320LF2407是一种面向控制的专用DSP芯片，充分利用其运算功能强大、算法先进、编程灵活等特点，符合本EPS电源系统的要求。
同时为了保证其能可靠运行，在控制电路中需要加入硬件保护电路，其包括过压、过流保护。
3.工作进度及具体安排。
第七学期15周~19周查阅文献资料，撰写开题报告。
第八学期1周~4周工厂实习，阅读文献资料，确定整体方案。
第八学期5周~7周确定蓄电池充电方式，设计蓄电池组。
第八学期8周~12周完成主电路与控制电路的具体设计。
第八学期13周~15周完成论文初稿，并进行修改与完善。
第八学期16周准备毕业答辩。
`4.指导教师意见。
指导教师：
年月日
说明：
开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。
本科毕业设计（论文）进展情况记录
毕业设计（论文）题目：
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
班级：
学号：
学生：
指导教师：
时间
任务完成情况
指导教师意见
第七学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
第八学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
第八学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
注：
教师监督学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据《课题任务书》拟定的进度与进展情况以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署意见。
第八学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
第八学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
第八学期
第周
至
第周
指导教师签名：
年月日
注：
教师监督学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据《课题任务书》拟定的进度与进展情况以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署意见。
本科毕业设计（论文）中期报告
填表日期：
2007年5月15日
院（系）
班级
学生姓名
课题名称：
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
课题主要任务：
本课题主要任务是
⑴了解三相应急电源的意义与研究背景；
⑵学习理解三相应急电源的工作原理与结构组成；
⑶了解充电器蓄电池的特性和参数，并根据容量确定充电电池的数量与连接方式；
⑷理解充电装置的作用，根据要求和容量确定合适的充电器拓扑结构；
⑸完成控制电路的设计。
1、开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果
结合课题任务情况，通过各种途径查阅文献资料，对EPS应急电源有了更深的了解，并对电源设计的思想有了更深的认识,掌握了电池的特性和参数及电池组的设计方法。
确定了主电路的拓扑结构。
2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排
在主电路的设计的基础上，进一步完善整个系统，完成控制电路的设计。
3、存在的具体问题
控制电路中一些器件的选型。
4、指导教师对该生前期研究工作的评价
指导教师签名：
日期：
毕业设计（论文）指导教师评阅表
院（系）：
电气与信息工程学院
学生姓名
学号
班级
专业
指导教师
姓名
课题名称
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
评语：
（包括以下方面，①学习态度、工作量完成情况；②检索和利用文献能力、计算机应用能力；③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）
是否同意参加答辩：
是□否□
指导教师评定成绩
分值：
指导教师签字：
年月日
毕业设计（论文）评阅教师评阅表
院、系：
电气与信息工程学院
学生姓名
学号
班级
专业
电子信息工程
课题名称
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
评语：
（对论文学术评语，包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性）
针对课题内容给设计者（作者）提出3个问题，作为答辩时参考。
1.
2.
3.
评分：
是否同意参加答辩
是□否□
评阅人签名：
年月日
毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表
院、系（公章）：
电气与信息工程学院
学生姓名
学号
班级
答辩
日期
课题名称
6kVA应急电源用蓄电池充电装置设计
指导
教师
成绩评定
分值
评定
教师
1
教师
2
教师
3
教师
4
教师
5
小计
课题介绍
思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。
30
答辩
表现
思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。
70
合计
100
答辩评分
分值：
答辩小组长签名：
答辩成绩a：
×％＝
指导教师评分
分值：
指导教师评定成绩b：
×％＝
评阅教师评分
分值：
评阅教师评定成绩c：
×％＝
最终评定成绩：
分数：
等级：
答辩委员会主任签名：
年月日
说明：
最终评定成绩＝a+b+c，三个成绩的百分比由各院、系自己确定。
2007届
本科生毕业设计（论文）资料
第二部分设计说明书
升级会员 