【正文】 如：功率開關(guān)損耗及無源元件的損耗會增大，高頻寄生參數(shù)問題等。 電源的發(fā)展方向 EPS 電源的發(fā)展方向，可以 概括為：高頻化、高效率、無污染、模塊化。但是，若系統(tǒng)在過載情況下仍長時間超負(fù)荷運(yùn)行，勢必會影響系統(tǒng)的使用壽命，所以在設(shè)計時必須設(shè)置過載保護(hù)。 過載保護(hù) 系統(tǒng)的過載時間長短體現(xiàn)了其抗短時沖擊電流的能力。如果系統(tǒng)溫度過高到危及到功率器件的安全時，控制電路將使系統(tǒng)停機(jī)，最高溫度保護(hù)點(diǎn)可由軟件設(shè)置。 過熱保護(hù) 功率器件以較高的開關(guān)頻率工作，開關(guān)損壞大，自身溫度同時會因此而升高，但溫度過高會對功率器件的工作特性產(chǎn)生影響，為了使開關(guān)管 IGBT 最大限度地工作，應(yīng)給 IGBT加散熱片和風(fēng)扇給其降溫：考慮到降低系統(tǒng)功耗和噪音，風(fēng)扇不必要一直工作，可通過控制電路對其進(jìn)行控制。判斷信號丟失的依據(jù)是：如果當(dāng)前調(diào)制波幅值大于或等于最大幅值的一半，而沒有檢測到輸出信號或輸出信號值特別小時，系統(tǒng)有可能已發(fā)生了故障。若在運(yùn)行過程中，僅有的這路反饋信號丟失了，勢必會迅速造成 PI 調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)將以滿調(diào)度運(yùn)行，這時輸出交流電壓很高，會損壞設(shè)備。振蕩原因是：在系統(tǒng)運(yùn)行時直流側(cè)電壓會有所下降，這時如果 檢測直流側(cè)電壓低于保護(hù)點(diǎn)而停止了系統(tǒng)運(yùn)行，這時直流側(cè)電壓又會上升到保護(hù)點(diǎn)以上，系統(tǒng)又繼續(xù)運(yùn)行，如果就出現(xiàn)停止、運(yùn)行，運(yùn)行、停止這種振蕩。在 EPS 系統(tǒng)中，充電器在市電正常時會以浮充方式對蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池的充電最大電壓是由充電器決定的，在充電器的設(shè)計時要考慮蓄電池的過充問題。 另外，對系統(tǒng)的開關(guān)電源和驅(qū)動電源也要進(jìn)行欠壓保護(hù)檢測，如果開關(guān)電源欠壓可能會引起系統(tǒng)不能正常 工作，如果驅(qū)動電源發(fā)生故障，開關(guān)管不能正常地關(guān)斷，也會引起開關(guān)管損壞。系統(tǒng)對直流側(cè)和交流側(cè)電流進(jìn)行采樣，將電流信號采樣后的電壓值與給定電壓相比較，采樣信號一旦大于給定電壓值，經(jīng)自鎖電路向主控芯片發(fā)出中斷請求，該中斷請求優(yōu)先級別最高，主控芯片迅速響應(yīng)封鎖觸發(fā)脈沖：當(dāng)流動功率器件的電流過大時，智能驅(qū)動芯片會使它慢速關(guān)斷，同時，通過光耦隔離將過流信號發(fā)送到控制電路，控制電路會迅速封鎖觸發(fā)脈沖。實驗證明，當(dāng)出現(xiàn)短路過電流故障時，如果保持驅(qū)動電壓 VcE 為 15V 不變， 50A 的 IGBT 能承受 250A 過電流沖擊時間僅為 5 微妙，所以當(dāng)現(xiàn)短路過電流時要求系統(tǒng)能快速保護(hù)。 過流保護(hù)和電源欠壓保護(hù) 為了保護(hù)逆變系統(tǒng)的功率器件，需要設(shè)計電源欠壓保護(hù)和過流保護(hù)。從 0~50Hz 變頻，供給電動機(jī)進(jìn)行變頻起動，當(dāng)其頻率到達(dá) 50Hz 后就會保持正常運(yùn)行。當(dāng)三相輸入市電正常時經(jīng)整流后給逆變器提供直流電，同時經(jīng)充電器對電池組充電：當(dāng)三相輸入斷電或異常時，自動轉(zhuǎn)換成電池組給變頻器提供直流電。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 變頻啟動類 EPS 結(jié)構(gòu)圖 此種類型 EPS 主要為電機(jī)類負(fù)載而設(shè)計，可以避免因電機(jī)起動過程中的大電流沖擊而損壞設(shè)備。適用場合為賓館、高層建筑、醫(yī)院、大型商場等。 繼續(xù)教育 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 應(yīng)急照明類 EPS 結(jié)構(gòu)圖 （ 2）應(yīng)急照明及混合型負(fù)載類。 當(dāng)輸入電源正常時，市電一路通過轉(zhuǎn)換裝置輸出給日常照明，另一路通過充電器給電池組充電，當(dāng)控制器檢測到市電中斷或異常（偏低或偏高）時，向逆變器發(fā)出激活信號，并控制互投轉(zhuǎn)換裝置至逆變器輸出。 關(guān)于濾波環(huán)節(jié)下一章會深入研究。 濾波器是一種具有選擇性的四端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率的信號通過，而不允許另一些頻率信號通過。同時 K 值越高， K 次（及其整數(shù)倍）頻率附近的高次諧波越容易濾除。輸出電壓諧波聚集在以 K（及其整數(shù)倍，其中 K 為開關(guān)頻率與輸出交流電 50Hz 頻率的比值）次諧波為中心所形成的雙邊頻帶上。 對蓄電池的管理方面，由于 EPS 的使用環(huán)境一般較惡劣，為盡可能延長蓄電池的使用壽命，故蓄電池充電器應(yīng)同時具備以下功能： [5] （ 1） 可設(shè)定充電限流： （ 2） 可設(shè)定電池放電終止電壓： （ 3） 具有自動浮充功能： （ 4） 具有浮充電壓溫度補(bǔ)償功能： （ 5） 智 能電池檢測功能： （ 6） 深放電保護(hù)（可強(qiáng)制應(yīng)急）。 繼續(xù)教育 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常時，蓄電池處于充電狀態(tài)，升級壓電路工作在降壓模式。 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，蓄電池處于放電狀態(tài)，升降壓電路工作在升壓模式。這種免維護(hù)蓄電池比傳統(tǒng)蓄電池增加了許多重要改進(jìn)，具有體積小、重量輕、自放電小、維護(hù)少、壽命長、使用方便、對環(huán)境無污染等優(yōu)良特性。此時，蓄電池通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給 EPS 使用。蓄電池需先用直流電源對其充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。 美國 Alupower 公司研發(fā)的高功率鉛 空氣備用電源裝置（ RPU），運(yùn)行時間≥ 50 小時，功率從 600W 到 6000W，電壓有直流 24V 和 48V 倆種，其能量密度是鉛酸電池的十多倍，重量只有鉛酸電池的 1/10，所占空間只有鉛酸電池的 1/7，有望取代鉛酸蓄電池應(yīng)用于 UPS/EPS。這種方式改變了以前那種充滿電后，仍使電池處于一天 24 小時的浮充狀態(tài)，因此延長了電池的壽命。 一般情況下，影響電池性能的主要因素是連續(xù)充電，電池連續(xù)充電大約要減少一半的使用壽命。正極表面的超細(xì)玻璃纖維膜，阻止了活性物質(zhì)脫落，提高了電池的壽命。 目前， UPS/EPS 一般都使用免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，由于采用陰極吸收式密封技術(shù)，克服了普通蓄電池需要定期補(bǔ)水的缺點(diǎn)，具有“免維護(hù)”、使用方便、不污染環(huán)境、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。 常用蓄電池 蓄電池是 UPS/EPS 的心臟，不管 UPS/EPS 電路多么先進(jìn)。該輸出電壓經(jīng)過輸出濾波便可以得到所需的三相正弦電壓。圖 是與其相對應(yīng)的三相 SPWM 控制，相位差為120176。想這樣脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化并且和正弦波等效的 PWM 波形，就是 SPWM（ Sinusoidal PWM）波。 [3] 如果把一個正弦半波分成 N 等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸包圍的面積用與它等面積的等高不等寬的矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等份的中點(diǎn)重合。如果把輸出波形進(jìn)行傅立葉變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段有差異。 在采樣控制理論中有一個重要的原理既沖量等效原理：大小 、波形不同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時，只要其沖量即變量對時間的積分相等，其輸出效果基本相同。整個系統(tǒng)應(yīng)用了全數(shù)字控制技術(shù) — DSP 控制技術(shù)，因此，實現(xiàn)了 EPS 產(chǎn)品的綠色化、智能化、低成本的要求。雙向 DC/DC 電路，既可以實現(xiàn)在市電正常時的降壓功能給蓄電池充電，也可以實現(xiàn)市電故障時的蓄電池電壓升壓功能。于此同時，雙向 PWM 變流器也類似于一個 PWM 整流器由網(wǎng)側(cè)將有功能量提供給蓄電池充電電路：當(dāng)電網(wǎng)不正常的時候，該系統(tǒng)工作于應(yīng)急電源（ EPS）模式，此時由蓄電池升壓供電，經(jīng)雙向 PWM 變流器逆變，為負(fù)載提供穩(wěn)定的三相交流電源。 [2] EPS 電源的基本原理 電源的基本結(jié)構(gòu)圖 DC/DC DC/AC 濾波環(huán)節(jié) 輸出 圖 原理圖 目前常用的 EPS 的主電路采用雙向拓?fù)?，其原理框圖如圖 所示。采用集中供電的應(yīng)急電源可克服其他供電方式的諸多缺點(diǎn)，減少不必要的電能浪費(fèi)。也就是說，每一套裝置均包含了一組完善的蓄能電源和配電保護(hù)設(shè)施。 EPS 電源能在停 電時在不同場合為各種用電設(shè)備供電。 所以本文首先將介紹 EPS 電源的基本知識和工作原理，然后再介紹電路中的諧波概念、諧波產(chǎn)生及其危害，并且把重點(diǎn)放在如何濾除高次諧波、如何設(shè)計濾波電路、優(yōu)化濾波電路元件參數(shù)、對電路進(jìn)行仿真、對濾波器的損耗進(jìn)行計算上、最后用實驗來驗證理論的計算公式，希望對高濾波器的效率提供一個簡明的理論基礎(chǔ)，和濾波器損耗分析的方法，以及一個研究 EPS 無源濾波器的一