【正文】 與電網(wǎng)同步的三相正弦波信號由一個三相降壓變壓器組成，忽略變壓器的電阻和漏感，三相正弦 波信號與電網(wǎng)基本同步。 圖 間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面再來分析控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理。 PFS/65536 () 設(shè)運行頻率為 50Hz，則 PFS15～ PFS0=3475H。 SA4828 的 引腳大體 可以分為三類信號： （ 1）與單片機的接口信號： AD0～ AD WR、 RD (2)輸入信號： CS、 CLK、 RESET、 SETTRIP 分別為片選、時鐘、復(fù)位信號 ,SETTRIP 可快速關(guān)斷全部 SPWM 信號。 直流電 壓調(diào)節(jié)速度，考慮在實際直流電壓低于或高于參考電壓時，直流電壓的快速調(diào)節(jié)性。常用的方法有 RCD 吸收電路、 RC 吸收電路、 C吸收電 路 [11]。從電源控制方面考慮，Udc過低，不能完成控制 L中電流的任務(wù)； Udc過高，會提高器件的耐壓定額，增加系統(tǒng)成本，同時也降低系統(tǒng)可靠性 [8]。二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近 1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。 kω r 式中， n=1,3,5， ? 時， k=3（ 2m1） 177。 （ a） L 型 （ b） T 性 （ c） π 型 圖 低通濾波器的單元 電路 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 15 本設(shè)計三相逆變器采用 L型的低通濾波器。 n 為輸出電壓中性點。 （ Ah） 上式中 P為 EPS 系統(tǒng)的額定輸出功率，考慮到濾波器的損耗以及功率開關(guān)的開關(guān)損耗，逆變器的效率η為 。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。對于本雙向 DC/DC 變流器，電壓、電流指標(biāo)可以由如下公式得到： Umax=Udmax () Imax≈ () 式中： Umax— IGBT 上承受的最大電壓 Udmax— 直流母線上的最大電壓 Imax— IGBT 上流過的最大電流 P— 蓄電池端輸出功率 Udmin— 直流母線上的最低電壓 為了滿足安全性和可靠性，實際 IGBT 的電壓電流參數(shù)應(yīng)適當(dāng)提高一點。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 8 第 3 章 應(yīng)急電源主電路 工作原理與設(shè)計 雙 向 DC/DC 變流器 雙向 DC/DC變流器的工作原理 雙向 DC/DC 變流器主要由電感 L，兩個 IGBT 組成。同時，輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)很低。蓄電池的充電方法很多，有恒流充電、恒壓充電、浮充充電、脈沖充電等。 （ 1）順序啟動功能 ,諸如 EPS 的負(fù)載很大一部分是感性沖擊負(fù)載，具有較大的啟動電流，在選型時必須加大 EPS 容量，從而造成設(shè)備資源的浪費以及用戶成本的增加。但是它的發(fā)電容量大，在大容量的場合，依然有應(yīng)用。 本文對一種在線式三相應(yīng)急電源 的工作原理 進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，其基本工作原理為：當(dāng)市電正常時， 負(fù)載由市電供電；當(dāng)市電異常時，負(fù)載由蓄電池供電。最后，在理論分析和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計算機仿真軟件 Psim 對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。 EPS 與傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機相比具有啟動時間短，無排氣排煙，無振動 ， 維護簡單，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守。當(dāng)市電正常時，系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，由市電直接向負(fù)載供電，同時通過 PWM 整流電路和降壓斬波電路為蓄電池供電。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 5 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計與認(rèn)證 系統(tǒng)方案 方案一 （ 1） 硬件組成：整流濾波電路、充電電路、蓄電池組、逆變器、 輸出濾波器、微控制器（ P8XC591）、上位機。通過對 PWM 整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓通相位，功率因數(shù)近似為 1。當(dāng) V8 在驅(qū)動信號下而導(dǎo)通時，蓄電池給電感 L 充電，此時 VD7 處于截止?fàn)顟B(tài)。在市電正常時，系統(tǒng)通過充電回路給蓄電池充電，在市電出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)通過蓄電池的放電回路為負(fù)載繼續(xù)提供電能。 蓄電池充電通常要完成兩個任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)到額定容量，另一個任務(wù)是用浮充充電以彌補因自放電等而損失的電量，維持電池的額定容量。 。因此，逆變器的輸出線電壓 PWM 波由177。因此在逆變器輸出端應(yīng)該設(shè) 置濾波器。在實際電路中，由于采樣時刻的誤差以及為避免同一相上下橋臂直通而設(shè)置的死區(qū)的影響，諧波的分布情況將更為復(fù)雜。此時，雙向 PWM 電路工作于整流狀態(tài)。根據(jù) KVL 定理可得： L(dia/dt)+Ria=ua1/3(uABuCA) () L(dib/dt)+Rib=ub1/3(uBCuAB) () L(dic/dt)+Ric=uc1/3(uCAuBC) () 由上式可見，只要 uAB、 uBC、 uCA中不含有與 PWM 開關(guān)頻率無關(guān)的低次諧波，電源電流就不會產(chǎn)生這些諧波。 濾波器參數(shù)設(shè)計 （ 1） 電感設(shè)計 交流側(cè)電感的取值對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點、電流調(diào)整度，以及電流諧波幅值都有影響。由于單片機 P8xC591具有兩路 PWM 輸出，故使用這兩路 PWM 輸出作為雙向 DC/DC 的驅(qū)動脈沖 [13]。由地址發(fā)生器、波形 ROM 及相位和控制邏輯構(gòu)成； （ 3）三相輸出控制電路。 間接電流控制 間接電流控制也稱相位和幅值控制。直接電流控制中有不同的電流跟蹤控制方法，圖 給出的是一種最常用的采用電流滯環(huán)比較方式的控制系統(tǒng)圖。經(jīng)過滯環(huán)比較后，輸出驅(qū)動整流器的 PWM 信號，通過 74LS373 鎖存。該指令信號和實際交流電流信號比較后，通過滯環(huán)對各開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使實際交流輸入電流跟蹤指令值，其跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)載電流增大時，直流側(cè)電容 C放電而使其電壓 ud下降， PI調(diào)節(jié)器的輸入中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 27 端出現(xiàn)正偏差，使其輸出 id增大， id的增大會使整流器的交流輸入電流增大，也使直流側(cè)電壓 ud回升。 （ 3） R1 的 D6～ D0， PDT6～ PDT0 脈沖取消時間： fPDT=127179。 圖 P8xC591 脈沖調(diào)制輸出的功能框圖 表 預(yù)分頻器頻率控制寄存器（地址 FEH），復(fù)位值 =00H 7 6 5 4 3 2 1 0 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 22 表 PWMP 位描述 位 符號 描述 7～ 0 ～ 分頻系數(shù)：預(yù)分頻器分頻系數(shù) =（ PWMP+1） 表 脈寬寄存器 0（地址 FCH） ， 復(fù)位值 =00H 7 6 5 4 3 2 1 0 表 PWM0 位描述 位 符號 描述 7～ 0 ～ 占空比： PWM0 信號低 /高比率 =PWM0/(255PWM0) 表 脈寬寄存器 1 7 6 5 4 3 2 1 0 表 PWM1 位描述 位 符號 描述 7～ 0 ～ 占空比： PWM1 信號低 /高比率 =PWM1/(255PWM1) PWM 逆變電路的控制波形的產(chǎn)生 SA4828概述 圖 SA4828 封裝圖 本設(shè)計的逆變采用 SPWM 波驅(qū)動方式， SPWM 波由專用的芯片 SA4828 產(chǎn)生。對于兩個方面相互矛盾的需求，需折中考慮 L 的取值。 在 SPWM 整流器中，為保證電源電流不發(fā)生畸 變， Udc 所能產(chǎn)生的最大線電壓峰值為。由于 V1導(dǎo)通，由 VD2 和 V1 將電源 uab 暫時處于短路狀態(tài)，此時 uab=0，ubc=Ud， uca=.Ud。如濾波器設(shè)計為高通濾波器，且按載波角頻率 ω c來設(shè)計，那么角頻率為 2ω c、 3ω c等及其附近的諧波也就同時被濾除了 [6]。采用異步調(diào)制時，不同信號波周期的 PWM 波形是不相同的，因此無法直接以信號波周期為基準(zhǔn)進(jìn)行傅 里葉分析。在三相 PWM 逆變電路中，通常公用一個三角波載波，且取載波比 N 為 3的整數(shù)倍，以使三相輸出波嚴(yán)格對稱。 V1和 V4 的驅(qū)動信號始終是互補的。所以除了正確使用蓄電池之外，在主電路設(shè)計時，要針對系統(tǒng)具體要求，對蓄電池進(jìn)行合理的容量配置，使它的實際可供使用容量能滿足要求，蓄電池的實際可使用容量與放電電流大 小、環(huán)境溫度、蓄電池存儲的時間長短、負(fù)載特性等因素有關(guān)。 (1）普通蓄電池；普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。濾波電容 C0 可以降低蓄電池端壓的脈動 [2]。 （ 3） CAN 節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。市電異常時（如斷電）， 通過電磁閥 切斷市電至負(fù)載的中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 6 線路，通過雙向 DC/DC 電路、雙向 PWM 電路以及濾波電路向負(fù)載供電。為提高 CAN 模塊通信的穩(wěn)定性， CAN收發(fā)器的輸入輸出都采用高速光電耦合器。 EPS 為了更好地結(jié)合實際應(yīng)用，往往采用 “ 多合一 ” 的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但由于負(fù)載及環(huán)境的復(fù)雜性，也由此帶來設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)計院所、用戶選型的困難。 但多年來，運行經(jīng)驗表明，電氣故障是無法限制在某個范圍內(nèi)部的，電力部門從未保證過不斷電。 目 錄 摘 要 .............................................................. I Abstract .......................................................... III 第 1 章 緒 論 ...................................................... 1 應(yīng)急電源的應(yīng)用背景 ......................................... 1 應(yīng)急電源的分類 ............................................. 2 應(yīng)急電源的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ............................... 2 EPS 應(yīng)用現(xiàn)狀 .......................................... 2 EPS 發(fā)展趨勢 .......................................... 3 本文的主要研究內(nèi)容 ......................................... 4 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計與認(rèn)證 .......................................... 5 系統(tǒng)方案 ................................................... 5 論證分析 ................................................... 6 第 3 章 應(yīng)急電源主電路工作原 理與設(shè)計 ................................ 8 雙向 DC/DC 變流器 ........................................... 8 雙向 DC/DC 變流器的工作原理 ............................ 8 雙向 DC/DC 電路的設(shè)計 .................................. 9 蓄電池概述 ................................................ 10 鉛酸蓄電池的工作原理 ................................. 10 常用的鉛酸蓄電池分類 ................................. 10 蓄電池的充電特性 ..................................... 11 電池容量的選擇 ....................................... 12 雙向 PWM 變流器 ............................................ 12 PWM 逆變電路 ......................................... 12 PWM 整流電路 ......................................... 16 雙向 PWM 電路設(shè)計 ..................................... 19 本章小結(jié) .................................................. 20 第 4 章 應(yīng)急電源控制系統(tǒng)原理與設(shè)計 ................................. 21 雙向 DC/DC 電路的控制波形的產(chǎn)生 ............................ 21 PWM 逆變電路的控制波形的產(chǎn)生 ............................... 22 SA4828 概述 .........