基于三电平逆变技术的三相大功率不间断电源及其控制技术研究

发布时间：2020-04-06 11:34

【摘要】：不间断电源(UPS)是一种非常重要的应急供电设备。在输入市电发生中断时,UPS可以持续一段时间供电给办公电脑等设备,同时在市电发生异常时,UPS还可以对市电进行有效的净化。目前,UPS在企业甚至是家庭等领域得到了广泛的应用,其重要性也将日益提高。本论文首先介绍了课题的背景及其技术现状;分析了UPS整机供电系统的构成及主要性能指标,以及五种工作模式下电路的工作原理;研究了UPS系统各主要模块的工作原理,包括三相桥式全控整流电路、BOOST升压电路、蓄电池充电模块、逆变器模块的工作原理及其控制策略。在此基础上,对UPS系统的整流电路、BOOST型PFC电路、采样电路(电流采样电路和电压采样电路)、逆变器模块进行了设计,对逆变器主功率半导体开关管、输出电感、直流母线电容及输出滤波电容等参数进行了详细的计算分析;另外,论文对作为UPS核心的逆变器控制系统进行了重点研究,建立了三电平逆变电路模块的控制模型,分析了对称数字的PWM波产生机制,实现了基于DSP的SPWM信号波输出。论文完成了系统控制软件的总体设计,主要包括系统主程序、定时中断程序、逆变器电压控制环和电流控制环的程序设计等。最后,对所设计的UPS样机的各主要性能指标,包括输出电压波形的动态特性、输出电流的谐波畸变率、输出电压精度、整机的效率等进行了测试。实验结果验证了软硬件设计的合理性和理论分析的正确性。
【图文】：

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图 1-1 不间断电源整体模块框图（1）旁路模块（STS）：旁路模块主要有两种切换开关，分别为旁路开关和维修开关。当对设备故障进行维修或者对 UPS 系统及其蓄电池等进行全面的检测时，只需手动闭合维修开关，，即可以直接通过维修旁路供电给负载。当电路发生故障或者逆变器受大负载冲击等情况时，在旁路开关常闭合的情况下，通过自动控制闭合静态开关（由晶闸管 SCR 组成的无触点开关），然后输入的市电通过旁路向负载进行供电。（2）输入变压器模块：即隔离变压器。它主要安装在 UPS 的输入端和输出端，其具有滤波抗干扰及电压变换等功能，可以减少干扰的信号及去掉电网中的三次谐波。（3）输入滤波器模块：和输出滤波器模块一样，都采用π型滤波器，此滤波器一般是由若干数量的滤波电感 L 和滤波电容 C 组成，可以过滤掉大部分的高频杂波和减少纹波。（4）整流器模块：整流器模块要实现对输出电压电流的控制，整流电流通常是由6 个晶闸管（SCR）构成。主要作用是把输入的市电交流电源被整流成直流电源到±BUS，

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要作用是把±BUS 的直流电压利用三电平逆变器模块转变成用户所需要的正弦波电压。（7）蓄电池充放电模块：市电输入在非异常情况下，将±BUS 直流电压转变成合适的直流电压作为蓄电池输入充电；市电输入在不正常（断电或者输入电压不稳定）情况下，蓄电池可以及时通过继电器向负载稳定供电。UPS 的工作模式一般有五种：市电模式、电池模式、经济模式（ECO）、旁路模式及维修模式。市电模式：在此模式下，市电正常时，输入的市电通过输入变压器、输入滤波器、整流器、升压电路、逆变器、隔离变压器、静态开关和输出滤波器向输出负载进行供电；以此同时，蓄电池也通过充电器把市电转换成直流电给其进行充电蓄能。这个模式如图 1-2 所示：
【学位授予单位】：佛山科学技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86

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