【正文】 太大，具體值通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動(dòng)作用，如系統(tǒng)載荷突變或直流電壓突變，跟蹤誤差突然變大，由于有一個(gè)參考周期的延時(shí)，重復(fù)控制器輸出不產(chǎn)生變化，但比例控制 器卻感受到跟蹤誤差的突變并立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。 姜璐：三相不間斷電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 4 輔助部分的設(shè)計(jì) 前面所討論的整流器和逆變器構(gòu)成了在線式 UPS的主要部分，使得 UPS基本上可以完成不間斷提供高質(zhì)量電源的任務(wù)。 這些輔助功能的部分包括蓄電池組、充電電路、靜態(tài)開(kāi)關(guān)電路以及控制、監(jiān)測(cè)、顯示、并機(jī)和保護(hù)電路，下面就分別對(duì)這些方面的內(nèi)容加以討論。 （ 2）充電電路 UPS中的充電電路是將蓄電池放電后損失的能量重新補(bǔ)充，一般充電電路是獨(dú)立于逆變器而工作的。當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證負(fù)載不斷電， UPS輸出也將通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出切換到市電。在很重要的場(chǎng)合下，比如實(shí)時(shí)控制煉鋼、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、導(dǎo)彈彈道 的控制與測(cè)量等，要求控制設(shè)備與測(cè)量設(shè)備絕對(duì)不能停電。所以逆變器運(yùn)行時(shí)，只要檢測(cè)到有旁路信號(hào)存在，逆變器的輸出就始終通過(guò)鎖相與旁路的市電同步。為保證 UPS工作安全可靠， UPS還配有完善的保護(hù)電路。 F240 采用亞微米 CMOS 制造工藝使功率降低。 TMS320F240 程序存儲(chǔ)空間的分配、選擇靈活。 片內(nèi)有作為程序存儲(chǔ)器的閃速存儲(chǔ)器（ Flash RAM）、事件管理器模塊、雙 10 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ ADC）等，極大地方便了用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)， TMS320F240 也因此而得到了廣泛的應(yīng)用。 對(duì) SA4828 的控制是通過(guò)微處理器接口將數(shù)據(jù)送入芯片和兩個(gè)寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖 51 為 UPS 逆變系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。否則， UPS 在執(zhí)行轉(zhuǎn)換的瞬間，由于兩路交流電的差異而出現(xiàn)瞬態(tài)電壓差 △ U，如果用戶在 △ U 過(guò)大的情況下執(zhí)行轉(zhuǎn)化操作，勢(shì)必會(huì)在市電交流旁路電源和逆變電源之間產(chǎn)生很大的環(huán)流，這個(gè)環(huán)流將可能導(dǎo)致逆變器的功率管燒壞。本文采用的亦是數(shù)字鎖相環(huán)，其原理是同時(shí)采樣電網(wǎng)電壓信號(hào)和逆變器輸出電壓信號(hào)，通過(guò)控制 SA4828 來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓信號(hào)和電網(wǎng)電壓信號(hào)保持頻率和相位的同步。此檢測(cè)電路由分壓電路、反向電路，絕對(duì)值電路及限幅電路組成。用施密特芯片代替比較器可減小市電過(guò) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 P H A S E5 1 K7 4 H C 1 4U A2CD S P . 5 3 , 6 7U IC H KU A P H1 0 21 圖 53 市電 方波信號(hào)產(chǎn)生電路 Figure 5 3 Electricity generated squarewave signal circuit 零 點(diǎn)的干擾的影響，使上升沿和下降沿更陡，有利于中斷的準(zhǔn)確觸發(fā) [19]。 傳統(tǒng)的鎖相環(huán)是用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著微處理器速度不斷 的提高，用軟件實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)是一種趨勢(shì)。其接口電路的設(shè)計(jì)如圖 52。參數(shù)是通過(guò) 8 個(gè)暫存器 R0、 RR R R R R1 R15 來(lái)傳送的，初始化參數(shù)先被寫(xiě)入 R0~R5，然后通過(guò)對(duì) R14寫(xiě)操作將 參數(shù)傳送到初始化寄存器，再把控制參數(shù)寫(xiě)入 R0~R5，并通過(guò)對(duì) R15 寫(xiě)操作將參數(shù)傳送到控制寄存器。 SPWM 產(chǎn)生器 SA4828 本系統(tǒng)中， TMS320F240 本身雖具有專門(mén)應(yīng)用于變頻調(diào)速和 UPS 控制的 PWM 輸出口，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 可以通過(guò)軟件產(chǎn)生 SPWM 控制信號(hào)，但在本設(shè)計(jì)中仍然采用專用脈寬調(diào)制集成芯片SA4828 產(chǎn)生 SPWM 波形。當(dāng) MP/MC 引腳是低電平時(shí)，器件被設(shè)置為微計(jì)算機(jī)方式，片內(nèi) ROM 或 Flash 訪問(wèn) ，器件從片內(nèi)存儲(chǔ)器中讀取復(fù)位向量； MP/MC 引腳是高電平時(shí)，器件被配置為微處理器方式，器件從外部存儲(chǔ)器中讀取復(fù)位向量。 TMS320F240 片內(nèi)的事件管理器與其它任何一種 DSP 都不同，該事件管理器中包括特殊的 PWM 產(chǎn)生功能，特殊的附加功能包括可編程的死區(qū)功能和空間矢量 PWM 狀態(tài)機(jī)；三個(gè)獨(dú)立的向上 /下計(jì)數(shù)器，每一個(gè)都有屬于它自己的比較寄存器，可以支持產(chǎn)生非對(duì)稱的和對(duì)稱的 PWM 波形；四路捕獲輸入中的兩路可以直接連至光電編碼器的正交編碼脈沖信號(hào)。 姜璐：三相不間斷電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 5 三相 UPS逆變系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) DSP 核心控制芯片簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)研究 DSP 控制三相大功率 UPS，采用的核心控制芯片是 TMS320F240，TMS320F240 DSP 是美國(guó)德州 TI 公司于 1997 年推出的 一種適用于工業(yè)控制，尤其適用于電機(jī)控制的 DSP 芯片。 （ 5）控制、監(jiān)測(cè)、顯示和保護(hù)電路 控制電路是 UPS的神經(jīng)中 樞，其輸出電壓精度高低、波形失真度大小以及長(zhǎng)期工作可靠性的高低等都與控制電路密切相關(guān)。如果它們不同頻同相，就無(wú)法并聯(lián)運(yùn)行。 另外，對(duì)于三相輸入、三相輸出的 UPS，負(fù)載需要一定的相序，在旁路時(shí)的相序是ABCA，那么在 UPS供電時(shí)的相序也必須是 ABCA的順序，并且二者的三相要一一重合。 （ 3） 靜態(tài)開(kāi)關(guān) 靜態(tài)開(kāi)關(guān)是 UPS的保護(hù)設(shè)備和供電轉(zhuǎn)換器件， 它一方面保護(hù) UPS和負(fù)載，另一方面作為市電旁路供電和逆變器供電的轉(zhuǎn)換器件。目前，在 UPS中廣泛使用蓄電池作為儲(chǔ)存電能的裝置。一臺(tái)性能良好的 UPS必須具備下面所要討論的輔助功能。一個(gè)周期過(guò)后，重復(fù)控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用使跟蹤誤差減小。一方面，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)的跟蹤誤差小，比例調(diào)節(jié)器的控制作用小，基本上不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響?；诒壤刂坪颓度胧街貜?fù)控制復(fù)合控制的框圖如圖 311 所示。比例控制和嵌入式重復(fù)控制應(yīng)用到三相大功率 UPS 逆變系統(tǒng)中，既有自身的優(yōu)點(diǎn)和特長(zhǎng)，又都有局限性和不足。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成輸出交流電壓出現(xiàn)大范圍跌落或上升。嵌入式重復(fù)控制器是在改進(jìn)型重復(fù)控制器基礎(chǔ)上增加一個(gè)前饋通道，如圖 310 所示，這樣在突然上電時(shí)，系統(tǒng)是在給定值的基礎(chǔ)上疊加 rU 來(lái)減小誤差，可以解決重復(fù)控制響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。誤差 e（在控制作用下）衰減為零時(shí)， c 并不會(huì)隨之消失，而只是停止變化，維持上周期的波形，并且周期性地輸出這一波形。重復(fù)控制是一種有效改善逆變電源穩(wěn)態(tài)性能的方法，其基本原理源于控制理論中的內(nèi)模原理，即將作用于系統(tǒng)的外部信號(hào)的動(dòng)力學(xué)模型植入控制器而構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)思想。對(duì)線性負(fù)載，負(fù)載電流呈正弦變化，對(duì)非線性負(fù)載，負(fù)載電流則呈非正弦變化。 數(shù)學(xué)上，三相逆變橋可用如下開(kāi)關(guān)矩陣表示： ? ?A TB A B C dCUU S S S UU???????????? （ 36） 其中 SA、 SB、 SC為開(kāi)關(guān)函數(shù)，開(kāi)關(guān)函數(shù)定義如下： ? ?, 10i i A B CS ? ?? ?? 橋 臂 上 管 導(dǎo) 通 ， 下 管 關(guān) 閉橋 臂 下 管 導(dǎo) 通 ， 上 管 關(guān) 閉 （ 37） 把負(fù)載電流處理為擾動(dòng)輸入，取電感電流、電容電壓為狀態(tài)變量，對(duì)由逆變橋的任兩個(gè)輸出端 A、 B 或 C 組成的環(huán)路列寫(xiě)基爾霍夫電壓方程，對(duì)濾波器輸出端端點(diǎn) a、 b、 c 列寫(xiě)基爾霍夫電流方程，可得到三相濾波器的狀態(tài)方程為： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 000000ab c aa oabc abb obc a bcc ocabab a b A Bbcbc b c B Ccac a c a C Adu duC C i Idt dtdu duC C i Idt dtdu duC C i Idt dtdi diL L u R i R i U Udt dtdi diL L u R i R i U Udt dtdi diL L u R i R i U Udt dt?? ? ????? ? ???? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??? （ 38） 表示成矩陣形式： Ax Bx Cu? ?? 即： 00000010 0 0 0 010 0 0 0 01 0 1 0 0 01 1 0 0 0 010 0 0 0 00 1 1 0 0 00 0 0 1 1 0 10 0 00 0 0 0 1 110 0 0 1 0 10 0 010 0 0abbccaabcCuCuuCRRiL L Li RRL L LiRRL L L???????????? ???? ??????? ?????? ??????? ??????? ??????? ??????? ????????? ?????? ????? ???? ???? ??????????10 0 0 0 010 0 0 0 010 0 0 0 0110000110 0 0 0110 0 0 0abbccaabcABCoaobocuuuiiiCUCUUCILL IILLLL????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? （ 39） 或者表示成： 姜璐：三相不間斷電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 3133 0 2220 ( 1 / )0 0 ( 1 / )( 1 / ) ( / )0 ( 1 / ) 0phophUCIA C IuuIL I R L AA L Aii???? ? ????? ? ? ????? ??????? ? ? ????? ?? ??? ? ? ??? ???? （ 310） 1 2 31 0 1 1 1 01 1 0 , 0 1 1 ,0 1 1 1 0 1A A I??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?其 中 為 三 階 單 位 陣 ? ?? ?? ?? ?Ta b b c c aTa b cTp h A B CTo p h o a o b o cu u u ui i i iU U U UI I I I????為 電 容 電 壓為 電 感 電 流為 逆 變 橋 輸 出 電 壓為 負(fù) 載 電 流 對(duì)于三相無(wú)中線系統(tǒng)，有 0a b c o a o b o cI I I I I I? ? ? ? ? ?，并且對(duì)電容環(huán)路有 0ab bc cau u u? ? ?，則式 38 可簡(jiǎn)化為： 1()31()31()31[ ( 3 ) ( 2 ) ]31[ ( 3 ) ( 2 ) ]31[ ( 3 ) ( 2 ) ]3aba b ob oabcb c oc obcac a oa ocaab c a a A B Cbab bc b B C Acbc c a c C A Bdui i I Idt Cdui i I Idt Cdui i I Idt Cdiu u i R U U Udt Ldiu u i R U U Udt Ldiu u i R U U Udt L?? ? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????? （ 311） 表示成矩陣形式： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 000110 0 0 033110 0 0 033110 0 0 033110 0 033110 0 033110 0 0330ab abbc bcc a c aaabbccCCuuCCuuuuCCRiiL L Lii RL L LiiRL L L???????????? 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