【正文】 通信號，給 VD2和 VD3關(guān)斷信號，這時若 i00，則 VD1和 VD4導(dǎo)通，若 i00，則 VD2和 VD3導(dǎo)通，不管哪種情況都是輸出電壓 U=Ed。 根據(jù)設(shè)計要求和對系統(tǒng)功能的分析，本設(shè)計的 EPS 使用帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋控制。 第 3章 EPS系統(tǒng)主體設(shè)計 27 + + 圖 315 逆變器雙閉環(huán)控制框圖 如圖 315 所示， KU 為電壓 PI 調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為 )11(sTK sV ?，KI 為電流 PI 調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為 )11(sTK si ?， α 、 β 分別為電流、電壓反饋系數(shù)，可得電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： )( )1()11()( 2 RLsR C L sV R C sEsTKsGi rsi ?? ??? ? (333) 電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： ?????? ????????? ???????riririVEsKRsRCVEsKLR C L sR C sVEsKsi)11()11()1()11()(2????? (334) 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： RLsR C L sVEsKRsKsG rivv ????? 2)11()11()( ???? (335) 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： rivriVEsKRsKRLsR C L sR C sVEsKsi)11()11()1()11()(2??????????????? (336) KU KI rVE RLsRCLsRCs ???2 1 1?RCsR α β 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 逆變器的參數(shù)設(shè)計 LC濾波器的參數(shù)設(shè)計 LC 濾波器的設(shè)計要考慮到開關(guān)器件的開關(guān)頻率，最大允許輸出的紋波電壓、電流。 雙閉環(huán)的參數(shù)設(shè)計 由電流內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)式 333 可知電流內(nèi)環(huán)為三 階系統(tǒng)， 可得系統(tǒng)開環(huán)的零、 極點 分別 為： 第 3章 EPS系統(tǒng)主體設(shè)計 29 RCS 10 ?? (340) 01?S (341) ?????? ???? LCLRRCS 41121 2232 、 (342) 由于極點 S1 與零點很 接近，對系統(tǒng)的影響不大，所以系統(tǒng)可以近似為二階系統(tǒng)，其性能將有主導(dǎo)極點 S S3 決定 ，式中 L=， C=20μ F，設(shè)負載電阻為 R=30Ω ，輸入電壓 Vg=245V，輸出電壓 V0=220V，經(jīng)過計算和實際仿真實驗，電流內(nèi)環(huán)的 PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)最后取 Kp=， Ki=30。 由 LC 濾波器可知 sfLC ?2)101~51(1 ? (337) 濾波器中電感 L 可由式 338 求得 smgfIVL 2? (338) 將最大紋波電流 Im控制在負載電流峰值的 20%以下 AU SI m %20220 50 002%202 0 ?????? mHfIVL sm g 2452 3 ?????? 根據(jù)實際的仿真結(jié)果，電感值取 L=。使用雙閉環(huán)設(shè)計，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別為電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，分別引入電壓負反饋和電流負反饋，將兩者進行串級連接，把電壓調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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。 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反饋第 3章 EPS系統(tǒng)主體設(shè)計 25 控制。 Ed 兩種電平。橋臂 1 和 4 為一對，橋臂 2 和 3 為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通 180176。 恒壓放電控制設(shè)計 蓄電池放電時，由雙向 DC/DC 變換器給 SPWM 逆變器供電，此時需要電壓為恒定值，來提高逆變器供給負載的電源質(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。所以在降壓模式下對 DC/DC 變換器使用電壓負反饋實現(xiàn)穩(wěn)壓控制，使用電壓單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 充電時，由母線電壓給負載 RL供電，同時通過雙向 DC/DC 變換器給蓄電池充電，在穩(wěn)定情況下，負載 RL所消耗的能量是恒定的，對充電沒有影燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 響，濾波電容 C1 是針對于放電時的濾波，充電時其電壓也保持恒定不變，對系統(tǒng)沒有影響，這樣便可得到變換器在 Buck 模式下的小信號模型，如圖39 所示。 Boost 模式時 DIIL ??1 0 (36) Buck 模式時 DIIL 0? (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)計要求輸入電壓 220V，充電電壓 120V，此時開關(guān)器件占空比 D=120/220=，根據(jù)公式 37 計算電感 L 的值 fki If DUL ???? (38) mHL 0 0 3 ????? 再考慮 Boost 模式下： 設(shè)電感紋波電流 If=2A,根據(jù)設(shè)計要求蓄電池輸出 120V， DC/DC 變換器輸出 240V，此時占空比為 D=1120/240=，根據(jù)公式 38 計算電感 L 的值 fki If DUL ???? 2 (39) mHL 2 03 ???? ?? 根據(jù)實際仿真，選取的電感值 L=。 參考以上原則 和其他文獻資料，選用的 IGBT 開關(guān)頻率 fK 為 20kHz。 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。 UD2D1T1T2LB TC 圖 37 IGBT 導(dǎo)通時的等效電路 工作狀態(tài) 2：當 T1截止時，由于儲能電感的電流不能突變，所以在它的兩端便感應(yīng)出一個與原來極性相反的自感電勢，使續(xù)流二級管導(dǎo)通。 LUCT1T2D1D2B T 圖 35 IGBT 關(guān)斷時的等效電路 當市電正常供電時，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。其等效電路如圖 34 所示。 當市電供電失常時，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。 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，它的工作燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 性能直接關(guān)系到蓄電池的壽命和在電網(wǎng)出現(xiàn)問題供電不正常時提供給負載的電源質(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。 ：充電過程中電壓始終不變，保持在一設(shè)定值，開始充電時電流會相對較大，隨著充電的進行充電電流慢慢減小，最后電流穩(wěn)定在一個很小的值，這樣充電時便不用控制充電電流的大小，充電效率也較高。它將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，當市電中斷時，EPS 靠儲存在蓄電池中的化學(xué)能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄?yīng)負載能量。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，同時向負載 R充電。 在 下一章 中將詳細分析 EPS 系統(tǒng)各部分的設(shè)計。它們主要通過補償算法 ,改變正弦調(diào)制波信號 ,讓調(diào)制波加入需要抵消的諧波或是快速跟蹤標準正弦信號 ,從而減小輸出阻抗 ,提高輸出波形的質(zhì)量。 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)。磁通SPWM，即空間電壓矢量 SVPWM 法與電壓 SPWM 不同，它是從電機的角度作為出發(fā)，強調(diào)怎樣使電機獲得幅值恒定的圓形磁場。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的調(diào)速工作在近似正弦的變電壓下同時有效的抑制低次諧 波，其轉(zhuǎn)矩脈動小，大大擴展了交流電機的調(diào)速范圍?？梢哉f 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。即通過一系列脈沖寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形，包括形狀和幅值。此時 EPS 中 雙向 DC/DC 變換器轉(zhuǎn)變?yōu)?Boost 模式工作， 蓄電池通過雙向 DC/DC 變換器放電 ， 逆變器這時也恢復(fù)工作，輸出電壓經(jīng)過 逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┙o負載，直到檢測到市電恢復(fù)正常時，又斷開逆變器與負載間的開關(guān)，單獨用市電供電。詳細比較如表 13 所示。 EPS 電源不足于發(fā)電機組的就是 EPS 供電時間取第 1章 緒論 5 決于蓄電池的容量，一般為 30120 分鐘，發(fā)電機組則能長期持續(xù)供電。 UPS 更適合于電容性負載，主要應(yīng)用于對電能質(zhì)量要求極高的計算機、服務(wù)器、程控交換機和集料設(shè)備等。其功耗較低，高效節(jié)能，耗電不足 %，效率一般在 92%以上。 EPS 的檢測、控制、通信都逐漸由計算機來管理，并且在一些時候能夠智能控制，如定時開關(guān)應(yīng)急電源，將相關(guān)運行信息發(fā)送給操作系統(tǒng)或管理員，便于進行遠程操控等 [3]。 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 將會向著高頻化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。 所以 有必要 配備 EPS 系統(tǒng)，在 市電供應(yīng)出問題時 能確保有穩(wěn)定的電能提供給負載，以降低因為市電中斷而 造成的損失， 為重要負載的運行提供 保障。 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 負載。 EPS 應(yīng)急電源具有以下幾點技術(shù)優(yōu)勢： （ 1） 安全可靠：用成熟的免維護鉛酸蓄電池儲能以及 PWM 逆變器進行電能的轉(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)、自動控制技術(shù)、免維護鉛酸蓄電池技術(shù)等。隨著 EPS 在國內(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 十分突出，得到了國內(nèi) 建筑電氣設(shè)計行業(yè)的大力推廣。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