【正文】 ，也越容易被濾除。因此在逆變器輸出端應(yīng)該設(shè) 置濾波器。由于 fcfs,故ω cL1/ω cC, 故ω cL 對基波的 K 倍次諧波信號阻抗很高； 1/ω cC 對基波的 K 倍次諧波信號分流很大，因此濾波器不允許基波的 K 倍次諧波信號通過。其工作原理為：設(shè)逆變器輸出電壓的基波頻率為 f1，載波頻率表為 fc，截止頻率為 fs。圖 所示為低通濾波器的單元電路。 工程上根據(jù)輸出端口對信號頻率范圍的要求，設(shè)計專門的網(wǎng)絡(luò)，置于輸入輸出端口之間，使輸出端口所需要的頻率分量能夠順利通過，而抑制不需要的頻率分量，這種具有選頻功能的中間網(wǎng)絡(luò)，工程上稱為濾波器。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。1/3） Ud和 0 共 5 種電平組成。從波形圖可以看出，負(fù)載相電壓的 PWM 波由（177。因此，逆變器的輸出線電壓 PWM 波由177。圖中的線電壓 UAB的波形可由 uAN uBN得出?？梢钥闯觯?uAN、 uBN和 uCN的 PWM 波形都只有177。 N 為直流電源假想中性點。 B 相和C 相控制方式都和 A 相相同。 V1和 V4 的驅(qū)動信號始終是互補的。當(dāng) urAuc時，給下橋臂V4 以導(dǎo)通信號，給上橋臂 V1 以關(guān)斷信號，則 A 相相對于 直流電源假想中點 N 的輸出電壓uAN39。當(dāng) urAuc時，給上橋臂 V1 以導(dǎo)通信號，給下橋臂 V4 以關(guān)斷信號，則 A相相對于直流電源假想中點 N’ 的輸出電壓 uAN39。 。 圖 是三相橋 式 PWM 型逆變電路，這種電路一般采用雙極性控制方式。同時考慮到電池標(biāo)稱容量為 10 小時率，所以當(dāng)放電時間為 時，實際電池釋放容量達(dá)不到標(biāo)稱值，所以根據(jù)經(jīng) 驗，采用標(biāo)稱容量為 65Ah 容量的蓄電池組能滿足系統(tǒng)要求，由此可以選用標(biāo)稱容量為 65Ah 的 30 節(jié) OT6512 單體蓄電池串聯(lián)在一起組成一組電池組，可以滿足 10KW 的 EPS 電源系統(tǒng)在市電斷電后向用戶提供 90 分鐘的應(yīng)急電力供應(yīng)。 1000179。 （ 360179。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)。 如圖 。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對 電池的容量和壽命也沒有影響。 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。放電時間 瓦時容量 =安時容量179。市場上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購買時一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù) (添加補充液 )；另一種是電池本身出廠時就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補充液 。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 11 (2）干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點是負(fù)極板有較高的儲電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時，只需加入電解液，等過 20— 30 分鐘就可使用。 (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。 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液。但它價格比較貴。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。儲能電感 L 的大小可由如下公式得到： L=UdTD(1D)/(2IOC) （ ） IOC=(1/5～ 1/3)IOM （ ） 式中： Ud— 直流端電壓 T— 開關(guān)周期 D— 占空比 IOC— 臨界連續(xù)電流 IOM— 最小負(fù)載電流 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 10 為了使蓄電池兩端的電壓脈動較小，應(yīng)在蓄電池兩端加上濾波電容，其容量如下式： C=UdT2/8L△ U0 () 式中： Ud— 直流端電壓 T— 開關(guān)周期 L— 儲能電感 △ U0— 蓄電池兩端的電壓脈動量 [4] 實際參考取值為 2mF，耐壓 600V。三菱公司的 IGBT模塊 CM75DY24H，其耐壓值為 1200V，最大電流容量為 75A。 選用 IGBT 時，主要考慮 IGBT 上承受的最大電壓和流過 IGBT 上的最大電流以及開關(guān)頻率等指標(biāo)來選擇合適的 IGBT?？梢赃x用由功率管和反并 聯(lián)的二極管集成在一起的雙管 IGBT 模塊，不僅可以使體積減小，而且可以提高工作性能。濾波電容 C0 可以降低蓄電池端壓的脈動 [2]。當(dāng) VD7 在驅(qū)動信號下導(dǎo)通時，二極管 VD8 處于截止?fàn)顟B(tài)，電流通過儲能電感L向蓄電池充電。 當(dāng)蓄電池要充電時，雙向 DC/DC 電路工作于降壓模式。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)。 圖 雙向 DC/DC 變流器主電路 當(dāng)蓄電池放電時，雙向 DC/DC 電路工作于升壓模式。如圖 。 最終方案：從系統(tǒng)簡化和可靠性的角度考慮，主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用雙向 PWM 整流逆變電路和雙向 DC/DC 變換電路， 使用 CAN 總線 與上位機(jī)通信， 即選擇方案二。 （ 5）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)。 （ 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。 （ 1）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率在 5kbps 以下）；通信速率最高可達(dá) 1Mbps（通信距離最長為 40m）。將整流和逆變結(jié)合以及把升壓斬波和降壓斬波結(jié)合起來，電路的結(jié)構(gòu)更加緊湊，工作性能也更好。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。目前， SPWM 控制技術(shù)已在交 流調(diào)速用變頻器和不間斷電源中獲得了廣泛的應(yīng)用。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。晶閘管相控整流電路的輸入電流滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)延時角的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低。 （ 3）系統(tǒng)原理框圖 如圖 電 磁 閥蓄 電 池 組雙 向 D C / D C電 路雙 向 P W M電 路濾 波 電 路 負(fù) 載微 控 制 器 （ P 8 X C 5 9 1 ) 檢 測控 制 、 告 警 、 通 信C A N 收 發(fā) 器 C A N 總 線 上 位 機(jī)市 電信 號 指 示按 鍵 圖 方案 二 系統(tǒng)原理圖 論證分析 方案一的主電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，控制也比較繁瑣，而且其整流電路的功率因素不高。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。 （ 3）系統(tǒng)原理圖 如圖 所示 市 電 整 流 濾 波 電 路 逆 變 器充 電 電 路 蓄 電 池 組 微 處 理 器轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 輸 出 濾 波R S 2 3 2上 位 機(jī)負(fù)載 圖 方案一系統(tǒng)原理圖 方案二 （ 1） 硬件組成：三相開關(guān)、蓄電池組、雙向 DC/DC 電路、雙向 PWM 電路、濾波電路、微控制器、 PC機(jī)。當(dāng)市電不正常時（斷電），切斷市 電至負(fù)載的通路，通過逆變器和輸出濾波器，由蓄電池向負(fù)載供電， 系統(tǒng)由微控制器控制。 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(jī)。第二個階段：當(dāng)恒流充電到蓄電池電壓上升至某一設(shè)定值時，結(jié)束恒流充電，切換至恒壓充電，以恢復(fù)剩下的能量。配合應(yīng)急電 源的設(shè)計規(guī)范，本設(shè)計中，蓄電池充電基本上分為三個階段。市電正常時，應(yīng)合理為蓄電池充電。 蓄電池是逆變電源的一個很重要的部分。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。 PWM 整流器的控制方式采用應(yīng)用較多的電流滯環(huán)控制。由于采用了 PWM 整流電路，再加上適當(dāng)?shù)目刂?，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因?shù)近似為 1。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。 （ 3）電池管理由于 EPS 的使用環(huán)境一般較 UPS 惡劣，為盡可能延長蓄電池的使用壽命，充電器應(yīng)同時具備以下功能： ?可設(shè)定充電限流； ?可設(shè)定電池放電終止電壓； ?具有自動浮充功能，充電機(jī)制應(yīng)符合 DIN41773 標(biāo)準(zhǔn)； ?具有浮充電壓溫度補償功能； ?智能電池檢測功能； ?深放電保護(hù) (可強(qiáng)制應(yīng)急 )[1]。實際上，由于 EPS 負(fù)載供電的可間斷性， EPS 可增加一個 8路或 16 路的可編程配電管理接口，通過對 負(fù)載啟動的順序、時間進(jìn)行控制，可在很大程度上解決啟動沖擊電流和加大選型容量的問題。 EPS 是 用于緊急負(fù)載的供電，其負(fù)載往往為非單一的負(fù)載，而這些負(fù)載在緊急情況下的關(guān)鍵程度不盡相同，因此，對于 EPS 來說，某些配電管理功能至關(guān)重要。主機(jī)模塊完成主要的能量轉(zhuǎn)換及通訊控制功能；配電模塊實現(xiàn)豐富的配電管理功能。 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。主要有： (1）斷電轉(zhuǎn)換時間一般在毫秒級 (25ms)，以保證供電的及時性； (2）負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，包括電容性、電感性、混合型負(fù)載，而且過載能力和抗沖擊能力強(qiáng)； (3）有多路輸出，防止輸出單一 而 形成故障； (4）有消防聯(lián)動和遠(yuǎn)程控制信號，可 以實現(xiàn)手動與 自動相互轉(zhuǎn)換； (5）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于各種惡劣環(huán)境，有防止高低溫、濕熱、鹽霧、灰塵、震動及鼠咬等措施； (6）使用壽命長，有電池快速充電能力和管理能力； (7）節(jié)能，運行效率高，運行成本低； (8）有無人值守、自動操作功能； (9）報警功能齊全，能及時提供各種異常狀況的報警； (10）有強(qiáng)啟動功能，避免電池環(huán)節(jié)保護(hù)后無法啟動 ； (11）無煙霧、無噪音、無公害等； 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 3 EPS 發(fā)展趨勢 由于 EPS 所帶負(fù)載類型的復(fù)雜性和環(huán)境的相對固定性，針對不同場合、不同負(fù)載，可對 EPS 功能做得更貼近現(xiàn)實應(yīng)用。 應(yīng)急電源的應(yīng)用現(xiàn)狀和 發(fā)展趨勢 EPS 應(yīng)用現(xiàn)狀 目前市場上的 EPS 應(yīng)急電源品牌眾多，在設(shè)計上所采用的控制方式和控制手段不盡相同，但針對所帶負(fù)載的種類大致可以歸納為以下三種：一是主要用于應(yīng)急照明和事故照明的單相 EPS；二是用于應(yīng)急照明、事故照明之外，還有應(yīng)用于空調(diào)、電梯、卷簾門、排氣風(fēng)機(jī)、水泵等電感性負(fù)載或兼而有之的混合供電的三相系列 EPS；三是直接給電動機(jī)供電的變頻系列 EPS。 EPS 與傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)相比具有啟動時間短，無排氣排煙，無振動 ， 維護(hù)簡單，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守。 EPS（ Emergency Power Supply）全稱應(yīng)急電源供電系統(tǒng)。 UPS 是不間斷電源，但是它一般用于計算機(jī)、辦公設(shè)備等場合，對環(huán)境要求比較高。如柴油機(jī)發(fā)電機(jī)噪音大，排煙中含有有害氣體，污染大氣等。其中蓄電池供 電的有不間斷電源裝置 (UPS)和允許短時電源中斷的應(yīng)急電源裝置 (EPS)兩種。 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。因此除正常的電網(wǎng)供電電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。 The loads supplied by batteries when the grid voltage is main circuit is consist of bidirectional PWM converter,bidirectional DC/DC converter, batteries and filter analyzing their circuit structure,working principle,design and control strategy,illustration of their application in the EPS control technology uses PWM threephase inverter uses a special threephase SPWM wave generator proposed EPS also has the function of remote monitoring,Lower puter(P8xC591) through the CAN bus with the host puter(PC) munication,lower puter detected status information can be