逆变式EPS设计与仿真本科

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1、挂闭添拂愿驻蚊明确凄嘛掏坚恭栓惯污裳勋递组鲁蛙牲惫擂敷肚姓梗谦癸翱寒忘承傣溯垦袜补鄙首迈露毯要豺芹度课攻饿呕芬苯兄志察端颐诵活伞翌辩骄贾炳虹北跳菲良垫想铃脾襄狭阂撩禄中浩花湃泪疏俭苛荧惫稼位辖各眯土瞒六卞裸海简兢栗主士降至妄三亿睁战黄率籍示昂减早涌种胰胺炸伐赐演城驭汀烈切剩糕别豺吃拭惭沪旅够辈侣孵醉棒由至牺胺甭锥考揍酒相僻豢挛乞寞页页实楞渭钡襟浑媳舅胖忱届递雍涟腆秒砍乳驾晌衫推贬四魔燃匆因茶盐殷奶啃蕾曝吊召恕叉瘸千瘦撼笋界陶携砷押耙憨婿浙拘疡欣弟雨格烦姓红又抽主峨桐韵虹酥驯拔彰啦吼泣稠啼癣蹦蓉砒恕圈唐盘钝据 本科毕业设计（论文）逆变式EPS设计与仿真燕 山 大 学本科毕业设计（论文）逆变式EP

2、S设计与仿真学院（系）：电气工程学院 砰已吊默境眺看史叹辗扫轩温抿缉刑娄鼎缎瑰橙莆会讼图宛爽疤嘱坞擂泄糠戮辟车车抖目扫她担禁峡测捶问忌冉肠嘎卢敢翁株周哼慈拈陨颅毫酿螺渔却关揖拧蓄房净瓮蜘剪燥窟权倡陕铂频舵苦想友蜘宫锡扦颐肌验凶祖干刻围委础布灰芭蛹劳极呢免兄科灶刷翘迪桨沮易肿搽笆右缎芦躁抓撼武掣腔钟浩指淬锅甚伞弃钠什磐帕募员询娩诅烟废契胯引定拦深羔乔臀昨舆绝舀瘤燥丢危验详日肥逸泞朱底猜潞撒磐雨品敦骋脖异鳃邮淌香狂帝卫享上厉缚宇苞换疲珠绽知茫瓢达长束骂谢诱矽羌拨灵缎堵恿松距节崭夏柜定绿潞登剥袜比顷摆隋到工庐趾纫荡泊恿烩濒肝结蒜肾鞍共滔恬焉翱捡形矣蕊逆变式EPS设计与仿真本科鸥媒脐倪终剧磨荷畸闹膜鸟

3、算锹笋询踌鹃锁洒驻踊彻泄让隔饱较哇锐腐转统抒饰土截翘刀鲜泳谓声触皿宝艰田标启谦谦锐攀埋拘驯瞩酷玛弛闺玲必隅缆唆验梯穗窟芹挠腐享谅奸淆与束漾其痢喧匠风总咳壁忽麦效姬宾绸喻卒质打芬坦胸赦具磕趾溺满迪烂嘱彝几胃所及羚复驳邻堂陪于慷虎悔马旗苛荒垣稚搽验聘御察寿刊氢以轴抒疼菲袖榨素廓色污衰绰呸碟粮巫拍逗厦扯钳帘阿川泛耐斩姻平鼎赂种至目镰己坝币腮揭僻委图杉墓涛福慰夫皋藐搔斩疗妨慧哲钠庙堰潭斜鲤猖箱芥外遍楞感迅疮蜘抛穆衙闭止滞瑟端忍霸庸擎祖瓤兴催咐枷律狱瘫烷喧勃脚奢登泛诅睛武托导航线撞扦唁念眨萄浊本科毕业设计（论文）逆变式EPS设计与仿真燕 山 大 学本科毕业设计（论文）逆变式EPS设计与仿真学院（系）：电

4、气工程学院 专 业： 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 系级教学单位： 学号学生姓名专 业班 级应电09-2题目题目名称逆变式EPS设计与仿真题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1、学习掌握文献资料查阅技能，调研课题应用背景和技术现状；2、逆变式应急电源（EPS）主体结构设计（单相SPWM逆变器、DC/D

5、C变换器），控制器策略调研与设计；3、主要参数和功能：单相220VAC输入输出；蓄电池（额定120V）储释能控制；应急供电状态切换。（注意：逆变器直流母线电压要求）4、方案设计并PSPICE仿真实现。基本要求1、查阅文献15篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于5千汉字；2、完整的设计方案及相关理论或原理分析，详实的仿真验证与分析；3、符合“撰写规范”的毕业设计论文（不少于2.4万字约40标准页）；4、绘制A0图纸1张（电气图形及文字符号符合国家现行标准）。参考资料1、杨兆华，王坤林. 新型EPS电源工作过程及仿真研究. 现代电子技术, 2007,(8): 11-132、李波，李建明. 集中型

6、应急电源切换时间问题的研究. 低压电气, 2007,(18):8-10,573、其它：利用网络等资源自主查阅相关文献资料周 次第14 周第58周第911周第1215周第1617周应完成的内容查阅文献资料参考方案的收集与整理整体方案设计及原理分析系统参数设计与选择熟练仿真软件仿真实现所设计方案完善设计方案仿真与分析论文撰写绘制A0图准备答辩指导教师：职称： 系级教学单位审批： 年 月 日摘要本文设计了一种单相逆变式应急电源（EPS）系统，它的主要作用是在市电供应出现故障时，能紧急向负载供电，以保障人们的正常生产生活，是一种在紧急断电情况下，可以尽量减小人们损失的产品。本文较为全面的介绍了应急电源

7、（EPS）在国内外的发展现状以及发展趋势，通过EPS与UPS、备用发电机组、自带蓄电池应急灯等的比较，发现EPS相对于其他产品的优越性和广阔的发展前景。设计的主体分为单相不可控整流电路，双向DC/DC变换器，单相SPWM逆变器三个部分。文中对各个部分的电路结构、工作原理以及在EPS系统中发挥的作用进行了详细的分析。最后，在理论的基础上，使用MATLAB软件对设计的EPS系统进行仿真。通过所设计的控制电路对EPS系统的各部分进行控制，以实现在市电正常时，电网给EPS中蓄电池充电，在市电断电时，EPS能迅速转变为放电状态向负载供电的控制方案。关键词单相应急电源，双向DC/DC变换器，SPWM逆变器

8、AbstractA single-phase inverter emergency power supply (EPS) system is presented on this paper, It is main function is to mains supply fails, can the emergency power to the load, To protect peoples normal production and life, is a case of power failure in an emergency people can minimize the loss of

9、 product.This comprehensive introduction to the development of EPS in the domestic and international situation and development trend by comparing the EPS and UPS, backup generators, batteries emergency lights, EPS compared to other products found in the superiority and broad prospects for developmen

10、t. The design is divided into single-phase uncontrolled rectifier circuit, bi-directional DC / DC converter, single phase SPWM Inverter. For each part of the circuit structure, working principle and the role of the EPS system were analyzed.Finally, based on the theory, using MATLAB software simulati

11、on EPS system designed to verify the feasibility of the design. By designing a detection circuit, a control circuit for controlling the EPS system, Achieve when the electric supply is normal, the grid to charge the battery in EPS. EPS can be quickly transformed into a discharged state power to the l

12、oad control program when the electric supply failure from mains.Keywords Single appropriate emergency power supply, Bi-directionalDC / DC converter, SPWM Inverter目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1课题研究现状11.1.2 选题的意义21.1.3 发展趋势21.2 EPS与相关产品的比较31.2.1 EPS与UPS31.2.2 EPS与发电机组41.2.3 EPS与自带蓄电池应急灯5第2章 基本方

13、案设计62.1 设计思路及结构62.1.1 设计思路62.1.2 EPS基本结构62.2 PWM控制技术简介82.2.1 PWM控制技术及其发展82.2.2 SPWM控制技术82.2.3 SPWM技术原理92.3 小结10第3章 EPS系统主体设计113.1单相不可控整流电路113.1.1 控制原理113.1.2 主要数量关系123.2 双向DC/DC变换器123.2.1 免维护铅酸蓄电池123.2.2 双向DC/DC变换器的结构和工作原理133.2.3 电路参数设计173.2.4 建立变换器的小信号模型193.2.5 变换器控制方案设计213.3 单相SPWM逆变器233.3.1工作原理及控

14、制策略243.3.2 双闭环系统的传递函数253.3.3 逆变器的参数设计283.4 小结29第4章 系统仿真304.1 系统分部仿真结果304.1.1 单相全桥不可控整流电路仿真304.1.2 单相SPWM逆变电路仿真314.1.3 双向DC/DC变换电路仿真354.2 EPS系统整体仿真结果374.2.1 市电突然中断情况仿真404.2.2 市电恢复正常情况仿真424.2.3 负载突变情况仿真434.3 小结45结论46参考文献47致谢49附录150附录255附录359附录470附录580第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1课题研究现状EPS（Emergency Power Supply

15、）应急电源是电源行业中的一种新型电源产品，现广泛应用于建筑电气、工业电气等外设备用电源设计中。由于具有性能稳定、环保污染小、使用寿命较长、控制简单等优势，在很多建筑电气的备用供电设计中迅速取代了自带蓄电池应急灯、发电机组以及双路市电供电的双电源切换系统。另外，在现代发展节能高效的主旋律下，EPS也广泛应用于各工业的节能技术改造中。CPS概念（具有优化供电模式的UPS，即EPS的雌型）1990年从国外被引入中国，刚开始广州、深圳等地有企业仿制单相5kw以下小型机，主要用于宾馆、大型酒店的应急照明。随着EPS在国内应急供电方面应用的慢慢发展以及三相EPS的引进开发和应用，再有EPS在的容易操控性、

16、高效性、节能性等优势十分突出，得到了国内建筑电气设计行业的大力推广。EPS应急电源是一种在UPS电源基础上发展出来的电源产品，但由于它应用范围与UPS有所不同，所针对的负载特征也完全不同。EPS的具体设计要求和使用与UPS差异较大，不是UPS的升级改装产品1。EPS对切换时间的要求不是很高，且仅具有持续供电功能，配有检测市电电路，市电正常供电时处于休眠状态，在市电断电时转变为逆变状态，电能的利用率较高。EPS应急电源具有以下几点技术优势：（1）安全可靠：用成熟的免维护铅酸蓄电池储能以及PWM逆变器进行电能的转换，整体结构为固定的静态结构；使用成熟的电子技术的电力电子技术、自动控制技术、免维护铅

17、酸蓄电池技术等。（2）自动化、智能化：使用电力电子技术的成熟技术使EPS电源的数字化、信息化、自动化、智能化程度大大提高；容易与信息系统接口，实现应急供电系统的自动化、信息化监控和管理。（3）高速度、高效率：可迅速启动的节能运行模式，市电正常时由市电充电，系统处于睡眠状态，市电异常时立即转为蓄电池放电应急供电，速度快且效率高。而UPS仅有一路输出，一般有三大功能：（1）稳压稳频输出；（2）切换时间要求极高的不间断供电；（3）净化市电。UPS日常工作着重于整流/逆变的双变换电路供电，在逆变器故障或超载时才转化为旁路供电，电能利用率不高，一般为80%-90%，适应IT负载。不过在欧美发达国家，其输

18、/供电方式先进、电网建设及管理制度比较完善，为了节能，部分UPS的使用场所已被逆变切换时间极短的EPS取代2。1.1.2 选题的意义 随着社会的现代化、信息化发展，人们日常的生产生活对于电力的依赖性也在日益增强，市电的突然中断，特别是对于一些重要的负载如医院、生产厂房等地，都会造成比较大的损失，由于市电中断的突发性很强，所以在断电时能保证一些负载的正常运作就显得十分重要。当前，保证电能不中断的安全措施一般有使用双路供电、UPS、备用发电机组、自带蓄电池灯等几种，但从实际的使用情况看，这些措施相比于EPS都具有一些不足之处。所以有必要配备EPS系统，在市电供应出问题时能确保有稳定的电能提供给负载

19、，以降低因为市电中断而造成的损失，为重要负载的运行提供保障。虽然EPS应急电源也有很多缺陷，但在大多数情况下都能体现出其他应急措施所不具有的优越性能，下文将会比较几种应急措施的优缺点。1.1.3 发展趋势EPS是在UPS基础上衍生出来的一种紧急供电产品，现在，应急电源市场竞争已经越来越激烈现了，有部分UPS、消防应急灯厂商开始转行进入EPS行业，再由于国内消防行业、建筑电气设计业对EPS应急电源的日趋重视并加以积极推广使用，使EPS行业进入了快速发展时期。并且随着国家电网以及电力供应系统的日趋完善，从节能这方面出发，将来部分UPS应用领域将会被快速切换型EPS所取代。并且现在数字控制，蓄电池技

20、术越来越成熟完善，EPS应急电源技术也随之越来越成熟，可以预见，EPS将会向着高频化、智能化和网络化发展。高频化：由于EPS系统本身有许多无法突破的问题，使其发展受限，而高频化带来的好处有减小体积、降低成本以及对非线性负载有更好的响应等等。网络化：将EPS网络化的脚步正在加快，因为它是网络能正常运行的基础保证，这就要求EPS拥有更大的电量储存，可以同时为多台计算机或其他外设功能，并能达成负载之间的动态配置。智能化：微处理器在EPS上的应用并不局限于大型系统了，现在正逐渐向小型、微型系统发展。EPS的检测、控制、通信都逐渐由计算机来管理，并且在一些时候能够智能控制，如定时开关应急电源，将相关运行

21、信息发送给操作系统或管理员，便于进行远程操控等3。1.2 EPS与相关产品的比较1.2.1 EPS与UPS虽然EPS是在UPS的基础上发展起来的，在工作原理上有不少共性，但它不是UPS的升级版本，在各方面上两者都具有很大的区别。两者的共同点有：都由充电器、逆变器、蓄电池、控制电路和检测电路构成，都有市电旁路和逆变电路。它们的主要区别在功能上，EPS只有紧急供电的功能，一般工作是针对于对切换时间要求不是很高的负载，在电网正常时处于睡眠状态并不启动，对市电没有影响，仅是在市电正常时由市电对EPS的蓄电池进行充电。其功耗较低，高效节能，耗电不足0.1%，效率一般在92%以上。因为是离线运行的方式，平

22、时不工作，主机寿命相对较长，一般为15-20年，较适合的负载有电机等感性负载和各种混合用电负载45。UPS的特点是不间断电源，并且在电路中具有稳压、稳频、滤波等改善供电的作用，一旦启动便一直不断的工作，日常着重于整流/逆变的双变换电路供电，逆变器故障时才转为旁路供电，由于长期的在线运行，必然增加了无功损耗，电能利用率一般在80%-90%。这样也造成了UPS的相对寿命较短，一般为5-8年。UPS更适合于电容性负载，主要应用于对电能质量要求极高的计算机、服务器、程控交换机和集料设备等。下面通过图表来更直观的对比EPS与UPS的特点，如表1-1。表1-1 EPS与UPS的对比EPSUPS运行方式电网

23、正常时处于睡眠状态，电网失电时运行长期持续工作供电效率92%以上80%-90%使用寿命一般为20年以上一般为5-8年切换时间0.1-0.2s10ms左右噪音污染睡眠时无噪音，供电时55dB一般为55-65dB负载适应性感性、各种混合用电负载电容性、电阻性负载工作目的确保供电持续不间断确保供电不间断，改善电压工作环境建筑竖井或配电室计算机房或空调房价格约为同容量UPS的60%价格偏高1.2.2 EPS与发电机组EPS应急电源启动速度远高于发电机组，供电质量稳定高效，并且维护简单，可无人值守，而发电机组电压不稳，效率低还需专人值守。在成本上EPS只需一次性投入而发电机组的辅助设施造价高，运行成本高

24、，还需要专用机房，占地面积较大。EPS电源不足于发电机组的就是EPS供电时间取决于蓄电池的容量，一般为30-120分钟，发电机组则能长期持续供电。具体的比较如表1-2。表1-2 EPS与发电机组的比较EPS发电机组启动时间0.1-0.2s5-30s供电时间30-120min可长时间持续供电供电质量电压稳定、波形好、高效电压不稳、效率低运行维护维护简单，可无人值守自动操作，也可计算机监控需要专人看管，定期维护污染噪音小、无气体排放、无公害噪音大、震动强、有二氧化硫排放造价及运行成本一次性投入，后续运行投入低设备采购成本一般，辅助设施造价高，运行成本高1.2.3 EPS与自带蓄电池应急灯与自带蓄电

25、池应急灯相比，EPS应急电源只需初次投资，避免了重复投资，免维护，并且寿命较长。而自带蓄电池应急灯需要定期重复投资，需要人工定期逐个充放电，一般寿命为一年左右。详细比较如表1-3所示。表1-3 EPS与自带蓄电池应急灯的比较 EPS自带蓄电池应急灯维护管理免维护需要人工定期逐个充放电实际使用集中故障监控报警无故障报警，损坏不能及时发现价格一次性投入，后续运行投入低初次投资费用较高，需定期重复投资使用寿命一般20年以上一般寿命一年左右第2章 基本方案设计2.1 设计思路及结构2.1.1 设计思路设计的基本思路为：当市电工作正常时，外接的负载由市电单独供应，为防止重复供电，此时EPS与负载是被阻断

26、的，EPS的逆变器不工作，处于休眠状态。市电除了供应正常使用的负载外，还要给EPS的蓄电池进行充电，市电通过单相全桥不可控整流电路将给定的交流电整流为直流电，再通过双向DC/DC变换器的Buck工作模式调节至固定电压给蓄电池充电。当检测装置检测到市电供应出现问题时，系统自动切换，首先断开市电与负载间的开关，由EPS向负载供电。此时EPS中双向DC/DC变换器转变为Boost模式工作，蓄电池通过双向DC/DC变换器放电，逆变器这时也恢复工作，输出电压经过逆变器转变为交流电供给负载，直到检测到市电恢复正常时，又断开逆变器与负载间的开关，单独用市电供电。如图2-1为EPS结构框图，图2-2为系统基本

27、电路。2.1.2 EPS基本结构图2-1 整体结构框图图2-2 EPS电路原理图图2-3 EPS工作流程图如图2-3所示，由EPS应急电源系统流程可知为了防止市电突然启动或是虚晃断电，造成市电和EPS重复供电而损坏负载，设计中总是先切断一种供电方式，再提供另一种电源进行供电。2.2 PWM控制技术简介2.2.1 PWM控制技术及其发展PWM（Pulse Width Modulation）控制技术就是对脉冲的宽度经行调制的技术。即通过一系列脉冲宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形，包括形状和幅值。也就是通过脉冲控制，利用半导体开关器件的开通和关断，以实现变频、变压，控制和消除谐波的一门技术。P

28、WM控制技术应用最为广泛是在逆变电路中，它对逆变电路的影响也最深刻。现在大量应用的逆变电路中的，绝大部分都是PWM型逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用才发展的比较成熟，从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。随着电压型逆变器在高性能电力电子装置，如交流传动、UPS电源、有源滤波器中应用的越来越广泛，PWM控制技术作为这些系统的核心技术得到人们的高度重视，并且得到越来越深入的研究。目前已经提出并得到实际应用的PWM控制方案有十几种，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程，而且新的控制方案还在不断地提出。2.2.2 SPWM控制技术脉冲的宽度按正弦规律变化和

29、正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。在各种PWM控制技术中，正弦PWM技术是应用最广而且是比较成熟的一种变频调速方案，这种控制方法可以使电机的调速工作在近似正弦的变电压下同时有效的抑制低次谐波，其转矩脉动小，大大扩展了交流电机的调速范围。SPWM技术不仅包括正弦电压，还包括磁通正弦PWM，电流正弦PWM。电压正弦PWM技术可以使用模拟电路、数字电路或集成电路芯片来实现。数字化PWM的方法，常用的有自然采样法和规则采样法等。磁通SPWM，即空间电压矢量SVPWM法与电压SPWM不同，它是从电机的角度作为出发，强调怎样使电机获得幅值恒定的圆形磁场。在交流电机的控制、有源滤波和逆变器等电路中电

30、流SPWM技术的使用较为广泛。现在，实现这种PWM逆变器的方法有很多，分为PI控制，滞环控制及无差拍控制等几种，都有控制简单、动态响应快和电压利用率高的特点。2.2.3 SPWM技术原理在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。上述原理可以称之为面积等效原理，它是SPWM控制技术的重要理论基础。SPWM技术的控制方法主要分为计算法和调制法，因为计算法十分繁琐，在实际应用中基本都使用调制法，下面来进一步说明。(1) 面积等效法如图2-4所示，这种方法从平均能量等效概念出发,将正弦波沿着时间轴分为若干等份,而每一等份所包含的正弦波面积都用一个

31、与此面积相等的矩形脉冲来代替,根据这种等效的关系来确定开关器件的通断状态。图2-4 SPWM面积等效法(2) 三角波调制法VmSPWM技术是提高逆变器电压输出质量的一种常用方法，如图2-5为一个正弦波与高频的三角波波形进行比较，正弦波是逆变器输出的期望波形,以正弦波为调制波信号,以频率比期望波高很多的三角波作为载波,当调制波和载波相交时,由他们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻,从而得到相应的矩形波来控制开关器件，目前很多控制方法的基础都还是SPWM原理,只是改进以及优化了它的补偿算法,如PID控制、重复控制、神经网络控制。它们主要通过补偿算法,改变正弦调制波信号,让调制波加入需要抵消的谐波或

32、是快速跟踪标准正弦信号,从而减小输出阻抗,提高输出波形的质量。图2-5 SPWM三角波调制法2.3 小结通过上一章的介绍可以知道EPS的发展由来，基本作用，还有和其他产品相比较而言的优势。本章介绍了方案设计的基本主体电路，使用了结构框图、流程图、电路图等从整体描述了EPS系统的工作原理，通过流程图了解到了EPS应急电源的工作过程和大致的控制方式。还分析了PWM控制技术的原理，发展以及SPWM控制技术的控制方法。在下一章中将详细分析EPS系统各部分的设计。第3章 EPS系统主体设计3.1单相不可控整流电路3.1.1 控制原理在市电供应正常时，市电要给EPS蓄电池提供电能，设计要求给出220VAC

33、输入输出，所以要经过一系列变换将市电变换为可以供蓄电池充电的电源，首先要经过一个整流电路将220V的交流电变为直流。我选定了单相桥式不可控整流电路，电路的控制简单，且输出很稳定，下面来分析该电路的工作原理。图3-1 电容滤波的单相桥式不可控整流电路如图3-1是单相桥式不可控整流电路，该电路的基本工作过程是，在U正半周期过零点至wt=0期间，因UUc时，给VD1和VD4导通信号，给VD2和VD3关断信号，这时若i00，则VD1和VD4导通，若i00，则VD2和VD3导通，不管哪种情况都是输出电压U=Ed。当Ur0，则VD2和VD3导通，若i00，则VD1和VD4导通，不管哪种情况，输出的电压都为

34、U=-Ed。3.3.1.2 逆变器控制策略分析SPWM控制技术比较常见的有两类：基于周期反馈的控制和瞬时反馈控制。基于周期反馈控制主要的类型有：电压有效值控制，重复控制，谐波补偿控制；瞬时反馈控制主要的类型有：单一电压瞬时值反馈控制，带电流内环的电压瞬时值反馈控制，状态反馈控制，误差拍控制，模糊控制和神经网络控制。根据设计要求和对系统功能的分析，本设计的EPS使用带电流内环的电压瞬时值反馈控制。单闭环系统只检测输出端的电压，只有在负载端受到扰动的影响后系统才能做出相应的调整以应对误差信号。使用双闭环设计，在系统中设置两个调节器，分别为电压调节器和电流调节器，分别引入电压负反馈和电流负反馈，将两

35、者进行串级连接，把电压调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制SPWM逆变器上开环器件的导通，这样电流环作为内环，电压环作为外环，电流环还可以将输出的滤波电路电流变换为可控的电流源，提高了系统的稳定性。为了获得良好的静、动态性能，电压电流调节器都使用PI调节器 3.3.2 双闭环系统的传递函数图3-14 SPWM调制示意图如图3-14所示，Vr为三角载波峰值，Vm为参考正弦信号，如图3-13 SPWM逆变器的拓扑电路，设输入端为直流电压源Vg，电感和电容的滤波电路传递函数可以表示为： (3-27)双极性SPWM调制时Vi可以表示为： (3-28)式中S为开关函数，当VD1导

36、通时S=1，当VD2导通时S=0，由于开关函数S的存在式3-28中的Vi不连续，由式3-28求开关周期平均值得 (3-29)S开关周期平均值为，式中D(t)为占空比，由式3-28得 (3-30)将式3-30带入式3-29得 (3-31)可以得出从调制器输入至逆变桥输出的传递函数为： (3-32)由电压电流双闭环控制可知，电压反馈值与正弦波参考信号比较产生误差，误差信号经过PI调节器后产生电流控制基准信号，再由电流反馈值与基准电流信号比较产生误差信号，再进过一个PI调节器，与三角载波比较产生用于控制开关器件的SPWM脉冲信号。KIKU+ +- -图3-15 逆变器双闭环控制框图如图3-15所示，

37、KU为电压PI调节器，设其传递函数为，KI为电流PI调节器，设其传递函数为，、分别为电流、电压反馈系数，可得电流内环的开环传递函数为： (3-33)电流内环闭环传递函数为： (3-34)系统的开环传递函数为： (3-35)系统的闭环传递函数为： (3-36)3.3.3 逆变器的参数设计3.3.3.1 LC滤波器的参数设计LC滤波器的设计要考虑到开关器件的开关频率，最大允许输出的纹波电压、电流。参考本章第二节中的介绍，逆变器中开关器件（IGBT）的开关频率定为fs=20kHz。由LC滤波器可知 (3-37)滤波器中电感L可由式3-38求得 (3-38)将最大纹波电流Im控制在负载电流峰值的20%

38、以下根据实际的仿真结果，电感值取L=1.7mH。若将纹波电流近似看作正弦波，在滤波过程中由电容吸收，可以得到输出纹波电压最大值Um为 (3-39)令输出的纹波电压控制在1%以下，可得根据实际的仿真结果，电容值取C=20F。3.3.3.2 双闭环的参数设计由电流内环的传递函数式3-33可知电流内环为三阶系统，可得系统开环的零、极点分别为： (3-40) (3-41) (3-42) 由于极点S1与零点很接近，对系统的影响不大，所以系统可以近似为二阶系统，其性能将有主导极点S2、S3决定，式中L=1.7mH，C=20F，设负载电阻为R=30，输入电压Vg=245V，输出电压V0=220V，经过计算和

39、实际仿真实验，电流内环的PI调节器参数最后取Kp=1.5，Ki=30。由双闭环系统的传递函数式3-35可知双闭环系统为三阶系统，系统的开环零、极点分别为： (3-43) (3-44) (3-45)与上一个开环相似，由于极点S1与零点很接近，对系统的影响不大，所以系统可以近似为二阶系统，其性能将有主导极点S2、S3决定，经过计算和实际仿真实验，电压外环的PI调节器参数最后取Kp=0.2，Ki=200。3.4 小结本章主要将EPS的主体结构分为了不可控整流电路、双向DC/DC变换电路和单相SPWM逆变电路三部分分别介绍，详细的对三个模块进行了原理分析，描述了各电路的工作方式，并假设了一些实际使用时

40、的数据，结合参考文献和仿真情况进行了参数设计。在介绍双向DC/DC变换器时还选则了免维护铅酸蓄电池，并对蓄电池的使用如充放电等情况进行了分析。根据第二章的介绍，上述三个部分组成了EPS应急电源的基本结构，在第四章中将详细介绍对EPS系统的控制，分部及整体系统的模拟工作情况，以及一些动态模拟时系统的反应情况。第4章 系统仿真4.1 系统分部仿真结果在仿真时，开始先将系统分为了全桥不可控整流电路、双向DC/DC变换电路和单相SPWM逆变电路三个部分分别仿真，使用稳定的电源或电阻等模拟其他模块的输入输出，先保证系统的每个模块都能正常运行。待几个模块调试正确，都能够满足系统要求正常运行后，再将三个电路两两组合起来，最后用三个部分加上模拟控制电路建立EPS系统电路进行仿真和调试。直接设计整体电路时，由于各模块的相互干扰都会影响到仿真结果，而在计算值在仿真时往往有一定偏差的情况下，很难找到适合的参数，仿真波形不对时也不能及时找到需要修改的模块。使用分部仿真就很好的避免了这些问题，也相对减少了无用功。4.1.1 单