【正文】 00SinPTR1950SinPTR1=SinPTR—900NYSinPTR1450VPH=MID+UkSin[ptr1]NYSinPTR1=SinPTR—450VPH=MID—UkSin[ptr1]SinPTR1=SinPTR+300SinPTR1900NSinPTR1=SinPTR1—900YSinPTR1450WPH=MID+UkSin[ptr1]NSinPTR1=SinPTR1—450WPH=MID—UkSin[ptr1]WGCOM1=UPH,WGCOMP2=VPH,WGCOMP3=WPHYSinPTR=SinPTR1+SinSTEPSinPTR1900YSinPTR=0返回N圖412 SPWM波形生成子程序流程圖方法，也可采用查表的方法。這里采用查表法。根據(jù)正弦函數(shù)的反對稱性，只須建立0186。180186。的正弦函數(shù)表。，每個數(shù)據(jù)占用2個字節(jié)，0186。180186。內(nèi)共450個字節(jié)。若U相指針為SIN_PTR，則V相和W相指針分別為SIN_PTR+240186。、SIN_PTR+120186。,數(shù)據(jù)表只包含450個字節(jié)，超過450個字節(jié)時指針又循環(huán)從頭算起，即這里采用了循環(huán)數(shù)據(jù)表。當(dāng)然，在軟件中要確定各相的值的正負(fù)。波形發(fā)生器輸出電壓的幅值Uk的變化取決于PWM占空比的變化百分比，即調(diào)制深度。根據(jù)Uk和查表所得的正弦表值可計算出三相SPWM波形占空比的瞬態(tài)值:U_PH=MID177。(Uk*SIN_VALUE)/10000,式中是U相的瞬態(tài)值。當(dāng)在0186。180186。之間時上面公式中取“+”，在180186。360186。之間取“”。公式中除以10000在建立正弦函數(shù)表時己考慮進(jìn)去了。WFG產(chǎn)生三相SPWM波形的程序流程，如圖412所示。其中初始化的內(nèi)容有:與WFG有關(guān)的中斷允許寄存器、WG_CON寄存器、WG_OUT寄存器、WG_PROTECT寄存器、WG_RELOAD寄存器即半周期數(shù)、相中間點等。3. 穩(wěn)壓穩(wěn)頻模塊穩(wěn)壓子程序PID入口調(diào)用穩(wěn)壓PID算法PID入口返回 穩(wěn)壓PID算法e(n)=VgUoute(n)－(n1)=0?比例項、積分項、微分項求和Uk返回NY(a )穩(wěn)壓子程序流程圖 (b) PID子程序流程圖圖413 穩(wěn)壓子程序與PID算法子程序流程圖UPS輸出電壓和頻率隨逆變直流輸入電壓的變化以及負(fù)載的變化而變化，我們需要UPS保持穩(wěn)定的輸出電壓和頻率。為此采用了穩(wěn)壓和穩(wěn)頻環(huán)節(jié)。穩(wěn)壓功能是通過電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)，軟件上采用傳統(tǒng)PID算法，調(diào)節(jié)SPWM的調(diào)制深度系數(shù)Uk來實現(xiàn)的。穩(wěn)壓子程序流程如圖413(a)、(b)所示。穩(wěn)頻功能是通過改變SPWM的載波頻率fc即改變半周期數(shù)來實現(xiàn)的。穩(wěn)頻子程序如圖414所示。穩(wěn)頻子程序Fout=50Hz?Fout50Hz?HALF_PERIOD—1HALF_PERIOD+1返回YNNY圖414 穩(wěn)頻子程序流程圖4. 同步鎖相跟蹤模塊為實現(xiàn)同步切換，需要進(jìn)行同步鎖相跟蹤。當(dāng)市電電壓和頻率均正常時，逆變器的電壓、頻率、相位同步跟蹤市電。利用80C196MC單片機EPA功能測出市電的頻率和相位以及數(shù)據(jù)采集測出市電電壓幅值。然后利用軟件實現(xiàn)頻率、相位、幅值的同步鎖相跟蹤。軟件流程圖如圖415所示。根據(jù)保護整定值和UPS輸入、輸出信號和其他狀態(tài)信號的采樣值判斷是否有故障發(fā)生，進(jìn)而采取相應(yīng)措施比如啟動繼電器跳閘或發(fā)信號報警。這個部分不是本設(shè)計的重點，這里就不再對其進(jìn)行詳細(xì)的描述。其他各模塊的軟件設(shè)計這里也不再作詳細(xì)介紹。同步鎖相跟蹤子程序市電相位過零點？開始發(fā)SPWM脈沖fout=f市電?Uout=U市電?foutf市電?減小半周期數(shù)增加半周期數(shù)PID調(diào)節(jié)返回YNYNNYNY圖415 同步鎖相跟蹤子程序流程圖第五章 UPS旁路電源設(shè)計旁路電源是實現(xiàn)不間斷供電UPS裝置中一個不可缺少的部分，缺少它，UPS就不完善，就不能實現(xiàn)不間斷供電。旁路電源有靜態(tài)旁路和維修旁路兩部分組成。前者作為在線式UPS的后備電源；后者作為UPS檢修、維修時用。 一般取市電作為旁路電源，旁路電源系統(tǒng)構(gòu)成如下圖51所示:靜態(tài)開關(guān)1靜態(tài)開關(guān)2維修旁路市電來自逆變器輸出負(fù)載圖51 大功率UPS旁路電源系統(tǒng)構(gòu)成 靜態(tài)旁路的基本原理靜態(tài)旁路電源是作為在線式UPS的逆變器發(fā)生故障時的后備電源，以保證負(fù)載的不間斷供電。從圖51可看出，靜態(tài)旁路電源中使用了兩組靜態(tài)開關(guān)，靜態(tài)旁路后備電源以及逆變器在線電源都是通過靜態(tài)開關(guān)向負(fù)載供電。在線逆變器供電和市電旁路供電之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)采用靜態(tài)開關(guān)(一對反并聯(lián)的決速晶閘管連接而成)而不采用傳統(tǒng)快速繼電器方案，正是大功率UPS和小功率UPS旁路設(shè)計的顯著區(qū)別。在大功率UPS電源系統(tǒng)中，采用了靜態(tài)開關(guān)技術(shù)，即利用快速晶閘管作為轉(zhuǎn)換器件，軟件上采用同步鎖相技術(shù)來實現(xiàn)負(fù)載的零時間切換的不間斷供電。 切換與控制技術(shù)正因為逆變器電源和旁路電源之間的切換對于保證負(fù)載的不間斷供電起著至關(guān)重要的作用，因此，切換的控制要做到簡潔、可靠。UPS電源的逆變器產(chǎn)生的50Hz正弦波電源應(yīng)隨時保持與市電50Hz工頻旁路電源的同頻、同相、同幅和較小的正弦波失真度的關(guān)系。這就是UPS電源切換操作的基本工作條件。也只有在這樣的條件下才能使UPS電源在執(zhí)行逆變器供電與市電交流旁路供電之間切換操作時，實現(xiàn)上述兩種電源之間不存在任何瞬態(tài)電壓差或是在瞬態(tài)電壓差足夠小的條件下的安全切換操作。為此，在UPS電源系統(tǒng)控制中引入了“鎖相同步”環(huán)節(jié)。為防止靜態(tài)開關(guān)或逆變器因環(huán)流過大而燒毀，在大型UPS電源中都設(shè)置了專門的同步鎖相環(huán)節(jié)，以保證同步切換的需要。在大功率UPS中，同步鎖相是保證UPS在交流旁路電源和逆變器電源之間正常切換的基本條件,而靜態(tài)開關(guān)為正常切換提供了硬件基礎(chǔ)。在同步的條件下，正確控制靜態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷成為UPS靜態(tài)旁路控制技術(shù)的核心。由靜態(tài)開關(guān)的基本原理可知:靜態(tài)開關(guān)1和2必須也總是處于互鎖的狀態(tài)。也就是說靜態(tài)開關(guān)1和2是互為閉鎖的。設(shè)計中，兩組靜態(tài)開關(guān)中的快速晶閘管采用高可靠性的互鎖電路來控制。根據(jù)晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的基本原理，其觸發(fā)控制有多種方法：可采用微機產(chǎn)生觸發(fā)脈沖來控制，也可采用快速繼電器控制。前者增加了CPU的軟件開銷，且易受外界強磁場的干擾；后者增加了一定的硬件成本，但具有控制可靠、簡單方便的特點。本設(shè)計中，利用靜態(tài)開關(guān)是一對晶閘管反并聯(lián)的特點，控制上采用了一種快速繼電器控制的方法。其電路接法如圖52所示。 圖52 靜態(tài)開關(guān)1和2的控制電路 圖53 靜態(tài)開關(guān)的控制原理示意圖在靜態(tài)旁路電路中，直接利用交流市電電源電壓作為晶閘管的正向?qū)ê头聪蜿P(guān)斷電壓。將反并聯(lián)的兩快速晶閘管的門極通過繼電器的觸點連接起來。靜態(tài)開關(guān)的這種控制方法的原理可通過圖53來解釋。其中Al, A2為反并聯(lián)晶閘管的陽極，K1, K2為陰極，G1和G2為門極。當(dāng)連接兩門極的繼電器的觸點閉合后，在交流市電的正半周期內(nèi)，晶閘管1導(dǎo)通，在交流市電的負(fù)半周期內(nèi)，晶閘管2導(dǎo)通，這樣在交流市電的整個周期內(nèi)，市電均能通過靜態(tài)開關(guān)向負(fù)載供電。在上圖中，只畫出了一相的電路示意圖。在線式UPS中，逆變器在線工作，旁路為后備，因此接在旁路靜態(tài)開關(guān)1上的為繼電器的常開接點，接在逆變器靜態(tài)開關(guān)2上的為繼電器的常閉接點。當(dāng)從逆變器供電同步切換至后備旁路時，靜態(tài)開關(guān)1的控制繼電器的常開接點閉合，靜態(tài)開關(guān)1的快速晶閘管導(dǎo)通，此時出現(xiàn)旁路電源和逆變器同時向負(fù)載供電的情況。隨后斷開控制靜態(tài)開關(guān)2的繼電器的常閉接點，在繼電器接點斷開后，靜態(tài)開關(guān)2關(guān)斷，負(fù)載由市電交流旁路電源供電，完成從逆變在線供電向后備供電的切換。從后備旁路向逆變器供電切換時與上述情況相反，閉合控制靜態(tài)開關(guān)2的繼電器的接點，靜態(tài)開關(guān)2導(dǎo)通，隨后斷開控制靜態(tài)開關(guān)1的繼電器的接點，在繼電器接斷開后，靜態(tài)開關(guān)1關(guān)斷，負(fù)載由逆變器供電，完成切換。靜態(tài)開關(guān)的控制技術(shù)中，主要有兩個問題:(1)關(guān)于晶閘管導(dǎo)通時間，可由下面公式計算: (2)關(guān)于觸發(fā)問題。根據(jù)快速晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，兩個快速晶閘管反并聯(lián)連接起來后，將它們的門極與快速繼電器的接點和一個限流電阻接在一起。當(dāng)快速繼電器的接點由閉合變?yōu)閿嚅_或者由斷開變?yōu)殚]合，可使靜態(tài)開關(guān)關(guān)斷或?qū)ā?UPS靜態(tài)旁路主電路由上可得本UPS設(shè)計中靜態(tài)旁路的主電路，如圖54所示。其中，KK2, KK3為空氣開關(guān)，靜態(tài)開關(guān)采用三組反并聯(lián)的晶閘管組成。圖中由R1～C1～3分別組成的RC吸收電路是對晶閘管進(jìn)行過壓保護的。圖中沒有畫出每組晶閘管的控制電路?？焖倬чl管的參數(shù)選擇：耐壓1600V，額定電流100A(根據(jù)UPS的容量20KVA并考慮裕量)。其阻容吸收保護電路中電阻、電容的參數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗公式選取。對于逆變器的輸出同樣采用了靜態(tài)開關(guān)技術(shù)。其原理、電路及控制與旁路靜態(tài)開關(guān)相同。圖54 UPS靜態(tài)旁路主電路 維修旁路當(dāng)UPS電源出現(xiàn)故障需要維修或者定期檢修時，需要維修旁路。維修旁路電源通常取自市電。電路如下圖55所示，圖中只畫出了一相電路。圖中KKKK5為空氣開關(guān)，KRD為快速熔斷器。當(dāng)需要切換至維修旁路時，先合上KK4，然后斷開UPS旁路系統(tǒng)中的空氣開關(guān)KK5。這樣就可以對逆變器支路和靜態(tài)旁路支路進(jìn)行檢修或維修。KK4AC380VINKRDLOADKK5圖55 維修旁路電源第六章 UPS系統(tǒng)抗干擾設(shè)計自電子設(shè)備產(chǎn)生以來，抗干擾問題一直受到電子工作者的關(guān)注，因為它對于電子設(shè)備的可靠性起著十分重要的作用。UPS是利用電能進(jìn)行工作和向用電設(shè)備輸送電能的設(shè)備，它與別的設(shè)備一樣都工作在一定的環(huán)境中。運行中，電氣、電子設(shè)備大都伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，往往對周圍環(huán)境中的其他用電設(shè)備尤其是敏感設(shè)備產(chǎn)生影響，而同時用電設(shè)備也會對UPS產(chǎn)生影響，甚至擾亂UPS的正常工作。UPS電源裝置本身是集電力電子、強電、弱電于一體的設(shè)備。因此電磁環(huán)境和干擾問題必然影響著整個設(shè)備的可靠性。 干擾源UPS電源工作在電氣、電子的電磁環(huán)境中，干擾的來源很多，干擾成分和種類復(fù)雜多樣。有的來自裝置外部，有的來自裝置內(nèi)部。外部干擾是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)而是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾。它主要有:由其他物體和設(shè)備輻射的電磁波產(chǎn)生的強電場或強磁場，以及來自電源的工頻干擾。內(nèi)部干擾是指由系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等決定的干擾。它主要有:雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同的相互感應(yīng)，長線傳輸造成的電磁波的反射，多點接地造成的電位差干擾等。一般來說，干擾的形式有串模干擾和共模干擾兩種。串模干擾是指串聯(lián)與信號源之間的干擾，它產(chǎn)生的原因可以歸結(jié)為長線傳輸?shù)碾姼小⒎植茧娙莸南嗷ジ蓴_以及工頻之間的干擾等。共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾，即對地干擾。共模干擾可為直流，也可為交流。它往往是造成裝置不能正常工作的重要原因之一。 干擾對UPS電源的影響國內(nèi)外對繼電器的干擾來源所作的大量研究表明，裝置的內(nèi)部干擾主要由內(nèi)部接地的切換存在等原因引起。而外部干擾主要是裝置的端子排從外界引入的浪涌電壓引起，也就是說，裝置的所有輸入、輸出線，電源線，地線(包括機殼接地線)都有可能引入干擾。由于微機控制型UPS電源裝置中，既有作為控制核心部分的數(shù)字電路，又有作為外圍部分的模擬電路(如采樣電路、繼電器出口電路、驅(qū)動電路等)。干擾對數(shù)字電路和模擬電路造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下易造成采樣值異常、開關(guān)電路的誤翻轉(zhuǎn)等，如果處理不當(dāng)，易導(dǎo)致裝置的保護誤動作。而數(shù)字電路在干擾作用下會造成數(shù)據(jù)或地址傳送錯誤，從而造成微機運行故障。干擾對微機型UPS電源裝置的影響主要有:(1)元件損壞。微機型UPS電源裝置中有許多重要元件(如本UPS設(shè)計中采用的控制核心80C196MC單片機芯片)為CMOS器件，強干擾引起的浪涌電壓極易造成元件的損壞。(2)運算錯誤或邏輯錯誤。微機控制中輸出數(shù)據(jù)、運算中間結(jié)果和控制標(biāo)志字都放在數(shù)據(jù)存貯器RAM中，強干擾易引起數(shù)據(jù)發(fā)生改變。另外，當(dāng)在讀或?qū)懸粋€數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)總線或地址總線受干擾的影響會造成數(shù)據(jù)出錯或地址出錯，從而可能引起裝置的保護誤動或拒動。(3)程序運行異常。系統(tǒng)在運行過程中，一些隨機因素會破壞程序的正常執(zhí)行順序而造成程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)。程序運行出現(xiàn)異常，若不能及時恢復(fù)，系統(tǒng)將發(fā)生故障，甚至引發(fā)事故。 EMC與抗干擾設(shè)計 EMC簡介由上可知，干擾對微機型UPS的影響是很大的，因此必須采取切實有效的抗干擾措施，以保證UPS電源系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地工作。同時，UPS電源本身作為電子設(shè)備，也會對其周圍的電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生干擾作用。我們的目標(biāo)就是要抑制電磁干擾并防止各部分之間的相互干擾，做到UPS電源與其周圍環(huán)境共存：UPS正常工作不受周圍干擾的影響；同時UPS電源本身不干擾其周圍的其他電子設(shè)備的正常工作。這在電子技術(shù)中，稱為電磁兼容即EMC(Electromagnetic Compatibility)。這就是說，干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號共存。實際上，在電子電路中，干擾總是存在的，不可能完全消除。如果能做到電磁兼容也就達(dá)到了目的。EMC的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定和發(fā)展己有較長的時間，對于UPS電源，也制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)如安全標(biāo)準(zhǔn)、通訊標(biāo)準(zhǔn)等。制定這些標(biāo)準(zhǔn)的目的就是要做到電磁兼容。為了實現(xiàn)UPS電源與其周圍環(huán)境的電磁兼容，必須采取專門而有效的抗干擾措施來抑制干擾。 抗干擾的方法根據(jù)干擾的種類和來源，可采取不同的抗干擾措施。