【正文】 出來(lái)的相位差進(jìn)行相位修正，相位修正后的頻率作為逆變器參考正弦波的發(fā)生頻率。RS485 通訊協(xié)議如下：波特率：2400bps數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：8 位浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)32停止位：1 位奇偶校驗(yàn)：無(wú)采用地址位多機(jī)通訊模式，這樣 RS485 串行通訊的幀格式如 圖 225 所示。參數(shù)設(shè)定命令與開(kāi)機(jī)命令類似，DSP 收到的數(shù)據(jù)也要經(jīng)上位機(jī)進(jìn)行確認(rèn)。在逆變電路控制模型中，輸入的參考正弦波 和三角波比較得到的sin()mVt?脈沖去控制各功率開(kāi)關(guān)器件。而 S_iiv的開(kāi)關(guān)周期平均。單相半橋式電路如 圖 31 所示。DSP 上傳的數(shù)據(jù)包括：三相旁路電壓、三相逆變輸出電壓、旁路頻率、逆變輸出頻率、正負(fù)直流母線電壓、三相負(fù)載百分比、三相輸出電流、散熱器溫度、電感溫度、機(jī)內(nèi)空氣溫度、UPS 工作狀態(tài)、逆變器工作狀態(tài)、逆變器失效故障狀態(tài)等。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)31t 1電 網(wǎng)電壓逆 變電壓圖 222　t1 時(shí)刻相位未鎖定之前電網(wǎng)電壓與逆變電壓波形t 2電 網(wǎng)電壓逆 變電壓圖 223　t2 時(shí)刻相位鎖定后電網(wǎng)電壓與逆變電壓波形 DSP 與上位機(jī) MCU 的通訊在該數(shù)字控制三相逆變系統(tǒng)中的，人機(jī)界面主要是由上位機(jī) MCU 來(lái)完成的。在電網(wǎng)正常時(shí)，如果電網(wǎng)頻率滿足精度要求，則同步信號(hào)選電網(wǎng)的過(guò)零信號(hào)為同步信號(hào)，否則選浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)30自振蕩的基準(zhǔn)頻率信號(hào)為同步信號(hào)?？紤]頻率和相位同時(shí)修正時(shí)，數(shù)字鎖相的計(jì)算公式為：()()TnBn?????　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 29式中 為相位修正系數(shù)， 。在不考慮濾波作用時(shí)，對(duì)頻率的一步修正為： ()(1)invT??　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 26invT表示逆變器參考正弦波的周期， 表示電網(wǎng)電壓的周期。這樣捕獲到的計(jì)數(shù)器的值，就是電網(wǎng)頻率的周期。同步信號(hào)和經(jīng)分頻器后的反饋信號(hào)輸入到鑒相器，鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后作為壓控振蕩器的輸入來(lái)改變振蕩器的輸出頻率和相位，從而實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的同步。載波的頻率（開(kāi)關(guān)頻率）由定時(shí)器的定時(shí)周期和計(jì)數(shù)模式?jīng)Q定，具體的式子如下：　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　式 251spfnTk??其中，n 為周期寄存器的時(shí)間常數(shù)， 為計(jì)時(shí)器時(shí)基周期，k 在連續(xù)增/ 減pT計(jì)數(shù)模式時(shí)取 2，而在連續(xù)增計(jì)數(shù)模式時(shí)取 1。DSP 有兩個(gè)獨(dú)立的事件管理模塊，在該系統(tǒng)中，用事件管理模塊 A 來(lái)實(shí)現(xiàn)三相逆變器所需的六路 PWM 控制；事件管浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)23理模塊 B 用它的信號(hào)捕獲功能來(lái)捕獲逆變輸出所需的同步信號(hào)；局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）留作以后的并機(jī)通訊接口；串行通訊接口（SCI）用來(lái)與上位機(jī)進(jìn)行通訊；可編程的 I/O 口用來(lái)作狀態(tài)的輸入/輸出口；程序存儲(chǔ)在片內(nèi)的 FLASH中，用片內(nèi)的 RAM 作程序變量存儲(chǔ)器；利用 DSP 集成的 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換，16通道，10 位）來(lái)作信號(hào)采樣；用片內(nèi)的 WATCHDOG（看門狗）來(lái)實(shí)現(xiàn)程序自復(fù)位。在順切換時(shí)，同樣需要檢測(cè)逆變輸出電壓與旁路電壓是否同頻同相。在旁路和逆變器同時(shí)供電時(shí)，兩者如果頻率和幅值相同而相位不同：旁路電壓： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　式 211sin()mVt???逆變電壓：　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式2it???22兩者電壓差： 　　式 23sin()si()2sin()co)2mmmVtVtVt?????????????電壓差的幅度： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 2 ax2i()?4上面各式中， 為電壓幅值， 為兩者相位差。無(wú)論是順切換還是逆切換，由于開(kāi)關(guān) K1，K2 不是理想的，所以很難實(shí)現(xiàn)一個(gè)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)19開(kāi)關(guān)剛斷開(kāi)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)剛好合上。（2）提高 UPS 的過(guò)載能力。在這種電路中直流母線（電池）中點(diǎn)作為輸出的零線，輸出為三相四線制，這種三相四線式結(jié)構(gòu)可以很好地與前級(jí)三相雙開(kāi)關(guān)三電平 PFC 電路結(jié)合起來(lái)。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)16三 相 P F C三 相 半 橋逆 變 器輸 出濾 波輸入濾 波圖2 0 3 5旁 路 開(kāi) 關(guān)P W M … P W M 6D S P 控 制信 號(hào) 調(diào) 理 電 路I G B T 驅(qū) 動(dòng) 電 路同步信 號(hào) S C R 控制信 號(hào)S C R 驅(qū) 動(dòng) 電 路旁路輸 入電壓I n v e r 輸出電流 ( I L )I n v e r 輸出電壓( V A C )旁路輸 出電壓電壓電流 信號(hào)輸出濾波R S 4 8 5總線R S 4 8 5接 口并 機(jī)接 口C A N總 線S W I NS W M BF B YT L IS W S輸出電流 ( I B Y )輸入直 流電壓電壓( V D C )圖 21　三相逆變系統(tǒng)框圖網(wǎng)側(cè)輸入P F CI N V E R T E R旁路輸入開(kāi)關(guān)F B Y整流 輸入 開(kāi)關(guān)S W I N維修開(kāi) 關(guān)　S W M BU P S 輸出開(kāi)關(guān)　 S W S輸出接觸 器T L I靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出 供電圖 22 三相逆變系統(tǒng)簡(jiǎn)圖三相逆變系統(tǒng)中的前級(jí)（AC/DC）是采用三相雙開(kāi)關(guān)三電平 PFC（功率因數(shù)校正） ，如 圖 23 所示，三相 PFC 輸出的直流側(cè)電壓為 177。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)15第二章 三相逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)　三相逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三相逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如 圖 21 所示，主要包括三相逆變器、輸出濾波器、DSP 控制板（包括 RS485 和 CAN 接口） 、信號(hào)調(diào)理電路、雙向可控硅組成的旁路切換開(kāi)關(guān)。 100%不平衡負(fù)載相位偏差 120186。4%額定輸出電壓 380V/220V 100%不平衡負(fù)載靜態(tài)電壓偏差 177。　本文選題意義與研究?jī)?nèi)容本課題所要研究的 DSP 控制三相逆變系統(tǒng)主要用在中等功率等級(jí)（10KVA~30KVA）UPS 的逆變輸出級(jí)?？删幊痰?PWM 死區(qū)控制。TI 公司的 TMS320 系列支持四級(jí)流水線，如圖 1－12 所示。在設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)選擇合適的微處理器和 AD 轉(zhuǎn)換器及其外圍設(shè)備，以達(dá)到性價(jià)比最高。在數(shù)字系統(tǒng)中不可避免地存在采樣和計(jì)算延時(shí)問(wèn)題。根據(jù)采樣定理，信號(hào)的采樣頻率至少為被控電路系統(tǒng)帶寬的兩倍，才不會(huì)出現(xiàn)混疊效應(yīng)?！?shù)字控制的特點(diǎn)數(shù)字控制電源與傳統(tǒng)模擬控制相比，有如下特點(diǎn)：1. 數(shù)字控制可以簡(jiǎn)化硬件電路，解決模擬控制元器件老化和溫漂帶來(lái)的問(wèn)題，抗干擾能力也大大的增強(qiáng)。實(shí)踐中，由于兩個(gè)環(huán)的互相影響，參數(shù)整定比較困難。滯環(huán)控制實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，無(wú)需建立精確的主電路模型，穩(wěn)定性好，但是也有明顯的缺陷：開(kāi)關(guān)頻率不固定，當(dāng)主電路參數(shù)及負(fù)載參數(shù)變化時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)隨之改變。C(S)為經(jīng)典的 PID 控制器，其傳遞函數(shù)如下：　　　　　　　　　　　　　（1－1）()ipdKSS???、 、 分別為比例、積分、微分系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中重復(fù)控制一般與其它控制策略相結(jié)合，以得到較好的輸出波形和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因而這種方法的輸出波形穩(wěn)壓精度較高，穩(wěn)定性好，但最大的缺陷在于逆變器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)很差，輸出電壓的波形質(zhì)量無(wú)法控制，完全依靠逆變器的自然特性。3. 隨著控制技術(shù)的發(fā)展，采用模擬的閉環(huán)控制方法和 PWM 技術(shù)相結(jié)合，使逆變器輸出電壓質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。它的最大優(yōu)點(diǎn)是具有較好的輸入特性，具有很高的輸入功率因數(shù)和較低的輸入諧波電流。在線式 UPS的結(jié)構(gòu)圖，如圖 1－3 所示。逆變器把直流電源變換成所需的交流電（一般為 50Hz、60Hz ）向負(fù)載供電。早期的不間斷電源采用柴油（或汽油）發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)電能變換的。 inverter。然后在分析逆變器模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了逆變器的輸出 LC 濾波器參數(shù)。本文主要介紹了基于 DSP 控制三相逆變器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，其中包括SPWM 控制的數(shù)字實(shí)現(xiàn)、逆變器輸出電壓的數(shù)字鎖相、逆變器與旁路間的切換邏輯及逆變器與上位機(jī)的通訊。關(guān)鍵詞：　不間斷電源系統(tǒng)　逆變器　數(shù)字控制　DSP　瞬時(shí)值控制AbstractNowadays, with the requirement of high quality and reliable power system, UPS’s ( Uninterruptible power supplies) are widely selected for the protection of sensitive loads such as PC, munication systems and medical equipments. Inverter is the core of UPS and is required to have 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　　　　　摘要　　　　　　　　　　　　　IVhigh quality output waveform. With quick increase of the performance of DSP (Digital signal processing), Digital control are being more popular in inverter system.This thesis introduce the design of DSP control for three phase inverter, witch includes digital realization of PWM control, digital PLL, swap control between inverter and utility, and munication with MCU. Base on inverter model, inverter output LC filter is investigated. and doubleloop control scheme with TMS320LF240 are selected. The instantaneous voltage inner loop is used to control output voltage waveform to track a sinusoidal waveform. And the outer average voltage loop guarantees accuracy of output voltage. Both outer and inner loops adopt PI controller. Detail design of controller parameters, circuits and DSP software are given. In addition, we analyse the dead time effects of PWM control on the output waveform. In the end the experimental results are provided.Keywords: Uninterruptible power supply。　不間斷供電系統(tǒng)（UPS）概述 [1][2] 所謂不間斷供電電源是指電網(wǎng)（市電）輸入發(fā)生異?；蛑袛鄷r(shí)，仍可以繼續(xù)向負(fù)載供電，并能夠保證供電質(zhì)量，使負(fù)載不受影響的電源裝置。整流器輸出的直流電源向逆變器和充電器供電。當(dāng)整 流 器逆 變 器充 電 器輸 入輸 出圖 1－1　UPS 系統(tǒng)框圖浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第一章　緒論　　　　　　　　　　　　　3逆變器出現(xiàn)故障時(shí)通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)切換到電網(wǎng)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電。變 換 器 1市 電 輸 入 輸 出變 換 器 2圖 1－4　在線互動(dòng)式 UPS 結(jié)構(gòu)在線互動(dòng)式 UPS 實(shí)際上是一種補(bǔ)償式結(jié)構(gòu)，對(duì)于不同容量等級(jí)和不同應(yīng)用浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文　　　　　　　　　　　第一章　緒論　　　　　　　　　　　　　4場(chǎng)合有不同的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的補(bǔ)償方法有并聯(lián)補(bǔ)償和串－并聯(lián)補(bǔ)償。2. 脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）出現(xiàn)后，通過(guò)開(kāi)環(huán)的脈寬調(diào)制方法使輸出電壓波形大幅度改善，使逆變技術(shù)產(chǎn)生了一個(gè)飛躍。這種控制方法僅對(duì)輸出有效值進(jìn)行控制，而 SPWM 部分為開(kāi)環(huán)狀態(tài)，無(wú)法對(duì)輸出波形的正弦度進(jìn)行調(diào)節(jié)。重復(fù)控制對(duì)于周期性擾動(dòng)的負(fù)載具有很好的校正作用，但是對(duì)于非周期性擾動(dòng)校正作用較差，并且在周期擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，校正過(guò)程較長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能比較差，這是重復(fù)控制的一個(gè)重要缺陷。V r m sV0正弦信號(hào)G ( s )KfC ( s )d圖 1－7　PID 控制框圖框圖中 G(S)為被控對(duì)象，在逆變器中即為 SPWM 脈沖發(fā)生器、逆變橋及輸出 L－C 濾波器。當(dāng)滯環(huán)寬度越小，輸出和參考給定也就越接近，但是系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率也就越高。在設(shè)計(jì)上，認(rèn)為電流內(nèi)環(huán)速度快于電壓外環(huán)，在設(shè)計(jì)電壓外環(huán)時(shí)，可將電流內(nèi)環(huán)看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)，這樣電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)可以大大簡(jiǎn)化。隨著微電子技術(shù)的飛