基于MR16單片機(jī)的不間斷電源的研究

2.3 鎖相同步的實(shí)現(xiàn)

在UPS的設(shè)計(jì)中，鎖相同步技術(shù)是衡量UPS系統(tǒng)性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。UPS能夠?qū)崿F(xiàn)市電旁路供電與逆變器供電之間的可靠轉(zhuǎn)換的前提是，市電的交流電壓與逆變器的交流輸出電壓必須同頻率、同相位和同幅值。如果UPS在執(zhí)行轉(zhuǎn)換的瞬間，由于兩路交流電源的電壓值不同，因而會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)電壓差ΔU，如果用戶在具有過(guò)大的ΔU情況下執(zhí)行切換操作，有可能會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生電流沖擊。

逆變器正弦波的輸出，是通過(guò)建立一個(gè)正弦表，在中斷程序中由正弦指針讀取正弦表值，并進(jìn)行相應(yīng)脈寬計(jì)算產(chǎn)生SPWM波形輸出。正弦指針為零時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出正弦波相位也為零，所以，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)零相位點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)比較正弦指針的值來(lái)判斷是否鎖相，指針為零則表明逆變器正弦波輸出與電網(wǎng)電壓波形鎖相同步，否則，就要通過(guò)移相跟蹤電網(wǎng)電壓相位。但是，如果一檢測(cè)到零相位就將正弦指針清零，勢(shì)必會(huì)引起較大的沖擊電流，并且這樣抗干擾能力弱，所以，系統(tǒng)采用逐次逼近鎖相方式。具體方法是：每檢測(cè)到一次零相位點(diǎn)，就判斷當(dāng)前正弦指針是否為零，為零表明已經(jīng)鎖相，不為零，則判斷正弦指針處于正弦表的正半周還是負(fù)半周，位于正半周時(shí)就將正弦指針減1，位于負(fù)半周就將正弦指針加1，如此反復(fù)循環(huán)直到鎖相為止。顯然，鎖相同步要在PWM中斷程序中實(shí)現(xiàn)。

2.4 切換電路的設(shè)計(jì)

現(xiàn)在常用的方法是用晶閘管作切換開(kāi)關(guān),普通晶閘管的開(kāi)通時(shí)間為幾μs，關(guān)斷時(shí)間約為幾百μs，開(kāi)、關(guān)時(shí)間之和不超過(guò)1ms。圖1中采用晶閘管反并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，由于母線上流過(guò)的是正弦全波，以V1、V2為例，就必然形成在正弦波的正半周V2導(dǎo)通、V1關(guān)斷,在負(fù)半周則V1導(dǎo)通、V2關(guān)斷，這樣就保證了流過(guò)負(fù)載的電流是完整的正弦波。普通晶閘管是半控器件，其關(guān)斷依賴于給陽(yáng)極施加反向電壓。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，首先，去掉V1和V2上的門(mén)極觸發(fā)信號(hào)，假設(shè)這時(shí)正處于正弦波的正半周，V1顯然關(guān)斷，但還沒(méi)有使V2關(guān)斷，這時(shí)再給V3和V4的門(mén)極施加觸發(fā)信號(hào)，V4導(dǎo)通，由于電網(wǎng)故障（停電或電壓偏低），這時(shí)就會(huì)在V2的陽(yáng)陰極之間產(chǎn)生電壓差，其方向是陰極高于陽(yáng)極，使V2關(guān)斷，從而切斷電網(wǎng)，由此可見(jiàn)兩者之間沒(méi)有環(huán)流。當(dāng)市電電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，也是同理的。實(shí)驗(yàn)證明采用上述方法是可行的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照上述設(shè)計(jì)思路制作了一臺(tái)5kW樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4（a）是逆變器空載輸出時(shí)的電壓波形，圖4（b）是逆變器滿載輸出時(shí)的電壓波形，圖4（c）是當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，從電網(wǎng)切換到逆變器輸出時(shí)的負(fù)載電壓波形（通道1為電網(wǎng)波形，通道2為負(fù)載側(cè)電壓波形）。由圖4可以看出，系統(tǒng)能輸出較好的正弦電壓，切換時(shí)間約2ms左右，能滿足負(fù)載和用戶要求。

（a） 逆變器空載時(shí)輸出電壓波形

（b） 逆變器滿載時(shí)輸出電壓波形

（c） 電網(wǎng)斷電時(shí)從電網(wǎng)切換到逆變器輸出時(shí)的電壓波形

圖4 系統(tǒng)輸出波形

4 結(jié)語(yǔ)

采用上述思想設(shè)計(jì)了一臺(tái)樣機(jī)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該樣機(jī)能穩(wěn)定工作，切換時(shí)間短,各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到UPS設(shè)計(jì)要求。