2.2 UPS逆变器与电网切换控制的实现
切换控制是通过通断切换电路中的静态电子开关(如晶闸管模块MTC)来实现的。本系统选用MTC70(70A/1200V)的晶闸管,如图4所示,图4中
L1为电网进线,L片式电感器生产2为逆变器进线,N为两者的公共地线,R为负载。图中采用晶闸管反并联连接,由于母线上流过的是正弦全波,以SCR1及SCR2为例,就必然形成在正弦波的正半周SCR2导通、SCR1关断,在负半周则SCR1导通、SCR2关断,这样就保证了流过负载的电流是完整的正功率电感器弦波。
图4 切换电路示意图
晶闸管的通断是由MR16单片机辅以切换控制电路实现的。当电网故障时,先发出切断电网信号,再发出切入逆变器的信号;当电网恢复时,先发出切断逆变器信号,再发出切入电网的信号,这就需要信号发送电路,同时控制晶闸管开、关也需要门极触发驱动电路。切换控制电路如图5所示,图5中左边PTC0、PTC6两路端口就是MR16单片机发送的开关控制信号,经光耦隔离送到由或非门组成的基本RS触发器电路中,RS触发器输出的两路信号是互锁的,两者只能同时为低电平(关断信号),不能同时为高电平(开通信号),从而增强了系统的安全性。由555定时器组成的自激振荡器的作用是定时地发送触发脉冲,脉冲有效宽度应不小于晶闸管的开通时间,其输出信号与RS触发器的输出相与送到门极驱动电路中。图5中后级则是晶闸管的门极脉冲驱动电路,可以看出也是隔离输出的。另外,采用两个LED管用于显示负载采用的供电方式。
图5 切换控制电路
MR16单片机通过对市电故障及故障是否恢复的判断来切断市电或UPS的逆变器。切断市电或逆变器后,负载电流衰减到零需要有一过程,然后再切入逆变器或市电,为保证切换操作的可靠性,本系统在零电流切入方式的基础上,在主程序中加入了如果在切断市电(或逆变器)后延时3ms没有进行切入操作,就不管是否检测到零电流直接进行相应的切入操作,从而保证了电感器生产UPS供电的可靠性。
2.3 UPS逆变器输出电压的平均值反馈控制
UPS逆变系统实质上也是一种控制系统,对于本系统输出电大功率电感贴片电感器压来说,其扰动量主要是负载变化和蓄电池的电压变化,蓄电池电压在短时间内可以视为定值,负载的变化为本系统的主扰动。根据反馈控制原理,要维持哪一个物理量基本不变就应该引入哪个物理量的负反馈,所以,闭环逆变系统采用的是电压闭环控制。通过测量输出反馈的电压量与给定量进行比较,经过调节器控制计算输出,最终改变SPWM输出脉宽,从而使输出跟随给定变化,负载扰动是被负反馈包围在前向通道上的,所以,该控制结构能够抵抗负载扰动变化。对于调节器来说,数字化PI调节器是目前应用最广泛、最为成熟的一项技术,已经在逆变系统中得到了很好的应用。由于逆变系统中的负载扰动均为电参量,动态响应要大电流电感快,因此,PI控制算法中的参数选择至关重要,在设计过程中应合理选择调节器参数,使系统的控制适应性、快速性好,并有较强的鲁棒性。
逆变系统的一般组成结构如图6所示。
图6 逆变系统组成结构图
2.4 UPS逆变器输出电压波形的补偿
在逆变主电路(如图7所示)中,为防止同一桥臂的两个功率开关管出现直通现象,往往采取关断一功率管后延时一段时间再开通另一功率管的方法,这中间延时的时间(通常为几μs)就形成了死区,死区的存在(尽管很小)势必会造成输出电压波形的畸变,尤其对零点附近波形的影响,本系统采取优化存储在MR16单片机ROM中的正弦表值的方法对死区进行补偿,以实现平滑的正弦电压波形输出。
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