【正文】 而 S_iiv的開關周期平均。當 S1（或 D1）導通時，S=1 ；當 S2（或 D2）導通時，S=0 ；顯然，由于開關函數(shù) S 的存在，式 33中 不連續(xù)。狀態(tài)空間平均法是基于輸出頻率遠小于開關頻率的情況下，在一個開關周期內，用變量的平均值代替其瞬時值，從而得到連續(xù)狀態(tài)空間平均模型 [25]。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關器件。單相半橋式電路如 圖 31 所示。 的單相半橋逆變器組合在一起。從而可以看出 TI 公司針對電機控制設計的 TMS320LF2022 系列DSP 非常適合于逆變器數(shù)字控制。參數(shù)設定命令與開機命令類似，DSP 收到的數(shù)據(jù)也要經上位機進行確認。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、正負直流母線電壓、三相負載百分比、三相輸出電流、散熱器溫度、電感溫度、機內空氣溫度、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。DSP 接收到上位機的關機命令后，直接進行關機操作。開機命令中除了開機命令字外，還包括逆變輸出電壓、旁路電壓與旁路頻率范圍。RS485 通訊協(xié)議如下：波特率：2400bps數(shù)據(jù)長度：8 位浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計32停止位：1 位奇偶校驗：無采用地址位多機通訊模式，這樣 RS485 串行通訊的幀格式如 圖 225 所示。浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計31t 1電 網電壓逆 變電壓圖 222　t1 時刻相位未鎖定之前電網電壓與逆變電壓波形t 2電 網電壓逆 變電壓圖 223　t2 時刻相位鎖定后電網電壓與逆變電壓波形 DSP 與上位機 MCU 的通訊在該數(shù)字控制三相逆變系統(tǒng)中的，人機界面主要是由上位機 MCU 來完成的。在相位鎖定后，電網電壓與逆變電壓的過零點在 100181。數(shù)字鎖相環(huán)的具體參數(shù)如 表 21 所示。修正后的頻率再與檢測出來的相位差進行相位修正，相位修正后的頻率作為逆變器參考正弦波的發(fā)生頻率。在電網正常時，如果電網頻率滿足精度要求，則同步信號選電網的過零信號為同步信號，否則選浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計30自振蕩的基準頻率信號為同步信號。B根據(jù)式 210 可以作出數(shù)字鎖相的狀態(tài)變量圖，如 圖 220 所示?！　　　?為低通濾波器的濾波參數(shù)?！　　　??為頻率修正后的周期。考慮頻率和相位同時修正時，數(shù)字鎖相的計算公式為：()()TnBn?????　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 29式中 為相位修正系數(shù)， 。數(shù)字鎖相中，在調整頻率時，也必須調整相位?！　　?X為本次采樣輸入值?？紤] 圖 219 的 RC 低通濾波器時，對圖中的低通濾波器用后向差分法可以寫出其離散化的表達式（即數(shù)字濾波器表達式）：RCX ( t ) Y ( t )圖 219　RC 低通濾波器()(1)()YnAAXn?????　　　　　　　　　　　　　　式 27式中　　　 ：濾波參數(shù)， ， 為時間常數(shù)， 為采樣周期。在不考慮濾波作用時，對頻率的一步修正為： ()(1)invT??　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 26invT表示逆變器參考正弦波的周期， 表示電網電壓的周期。鑒相器的輸出量經濾波后對壓控振蕩器的控制是將頻率與相位一起進行調整的。這兩種情況浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計28可以分別見 圖 216 和 圖 217。如果這個值小于半個周期，則逆變器電壓相位滯后。這樣捕獲到的計數(shù)器的值，就是電網頻率的周期。捕 獲單元 定 時器T 3T電網同步 信號軟件 I N V 輸出過 零檢測T 3 計時相位 差信號電網周期 信號電網電 壓過 零檢測圖 218　DSP 中電網頻率和相位差的獲得在 DSP 中，電網頻率和相位差的獲得主要是通過其捕獲單元來實現(xiàn)的，如圖 218 所示。 T T TT dT T dL i n e _ p h a s eI n v e r t e r _ o u tC a p t u r e 1n 1 n n + 1浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計27圖 216　逆變器輸出相位滯后時，數(shù)字鎖相實現(xiàn)示意圖。在逆變器輸出相位滯后時，在第n－1 個周期檢測到逆變輸出滯后相位為 Td（時間）時，則改變第 n 個周期逆變器輸出的周期，使其由原來的 T 變?yōu)?T－Td，這樣在第 n＋1 個周期時，逆變器輸出的相位便趕上了電網的相位，此時逆變器輸出周期跟蹤電網頻率，這樣就實現(xiàn)了同步。同步信號和經分頻器后的反饋信號輸入到鑒相器，鑒相器輸出的相位誤差信號經過濾波后作為壓控振蕩器的輸入來改變振蕩器的輸出頻率和相位，從而實現(xiàn)輸入與輸出的同步。在 UPS 中同步鎖相控制應完成以下功能：在電網頻率滿足要求時，逆變器輸出電壓的頻率和相位要浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計26跟蹤電網電壓的頻率和相位；電網電壓頻率超出精度要求范圍或電網掉電時，逆變器輸出基準頻率（一般為 50Hz 或 60Hz） ；在鎖相跟蹤與自同步這兩種狀態(tài)之間轉換時，要求逆變器輸出電壓的頻率變化要平穩(wěn)，以免造成轉換過程中逆變器工作頻率的劇烈抖動。 圖 214 中給出了采用 DSP 的全比較功能產生六路 PWM 的示意圖。在這期間，三個全比較寄存器的值與計數(shù)器的值進行比較，在第一次相同時（增計數(shù)） ，對應的 PWM 輸出腳（PWM1,PWM3,PWM5,6）的輸出極性發(fā)生變化；第二次相同時（減計數(shù)） ，對應的 PWM 輸出腳（PWM1,PWM3,PWM5,6）的輸出極性再次發(fā)生變化，這樣就實現(xiàn)了PWM 輸出。載波的頻率（開關頻率）由定時器的定時周期和計數(shù)模式決定，具體的式子如下：　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　式 251spfnTk??其中，n 為周期寄存器的時間常數(shù)， 為計時器時基周期，k 在連續(xù)增/ 減pT計數(shù)模式時取 2，而在連續(xù)增計數(shù)模式時取 1。全比較主要包括硬件比較器、定時器、全比較寄存器 CMP全比較寄存器 CMP全比較寄存器 CMP3。+載 波調制波P W M 波圖 212　模擬電路中 SPWM 的實現(xiàn)在 TMS320LF2407 中，六路 SPWM 的產生是通過事件管理模塊（EVM）的全比較來實現(xiàn)。事件 管理模塊A事件 管理模塊B狀 態(tài)信 號輸入/ 輸出口與上 位機通訊接 口并 機通訊接口捕 獲同步信號實現(xiàn) 三相P W M 控制程序復位暫無信號 A D 采樣程 序變量存儲程序存儲局域網絡（C A N ）模塊串 行通訊接口（ S C I ）4 0 個單 獨/ 復用的I / O 口片 內F L A S H片內R A M1 6 通道1 0 位A D C1 6 位串行外設接口看門狗W D G圖 211　DSP 片內資源在該三相逆變系統(tǒng)中的作用浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計24　DSP 中 SPWM 的實現(xiàn)在模擬電路中，SPWM 的實現(xiàn)如 圖 212 所示。DSP 有兩個獨立的事件管理模塊，在該系統(tǒng)中，用事件管理模塊 A 來實現(xiàn)三相逆變器所需的六路 PWM 控制；事件管浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計23理模塊 B 用它的信號捕獲功能來捕獲逆變輸出所需的同步信號；局域網絡（CAN）留作以后的并機通訊接口；串行通訊接口（SCI）用來與上位機進行通訊；可編程的 I/O 口用來作狀態(tài)的輸入/輸出口；程序存儲在片內的 FLASH中，用片內的 RAM 作程序變量存儲器；利用 DSP 集成的 ADC（模數(shù)轉換，16通道，10 位）來作信號采樣；用片內的 WATCHDOG（看門狗）來實現(xiàn)程序自復位。逆 變 供電旁 路 供電圖 210　“三同” 時 UPS 逆切換輸出電壓波形　三相逆變系統(tǒng)的數(shù)字化在該三相逆變系統(tǒng)中，所有的控制都是由一塊 TMS320LF2407 來完成。檢測旁路（電壓 ，頻率 ）YN開通 旁路可控硅關斷 旁路可 控硅逆 變起動 完畢后合上S W I N ，F(xiàn) B Y ，D S P 得電檢測旁路與逆變 “ 三同 ”YN輸出接 觸器吸合旁路可控硅 延時3 0 m S 關斷旁路可控 硅立即關斷，輸 出接觸器 吸合圖 28 逆切換流程圖　　　　　　　　　　　　　　　　　判斷同 頻，同 相旁路電壓范圍YN封 鎖逆變器輸出 接觸器釋放封 鎖逆變 器輸出 接觸器 釋放旁 路可控 硅導通旁路 可控硅延遲0 . 5 S 導 通逆變失 效或 S W M B 合上浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計22圖 29 順切換流程圖圖 210 給出的是在逆變器與旁路“三同” 的情況下，UPS 逆切換的輸出電壓實驗波形。否則，封鎖逆變浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計21器輸出后，經過 的延時才觸通旁路可控硅。在順切換時，同樣需要檢測逆變輸出電壓與旁路電壓是否同頻同相。由于輸出接觸器吸合時，有幾十毫秒的延時，所以供電有一個短暫中斷。在逆切換中，為了使逆變器輸出電壓與旁路電壓的瞬態(tài)壓差盡可能小，在逆變器軟啟動過程中，除了輸出電壓的頻率和相位跟蹤旁路電壓的頻率和相位外，還要求輸出電壓有效值跟蹤旁路電壓的有效值。相位差引起的瞬態(tài)壓差往往比電壓峰值差引起的瞬態(tài)壓差更為致命。在旁路和逆變器同時供電時，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。這對本身要求高可靠性的 UPS來說是不允許的。這時，如果旁路電源和逆變輸出不是同頻，同相，同壓，造成兩者之間有瞬態(tài)壓差，使它們之間存在環(huán)流。如果中斷時間為負載所容許，則問題不大，如果中斷時間過長，就失去了不間斷供電的意義。無論是順切換還是逆切換，由于開關 K1，K2 不是理想的，所以很難實現(xiàn)一個浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計19開關剛斷開，另一個開關剛好合上。逆切換時，要檢測旁路電源與逆變輸出是否“三同” ，即同頻，同相，同壓。U P S 逆變 器負載逆 變 輸 出接 觸 器輸 出 開 關靜 態(tài) 開 關維 護 旁 路 開 關交 流 旁 路 電 源維 護 旁 路 電 源圖 25 旁路切換結構圖UPS 的旁路切換有兩種情況：順切換（由逆變器向旁路電源切換）和逆切換（由旁路電源向逆變器切換） 。若在選擇容量時使逆變器具有承受上述電流的能力，這無論在經濟上是不妥當?shù)?。?）提高 UPS 的過載能力。UPS 中設置旁路切換電路的目的主要是：（1）提高應急能力。一般采用單電壓環(huán)或電壓電流雙環(huán)的控制方法。的單相半橋逆變器組合在一起。在這種電路中直流母線（電池）中點作為輸出的零線，輸出為三相四線制，這種三相四線式結構可以很好地與前級三相雙開關三電平 PFC 電路結合起來。同樣S2 和 Ds2 控制反向電壓相對應的電感電流。電路工作在 CCM（電流連續(xù)方式）時，通過開關 S1 和 S2 分別控制浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計17正向電壓最大相和負向電壓最大相的電流來實現(xiàn)功率因數(shù)校正。由于AC/DC 部分不是本課題研究的重點，在這里只對三相雙開關三電平 PFC 電路做一個簡單的介紹。浙江大學碩士學位論文　　　　　　　　　　　第二章　三相逆變器系統(tǒng)設計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 關P W M … P W M 6D S P 控 制信 號 調 理 電 路I G B T 驅 動 電 路同步信 號 S C R 控制信 號S C R 驅 動 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 信號輸出濾波R S 4 8 5總線R S 4 8 5接 口并 機接 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)框圖網側輸入P F CI N V E R T E R旁路輸入開關F B Y整流 輸入 開關S W I N維修開 關　S W M BU P S 輸出開關　 S W S輸出接觸 器T L I靜態(tài)開關