基于DSP的单相在线式UPS的设计与研究

发布时间：2020-04-04 20:05

【摘要】：近年来,随着工业进程的加快,互联网+工业概念的发展和落地,用电质量日益成为行业关注的问题。不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)可以确保制造和工业活动中关键用电设备的安全。因此,如何提升UPS的性能来满足生产中的用电需求,成为了现今电源领域一个重要的研究课题。本文主要针对在线式UPS系统的两大模块——APFC模块和逆变模块展开研究。前级APFC模块采用Boost电路拓扑,以UCC28180为控制核心实现单周期控制,实现功率因数接近于1的有源功率因数校正,并制作了样机进行了实验验证。逆变模块是UPS的另一核心,针对逆变环节,本文提出了PI控制与重复控制相结合的的复合控制策略。PI控制良好的动态响应特性和重复控制着重于消除周期扰动误差的特性相结合,可以有效提升逆变器的性能。本文以单相全桥逆变电路为研究对象,建立了系统传递函数数学模型,根据模型的频率响应特性给出了重复控制器的参数设计,利用MATLAB软件的Simulink工具对复合控制策略进行了仿真验证。最后介绍了单相全桥逆变器的硬件以及软件的具体设计,硬件设计涵盖开关器件选择、LC滤波器设计、驱动电路设计、采样及信号调理电路设计等;软件设计包含了数字SPWM波的生成方法、采样程序、控制算法程序设计等模块。本文以TMS320F2812为控制核心,在实验室设计制作了一台实验样机,验证了控制算法的可行性和合理性。
【图文】：

图 1.1 后备式 UPS 工作原理后备式 UPS 输入电压的范围比较窄而且它输出电压波形质量欠佳。在系统检测到市电供电异常时，后备式 UPS 立即切入供电线路保证用电设备不断电，，但是转换开关需要动作时间，再加上检测时间，在负载端看来期间会有几个毫秒的延迟，可以满足一般设备比如计算机的用电要求，但是对于一些敏感设备就不能保证供电质量，所以其应用有一定的局限性。后备式 UPS的优点在于结构简单、体积小、性价比高，因而被人们广泛用于在普通个人计算机等小功率用电环境[8]。（2）在线互动式 UPS在线互动式 UPS 和后备式 UPS 工作原理类似，差别在于在线互动式 UPS 的逆变器是在市电与负载之间并联的。在线互动式 UPS 中没有独立的蓄电池充电器或者逆变器，是由一个双向变换器代替的，在市电正常供电时，变换器向蓄电池组充电，同时对市电进行滤波处理供给用电负载。当监测到市电输入不符合用电设备的电能质量要求时，变换器进入逆变工作模式，这时由蓄电池组作为能量源，在负载端看来，电能供应并未中断，保障了关键设备的用电安全。这就是我们将其称之为在线互动式 UPS 的原因。与后备式 UPS 一样，在线互动式 UPS 也有一段转换的时间[9]。图 1.2 展示了在线互动式 UPS 的工作原理。

图 1.1 后备式 UPS 工作原理后备式 UPS 输入电压的范围比较窄而且它输出电压波形质量欠佳。在系统检测到市电供异常时，后备式 UPS 立即切入供电线路保证用电设备不断电，但是转换开关需要动作时间，加上检测时间，在负载端看来期间会有几个毫秒的延迟，可以满足一般设备比如计算机的用要求，但是对于一些敏感设备就不能保证供电质量，所以其应用有一定的局限性。后备式 U的优点在于结构简单、体积小、性价比高，因而被人们广泛用于在普通个人计算机等小功率电环境[8]。（2）在线互动式 UPS在线互动式 UPS 和后备式 UPS 工作原理类似，差别在于在线互动式 UPS 的逆变器是在电与负载之间并联的。在线互动式 UPS 中没有独立的蓄电池充电器或者逆变器，是由一个双变换器代替的，在市电正常供电时，变换器向蓄电池组充电，同时对市电进行滤波处理供给电负载。当监测到市电输入不符合用电设备的电能质量要求时，变换器进入逆变工作模式，时由蓄电池组作为能量源，在负载端看来，电能供应并未中断，保障了关键设备的用电安全这就是我们将其称之为在线互动式 UPS 的原因。与后备式 UPS 一样，在线互动式 UPS 也有段转换的时间[9]。图 1.2 展示了在线互动式 UPS 的工作原理。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86

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本文编号：2614019