【正文】 即EPS的雌型）1990年從國(guó)外被引入中國(guó)，剛開始廣州、深圳等地有企業(yè)仿制單相5kw以下小型機(jī)，主要用于賓館、大型酒店的應(yīng)急照明。關(guān)鍵詞　單相應(yīng)急電源，雙向DC/DC變換器，SPWM逆變器I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractA singlephase inverter emergency power supply (EPS) system is presented on this paper, It is main function is to mains supply fails, can the emergency power to the load, To protect people39。設(shè)計(jì)的主體分為單相不可控整流電路，雙向DC/DC變換器，單相SPWM逆變器三個(gè)部分。（注意：逆變器直流母線電壓要求）方案設(shè)計(jì)并PSPICE仿真實(shí)現(xiàn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）逆變式EPS設(shè)計(jì)與仿真燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）逆變式EPS設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 學(xué)生 姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教師： 答辯 日期： 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院： 系級(jí)教學(xué)單位： 學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)應(yīng)電092題目題目名稱逆變式EPS設(shè)計(jì)與仿真題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ √ ）?；疽蟛殚單墨I(xiàn)15篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于5千漢字；完整的設(shè)計(jì)方案及相關(guān)理論或原理分析，詳實(shí)的仿真驗(yàn)證與分析；符合“撰寫規(guī)范”的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（——約40標(biāo)準(zhǔn)頁）；繪制A0圖紙1張（電氣圖形及文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)）。文中對(duì)各個(gè)部分的電路結(jié)構(gòu)、工作原理以及在EPS系統(tǒng)中發(fā)揮的作用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。s normal production and life, is a case of power failure in an emergency people can minimize the loss of product.This prehensive introduction to the development of EPS in the domestic and international situation and development trend by paring the EPS and UPS, backup generators, batteries emergency lights, EPS pared to other products found in the superiority and broad prospects for development. The design is divided into singlephase uncontrolled rectifier circuit, bidirectional DC / DC converter, single phase SPWM Inverter. For each part of the circuit structure, working principle and the role of the EPS system were analyzed.Finally, based on the theory, using MATLAB software simulation EPS system designed to verify the feasibility of the design. By designing a detection circuit, a control circuit for controlling the EPS system, Achieve when the electric supply is normal, the grid to charge the battery in EPS. EPS can be quickly transformed into a discharged state power to the load control program when the electric supply failure from mains.Keywords　 Single appropriate emergency power supply, BidirectionalDC / DC converter, SPWM InverterI 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 1 選題的意義 2 發(fā)展趨勢(shì) 2 EPS與相關(guān)產(chǎn)品的比較 3 EPS與UPS 3 EPS與發(fā)電機(jī)組 4 EPS與自帶蓄電池應(yīng)急燈 5第2章 基本方案設(shè)計(jì) 6 設(shè)計(jì)思路及結(jié)構(gòu) 6 設(shè)計(jì)思路 6 EPS基本結(jié)構(gòu) 6 PWM控制技術(shù)簡(jiǎn)介 8 PWM控制技術(shù)及其發(fā)展 8 SPWM控制技術(shù) 8 SPWM技術(shù)原理 9 小結(jié) 10第3章 EPS系統(tǒng)主體設(shè)計(jì) 11 11 控制原理 11 主要數(shù)量關(guān)系 12 雙向DC/DC變換器 12 免維護(hù)鉛酸蓄電池 12 雙向DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和工作原理 13 電路參數(shù)設(shè)計(jì) 17 建立變換器的小信號(hào)模型 19 變換器控制方案設(shè)計(jì) 21 單相SPWM逆變器 23 24 雙閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 25 逆變器的參數(shù)設(shè)計(jì) 28 小結(jié) 29第4章 系統(tǒng)仿真 30 系統(tǒng)分部仿真結(jié)果 30 單相全橋不可控整流電路仿真 30 單相SPWM逆變電路仿真 31 雙向DC/DC變換電路仿真 35 EPS系統(tǒng)整體仿真結(jié)果 37 市電突然中斷情況仿真 40 市電恢復(fù)正常情況仿真 42 負(fù)載突變情況仿真 43 小結(jié) 45結(jié)論 46參考文獻(xiàn) 47致謝 49附錄1 50附錄2 55附錄3 59附錄4 70附錄5 80III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景EPS（Emergency Power Supply）應(yīng)急電源是電源行業(yè)中的一種新型電源產(chǎn)品，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于建筑電氣、工業(yè)電氣等外設(shè)備用電源設(shè)計(jì)中。隨著EPS在國(guó)內(nèi)應(yīng)急供電方面應(yīng)用的慢慢發(fā)展以及三相EPS的引進(jìn)開發(fā)和應(yīng)用，再有EPS在的容易操控性、高效性、節(jié)能性等優(yōu)勢(shì)十分突出，得到了國(guó)內(nèi)建筑電氣設(shè)計(jì)行業(yè)的大力推廣。EPS應(yīng)急電源具有以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）安全可靠：用成熟的免維護(hù)鉛酸蓄電池儲(chǔ)能以及PWM逆變器進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換，整體結(jié)構(gòu)為固定的靜態(tài)結(jié)構(gòu)；使用成熟的電子技術(shù)的電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、免維護(hù)鉛酸蓄電池技術(shù)等。UPS日常工作著重于整流/逆變的雙變換電路供電，在逆變器故障或超載時(shí)才轉(zhuǎn)化為旁路供電，電能利用率不高，一般為80%90%，適應(yīng)IT負(fù)載。所以有必要配備EPS系統(tǒng)，在市電供應(yīng)出問題時(shí)能確保有穩(wěn)定的電能提供給負(fù)載，以降低因?yàn)槭须娭袛喽斐傻膿p失，為重要負(fù)載的運(yùn)行提供保障。并且現(xiàn)在數(shù)字控制，蓄電池技術(shù)越來越成熟完善，EPS應(yīng)急電源技術(shù)也隨之越來越成熟，可以預(yù)見，EPS將會(huì)向著高頻化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。EPS的檢測(cè)、控制、通信都逐漸由計(jì)算機(jī)來管理，并且在一些時(shí)候能夠智能控制，如定時(shí)開關(guān)應(yīng)急電源，將相關(guān)運(yùn)行信息發(fā)送給操作系統(tǒng)或管理員，便于進(jìn)行遠(yuǎn)程操控等[3]。其功耗較低，高效節(jié)能，%，效率一般在92%以上。UPS更適合于電容性負(fù)載，主要應(yīng)用于對(duì)電能質(zhì)量要求極高的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、程控交換機(jī)和集料設(shè)備等。EPS電源不足于發(fā)電機(jī)組的就是EPS供電時(shí)間取決于蓄電池的容量，一般為30120分鐘，發(fā)電機(jī)組則能長(zhǎng)期持續(xù)供電。詳細(xì)比較如表13所示。此時(shí)EPS中雙向DC/DC變換器轉(zhuǎn)變?yōu)锽oost模式工作，蓄電池通過雙向DC/DC變換器放電，逆變器這時(shí)也恢復(fù)工作，輸出電壓經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┙o負(fù)載，直到檢測(cè)到市電恢復(fù)正常時(shí)，又?jǐn)嚅_逆變器與負(fù)載間的開關(guān)，單獨(dú)用市電供電。即通過一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形，包括形狀和幅值。可以說PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用才發(fā)展的比較成熟，從而確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。在各種PWM控制技術(shù)中，正弦PWM技術(shù)是應(yīng)用最廣而且是比較成熟的一種變頻調(diào)速方案，這種控制方法可以使電機(jī)的調(diào)速工作在近似正弦的變電壓下同時(shí)有效的抑制低次諧波，其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，大大擴(kuò)展了交流電機(jī)的調(diào)速范圍。磁通SPWM，即空間電壓矢量SVPWM法與電壓SPWM不同，它是從電機(jī)的角度作為出發(fā)，強(qiáng)調(diào)怎樣使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)。上述原理可以稱之為面積等效原理，它是SPWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。它們主要通過補(bǔ)償算法,改變正弦調(diào)制波信號(hào),讓調(diào)制波加入需要抵消的諧波或是快速跟蹤標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào),從而減小輸出阻抗,提高輸出波形的質(zhì)量。在下一章中將詳細(xì)分析EPS系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)。至wt=0之后，U將要超過Ud，使得VD1和VD4開通，Ud=U，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R充電。它將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，當(dāng)市電中斷時(shí)，EPS靠?jī)?chǔ)存在蓄電池中的化學(xué)能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄?yīng)負(fù)載能量。：充電過程中電壓始終不變，保持在一設(shè)定值，開始充電時(shí)電流會(huì)相對(duì)較大，隨著充電的進(jìn)行充電電流慢慢減小，最后電流穩(wěn)定在一個(gè)很小的值，這樣充電時(shí)便不用控制充電電流的大小，充電效率也較高。 雙向DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和工作原理雙向DC/DC變換器是連接蓄電池和SPWM逆變器的重要部分，它的工作性能直接關(guān)系到蓄電池的壽命和在電網(wǎng)出現(xiàn)問題供電不正常時(shí)提供給負(fù)載的電源質(zhì)量，因此，EPS的雙向DC/DC變換器的轉(zhuǎn)換質(zhì)量直接關(guān)系到EPS系統(tǒng)的性能。當(dāng)市電供電失常時(shí)，由蓄電池放電，雙向DC/DC變換器工作在Boost模式下，也就是升壓模式。其等效電路如圖34 所示。圖35 IGBT關(guān)斷時(shí)的等效電路當(dāng)市電正常供電時(shí)，電網(wǎng)給蓄電池充電，雙向DC/DC變換器工作在Buck模式，也就是降壓模式。圖37 IGBT導(dǎo)通時(shí)的等效電路工作狀態(tài)2：當(dāng)T1截止時(shí)，由于儲(chǔ)能電感的電流不能突變，所以在它的兩端便感應(yīng)出一個(gè)與原來極性相反的自感電勢(shì)，使續(xù)流二級(jí)管導(dǎo)通。 開關(guān)器件的頻率選擇選擇器件的開關(guān)頻率主要參考：(1)開關(guān)頻率越高，變換器的體積和重量便可以做的越小。參考以上原則和其他文獻(xiàn)資料，選用的IGBT開關(guān)頻率fK為20kHz。Boost模式時(shí) (36)Buck模式時(shí) (37)首先考慮工作在Buck模式下：電感的紋波電流取If=1A，根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入電壓220V，充電電壓120V，此時(shí)開關(guān)器件占空比D=120/220=，根據(jù)公式37計(jì)算電感L的值 (38)再考慮Boost模式下：設(shè)電感紋波電流If=2A,根據(jù)設(shè)計(jì)要求蓄電池輸出120V，DC/DC變換器輸出240V，此時(shí)占空比為D=1120/240=，根據(jù)公式38計(jì)算電感L的值 (39) 根據(jù)實(shí)際仿真，選取的電感值L=。充電時(shí)，由母線電壓給負(fù)載RL供電，同時(shí)通過雙向DC/DC變換器給蓄電池充電，在穩(wěn)定情況下，負(fù)載RL所消耗的能量是恒定的，對(duì)充電沒有影響，濾波電容C1是針對(duì)于放電時(shí)的濾波，充電時(shí)其電壓也保持恒定不變，對(duì)系統(tǒng)沒有影響，這樣便可得到變換器在Buck模式下的小信號(hào)模型，如圖39所示。所以在降壓模式下對(duì)DC/DC變換器使用電壓負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，使用電壓?jiǎn)伍]環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 恒壓放電控制設(shè)計(jì)蓄電池放電時(shí)，由雙向DC/DC變換器給SPWM逆變器供電，此時(shí)需要電壓為恒定值，來提高逆變器供給負(fù)載的電源質(zhì)量，根據(jù)前幾節(jié)的介紹，可以得到放電模式下閉環(huán)系統(tǒng)方框圖，如圖312所示。橋臂1和4為一對(duì)，橋臂2和3為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180176。Ed兩種電平。 逆變器控制策略分析SPWM控制技術(shù)比較常見的有兩類：基于周期反饋的控制和瞬時(shí)反饋控制。使用雙閉環(huán)設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別為電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，分別引入電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，將兩者進(jìn)行串級(jí)連接，把電壓調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制SPWM逆變器上開環(huán)器件的導(dǎo)通，這樣電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，電壓環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)還可以將輸出的濾波電路電流變換為可控的電流源，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。參考本章第二節(jié)中的介紹，逆變器中開關(guān)器件（IGBT）的開關(guān)頻率定為fs=20kHz。由雙閉環(huán)系統(tǒng)的傳