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大功率电力专用UPS的研制.pdf

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TeChnicaIView ⋯一■雹囡■田田r— 大功率电力专用UPS的研制 ◇合肥工业大学电气与自动化工程学院李维华 摘要：本文采用正弦波同步技术和静态开关控制技本．实现大功率电力专用UPS的不阊断输出．给 出7实用的硬件电路和软件框图， 前言输出值，最终实现逆变输出与旁路输入 在电力系统中，重要设备的安全供的同压。如旁路电压偏离220V电压太大 电至关重要，特别对于发电厂，需要实现时，逆变电源不对其进行电压跟踪，而稳 不问断供电的设备越来越多，负载越来定输出22OV的电压。另一路信号通过一 越重，所以需要提供大功率电力专用过零比较器将旁路输入的正弦波信号变 UPS来保证安全供电，要实现大功率换成方渡信号，通过87C196MH的捕捉 UPS的不间断输出需要解决好以下问口捕捉旁路输入电压的过零点，借助捕 题：1．大功率切换问题：为了保证重负载图2跟踪过程示意图捉中断服务程序实现逆变输出对旁路输 情况下输出不间断，需要采用静态开关，入的同频同相跟踪。如捕捉到的方波信 而要实现静态开关的快速可靠切换，要电力专用UPS硬件电路框图如图l号频率偏离50Hz过大或无方波信号，则 采用优化的静态开关控制技术。2．由于所示。 静态开关是电子器件，为了保证其切换为了确保电力专用UPS的输出不间 过程中的安全性，要确保逆变电源输出断，电力专用UPS有三个供电回路。由图 电压与旁路输入电压同步，即两路电压l可知，交流输入经隔离变压器降压整流 要保持同频同压同相，而且为了避免在滤波后得到高于直流屏的直流电压，此 同步过程中对负载正常工作产生影响，时逆变电源所需的直流输入由交流输入 应实现平稳同步。本文将针对上述问题回路提供，直流屏作为备用。当交流输入 详细介绍解决方案。断电后，立即由直流屏供电，直流输入电 压在l6位微处理器87Cl96MH的控制下 总体方案产生正弦波输出。如果旁路输入有电，则 在87C196MH的控制下，逆变电路会自 硬件电路动跟踪旁路输入电压波形，实现逆变输 出与旁路输入电压的同频同压同相，从 而达到逆变输出与旁路输入的同步。正 弦波逆变器部分工作原理见参考文献【2】。 在此讨论同步电路的工作原理。旁路输 入电压经隔离后，一路经整流滤波电路 被87Cl96MHA／D口所采样，与逆变 电源输出经隔离采样送入87Cl96MH 图1电力专用UPS硬件电路框图A／D口的值相比较，自动调整逆变电源 ECN／2003．1153 I丁厂一一l9 j乒彝氛⋯^ 技木额点～一 一⋯～一1日医lr-一 逆变电源输出稳定的50Hz正弦波电压，程是在主程序中实现的，其程序 为了保证同步过程的平稳性，本文采用框图如图3所示。 微调输出周期的方法来实现跟踪，这样逆变输出与旁路输入电压的 可确保跟踪过程中仍然为标准正弦波输同频同相由196MH捕捉中断服 出，避免对负载正常工作产生影响。跟踪务子程序来实现，其中断服务子 过程示意图如图2所示。程序框图如图4所示。 由图2可知，当逆变输出零点与旁路 输入零点相距小于180。时，则微增逆变切换电路 硬件电路 切换电路 采用8位高速 单片机 PIC16C7l1作 为主控芯片，其硬件 电路框图如图5所示。出由异常恢复至正常后，PIC16CT11经 由图5可知，逆变过多次检测确认均达到欠压恢复值后， 输出经隔离降压后，此时逆变输出电压已与旁路输入电压同 经整流电路得到脉动步。首先吸合接触器JC1，然后在输出电 的直流信号，经 过零比较电路 获得逆变输出 电压的过零点， PIC16C711通 过外部中断进 入中断服务子 程序，确保每次 从零点开始采 样逆变输出正 弦波的电压大 小。当逆变输出 电压低干欠压 值时，它会根据 图4捕捉中断服务子程序框图输出电流的过 零点，先发出逆 变输出静态开 输出周期；而当逆变输出零点与旁路输 关的关断信号，2ms后再发出旁路 入零点相距大干180。时，则微减逆变输 输入静态开关的开通信号，然后 出周期。这样，既可以保证同步过程的平 释放接触器JC1。如果逆变电源输 稳性，又可以快速实现同步。 出断电，则立即关断逆变输出静 态开关，开通旁路输入静态开关， 软件编制 然后释放接触器JC1；当逆变输 逆变输出与旁路输入电压的同压过 54ECN／2003．11 T噩1—T__『■汀『 TechnlcaIVlew 流过零点前发出旁路输入静态开关的关断信号，2ms后再发出逆 变输出静态开关的开通信号。静态开关的整个切换过程是在切换 硬件电路的支持下借助于软件的严格控制来实现的。 软件编制 PIC16c711通过主程序检测逆变输出是否断电，如断电则进 行相应处理，其主程序框图如图6所示。 PIC16c711通过RB0口进入外部中断服务子程序