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基于Delta变换型不间断电源（UPS）的研究

作　者: 周殿清
导　师: 曾奕
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: UPS Delta逆变技术双向变换器数字信号处理器(DSP) 电压空间矢量
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着社会和科学技术的发展,高层建筑、医院以及工厂等公共设施对供电的要求将越来越高,一旦电网供电中断,将造成重大的事故或经济损失。在市电中断供电时,高性能不间断电源能在各种场合为设备提供电能。因此,研究高性能不间断电源有着重要意义。论文首先分析了UPS电源的作用、分类及发展趋势,针对传统双变换UPS存在的问题,研究了基于Delta变换技术的UPS拓扑结构。对Delta变换型UPS的系统组成和工作原理进行分析,将其从功能和结构上分成Delta变换器和主变换器两部分,深入研究Delta变换器和主变换器的工作机理,及其对市电电压、电流和谐波波动的补偿。探讨分析两个变换器工作的指令信号检测方式和两个变换器的控制策略,并对其进行仿真研究。Delta变换器采用直流电流闭环控制,研究了谐波和无功功率检测技术,以三相电路瞬时无功功率理论为基础实现对谐波和无功电流的实时检测,得到反应其大小变化后经过SVPWM环节,得到调制波电流指令信号;主变换器采用瞬时值波形比较控制,通过d-q变换与比较得到反应谐波和负载电压基波大小变化后经过SVPWM环节,得到调制波电压指令信号。利用MATLAB开发工具实现了对Delta变换器电流控制环路和主变换器电压控制环路的仿真。最后研究了以DSP为控制CPU的电路设计方案,包括硬件和软件设计,为下一步具体实现该产品奠定理论基础。通过对整个系统的仿真和实验研究,证明了所提方案的正确性和可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-25
  1.1 不间断电源概述  11-13
  1.2 UPS 电源现状  13
  1.3 UPS 的发展趋势  13-14
  1.4 UPS 电源的分类  14-20
    1.4.1 后备式  15-16
    1.4.2 在线互动式  16-17
    1.4.3 双变换在线式  17-18
    1.4.4 双变换电压补偿在线式（Delta 变换式）  18-20
  1.5 UPS 用功率器件  20-22
  1.6 基于DSP 控制的数字式UPS 的优越性  22-23
  1.7 本文设计的主要内容  23-25
2 Delta 变换式 UPS 的原理及总体方案  25-35
  2.1 UPS 的功能及技术要求  25-26
  2.2 UPS 的系统组成  26-28
  2.3 Delta 变换式UPS 的工作原理  28-35
    2.3.1 高频双相变换器的工作原理和电压补偿功能  28-31
    2.3.2 Delta 逆变器的电流调节和功率因数补偿原理  31-35
3 UPS 系统主电路及辅助电路  35-56
  3.1 PWM 整流器  35-41
    3.1.1 PWM 整流器分类  35
    3.1.2 PWM 整流器电路分析  35-38
    3.1.3 三相PWM 整流器（VSR）的换流原理  38-41
  3.2 逆变电路  41-44
    3.2.1 逆变电路基本工作原理  41-42
    3.2.2 三相桥式逆变电路  42-44
  3.3 蓄电池的充电电路  44-47
    3.3.1 UPS 用蓄电池的使用条件  44
    3.3.2 对UPS 用蓄电池的要求  44-45
    3.3.3 UPS 用蓄电池的选择  45
    3.3.4 充电电路  45-47
  3.4 逆变、市电的切换电路  47-49
  3.5 直流电压采样电路  49-50
  3.6 交流电压采样电路  50-51
  3.7 过零比较电路  51
  3.8 交流电流采样电路  51-52
  3.9 系统保护设计  52-56
4 UPS 变换器控制策略研究  56-77
  4.1 系统控制方案的选择  56-58
    4.1.1 Delta 变换器的控制方案  57-58
    4.1.2 主变换器的控制方案  58
  4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术  58-65
    4.2.1 正弦波脉宽调制的原理  58-61
    4.2.2 SPWM 波形的实现方法  61-65
  4.3 电压空间矢量（SVPWM）调制原理  65-76
    4.3.1 空间电压矢量概念  65-67
    4.3.2 基本空间电压矢量  67-71
    4.3.3 电压空间矢量合成原理  71-73
    4.3.4 空间矢量序列  73-76
    4.3.5 扇区号的确定  76
  4.4 控制策略的选择  76-77
5 系统软硬件实现  77-89
  5.1 DSP 简介  77-79
  5.2 TMS320LF2407A 资源分配  79-81
    5.2.1 A/D 采样模块  79-80
    5.2.2 PWM 输出  80-81
    5.2.3 PDPINT 用做快速保护  81
  5.3 SVPWM 控制的数字化实现  81-82
  5.4 控制软件的整体构成及相关子程序流程  82-89
    5.4.1 主程序  83-84
    5.4.2 SVPWM 中断服务子程序  84-86
    5.4.3 A/D 中断子程序  86
    5.4.4 电流指令信号子程序  86-88
    5.4.5 电压指令信号子程序  88-89
6 系统仿真与实验  89-98
  6.1 MATLAB 简介  89-91
  6.2 仿真模型建立及结果分析  91-95
    6.2.1 仿真模型的建立  91-93
    6.2.2 仿真结果分析  93-95
  6.3 实验及结果  95-98
7 总结与展望  98-100
参考文献  100-103
致谢  103-104
攻读学位期间发表的学术论文  104

基于Delta变换型不间断电源（UPS）的研究

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