发布时间：2024-10-23 12:20:23 人气：
做酒店很多年，一直不明白，酒店卫生间为什么要不间断电源？
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服务行业大多数都是这样的
ups不间断电源为什么要放电UPS系统是由UPS主机的蓄电池两大类组成，UPS正常工作时是对蓄电池组进行充电的，待把蓄电池充满电，会处于浮充状态，如果长期没有停电，蓄电池的电是只进不出，能把蓄电池充鼓包的，影响蓄电池的使用寿命，定期合理的进行UPS电池的放电，能活法蓄电池的效能从而延长使用寿命
酒店房间内哪些是不间断电源通常房间内有不间断电源，有字标明的，可用于手机充电、电脑下载等。
如找不到不间断电源，可用类似磁卡钥匙（如较厚的名片等）的卡片代替磁卡钥匙，插在取电口取电，这样，外出时房间与卫生间的电源就不间断了。
有些房间在不插卡的情况下仍然有电，适合客人给手机或者相机充电等情况，或者应急用。但是如果整个楼层都停电后插座上不会有电，这跟消防应急灯不一样。
不间断电源UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“Uninterruptible Power Supply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使使用者能够紧急存档，使您不致因停电而影响工作或丢失资料。它在计算机系统和网路应用中，主要起到两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。
三相不间断电源的新进展
[日期：2006-11-13] 来源：电源技术应用 作者：浙江大学 王林兵 何湘宁 [字型：大 中 小]
摘 要：对三相不间断电源系统的各模组电路拓扑、整机电路结构以及各种流行控制策略做了一个概括性评析，指出了不间断电源设计和应用中存在的问题及当前研究的新热点，最后对UPS的发展动向做出了预言
关键词：三相不间断电源；逆变器并联；数字控制
O 引言
在今后相当长的一段时间内，我国市电电网供电不足，电压波动大，干扰严重的局面仍将存在。而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电装置对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。因此，不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点。为了不断提高UPS的效能，科研人员对UPS系统做了大量的研究，提出了很多的电路拓扑与控制策略。
1 UPS的电路拓扑
UPS的可靠执行离不开各模组的协调工作，下面就UPS主要功能模组电路拓扑进行简要分析。
1．1 整流和功率因数校正电路
整流电路在应用中构成直流电源装置，是公共电网与电力电子装置的介面电路，其效能将影响公共电网的执行和用电质量。高效能的UPS要求有较高的输入功率因数，并尽量减少输入电流的谐波分量。传统单相UPS多采用模拟方法，三相UPS多采用相控式整流电路和电压型单管整流电路。
1．1．1 传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路
相控式整流电路采用半控式功率器件作为开关，存在着以下问题：
1)网侧谐波电流的存在将降低装置网侧功率因数，增加无功功率；
2)相控整流换流方式，导致换流期中电网电压畸变，不仅使自身电路效能受到影响，而且对电网产生干扰，对同一接地点的网间其他装置带来不良影响；
3)相控整流环节是一个时滞环节，无法实现输出电压的快速调节。
电压型单管整流电路是三相不控整流桥加Boost电路的简称，它的缺点是：电流峰值大，不仅妨碍系统功率的提高，也增加了导通损耗和开关损耗；为了保持网侧功率因数的提高，Boost电路必须有一定的升压比，这对三相电路会导致直流输出电压过高。
1．1．2 电流型三相桥式整流电路
电流型三相桥式整流电路如图1所示，其优点是反馈控制简单，不需要在控制电路中加入电流反馈，只须调节各开关管的占空比就可以实现输入电流正弦化；直流侧的电压较低。缺点是输入电流正弦度不是很好，在输入侧必须加入并联电容，实现移相。这种电路现在开始成为研究的热点之一。这种电路适用于大功率整流电路且对功率因数要求不高的场合。
1．1．3 电压型三相桥式整流电路
电压型三相桥式整流电路如图2所示，其特点是采用高频PWM整流技术，器件处于高频开关状态，由于器件的开通和关断状态可以控制，所以整流器的电流波形是可控制的。这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零；能量可以双向流动，正常时能量从交流侧向直流侧流动，直流输出电压高于给定值时，能量从直流侧向交流侧流动，具有较高的转换效率。缺点是属于Boost型整流电路，直流侧电压要求较高。这种电路也是近年来研究的一个热点。
1．2 蓄电池组和充放电电路
蓄电池组是UPS的储能单元，市电正常时它吸收来自市电的能量并以化学能的形式储存起来，一旦市电中断，它把储存的化学能转换为电能向逆变器供电，维持负载供电的连续性。在中小功率的UPS系统中，电池组的电压通常比较低，因此，通常使用能量能够双向流动的充放电电路[4]。大功率系统中为了提高效率，简化电路通常直接把电池组并接在直流母线上。
1．3 逆变电路
逆变器是UPS的核心，它把直流电能转换成使用者所需的稳压稳频的交流电能。下面仍以三相逆变器为物件分析近年来逆变器的研究热点。
1．3．1 三相半桥式逆变电路
在三相逆变电路中以三相半桥桥式电路应用最为普遍，这种电路的特点是采用全控型器件组成逆变器，存在着功率密度高，效能好，小型轻量化等优点。这种电路便于使用新的控制策略以提高逆变器的质量。但是，要实现带100％的独立负载是比较困难的。
1．3．2 H桥逆变器
对于超大容量的逆变器，由于功率等级的大幅度提高，对逆变器的结构提出了新的要求，H桥臂逆变器便是选择之一。这种逆变器输出变压器采用多绕组接法，输出变压器的原边采用3个独立的绕组，逆变器输出采用3个独立的H桥。这样控制方便，但是成本较高。
1．3．3 三相四桥臂变换技术
由于三相电路中，三桥臂逆变器本身存在着固有的缺陷，人们开始寻求新的电路结构，于是出现了三相四桥臂逆变器，如图3所示。这种电路结构输出为三相四线制，三相电压可以独立控制，控制方法灵活，但是这种拓扑的演算法比较复杂，PWM向量在三维空间中旋转，必须采用数字控制方法才能实现空间PWM波形的生成，这种电路成为了近年来研究的热点之一。
1.4 三相UPS整机电路
1.4．1 传统三相UPS电路结构
传统的三相UPS结构，输入采用闸流体整流，输出采用逆变器，电池直接挂接于直流母线，整流器同时作为充电器。输出采用变压器隔离，可以实现输入输出完全隔离，确保电网的扰动不会对负载造成干扰。市电断电时，电池通过逆变器输出稳定的交流电；在逆变器出现故障时，通过旁路输出电压，保证了供电的可靠性。这种结构的主要缺点是体积和重量都比较大。
1．4．2高频链式三相UPS
为了降低成本，减小UPS的体积和重量，出现了高频链式三相UPS，如图4所示。这种电路省去了庞大的工频变压器，输入采用高频整流，可以获得较高的输入功率因数和较低的输入谐波电流。其缺点是输入输出没有变压器隔离，电网的扰动可能会给UPS的输出造成扰动；输出三相电压靠电池和电容中点形成中线，所以在控制中必须保持正负直流电压幅值的相等，否则输出中线会有较大的直流成分，对负载和负载中的变压器不利；输入采用三相四线制，中线有电流流过，可能会造成中线电位偏移，对负载造成干扰；输入输出不隔离，并联时的环流问题较难解决。
1．4．3 新的线上互动式UPS
由于以上两种UPS都要经过两次满功率变换，因此系统的效率较低，从提高系统效率的角度出发，出现了一种串并联补偿式的大容量结构，是一种新的线上互动式结构，如图5所示。这种拓扑输入输出同样没有变压器隔离，所以会有高频链式UPS的缺点。这种UPS的输出频率必须保持与电网一致，而且对电网的扰动的抑制能力不强，因而供电质量比传统的三相UPS差。它的特点是从输入到输出间的能量不是经过满功率的变换，同样是由两个高频变换器组成，但是变换器1最大只承受20％的功率，从成本上讲，这种结构的成本更低。在控制方法上，变换器1是一个电压补偿器，用于补偿电网电压的畸变；变换器2是一个电流补偿器，用于补偿负载的谐波电流，并且在市电断电时作为满功率电压型逆变器向负载供电。
1．4.4 输入输出隔离的高频链UPS
由于传统工频UPS的输入输出带有隔离变压器，输出有很好的隔离特性，高频链式的UPS有很好的输入特性，因此，出现了这种带有输入输出隔离的高频链式的UPS如图6所示。由于高频整流的缺点，在输入侧必须接一个自耦变压器降压，增加了整机的重量和成本；另外，由于输入采用了高频变换器，整机的效率比高频链式和传统式UPS的效率都低。但是，由于输入功率因数是1，没有谐波电流，所以所消耗的总电能低于传统三相UPS。
1．4．5输入输出并联的UPS
这种电路中，输入端由多个整流器并联而成，给直流母线供电，同时直流母线给多个逆变器提供直流电压，多个逆变器的输出端直接连线同时给负载供电。这种方式可以增强UPS的容量，增加系统的可靠性，成本下降，可维护性增强，但是，并联模组越多，各模组间的均流问题越难解决。
2 不间断电源的控制技术
随着控制理论和功能丰富，效能优良的各种微控制器的迅猛发展，出现了多种离散化控制方法。从控制反馈回路的数目可分为单环、双环、多环控制。在硬体允许的条件下尽可能地提高反馈回路数目，可以提高控制效果。从控制原理上看包括数字PID控制、状态反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网路控制、空间向量控制等方法。
数字PID控制控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；演算法简单明了，便于用微控制器或DSP实现。但是存在两方面的局限性：一方面是系统的取样量化误差降低了演算法的控制精度；另一方面，取样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。
预测控制可以实现很小的输出电流畸变，抗噪音能力强，但是，这种演算法要求知道精确的负载模型和电路引数，因此鲁棒性差，而且由于数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。滞环控制具有快速的响应速度，较高的稳定性，但是滞环控制的开关频率不固定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。
无差拍控制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈讯号推算出下一个开关周期的PWM脉冲宽度，因此，从理论上可以使输出电压在相位和幅值上都非常接近参考电压，由负载变化或非线性负载引起的输出电压误差可在一个开关周期内得到校正。但是，无差拍控制是一种基于被控制物件精确数学模型的控制方法，鲁棒性很差。
滑摸控制是一种非线性控制，这种控制的特点是控制的非连续性。这种控制既可以用于线性系统也可用于非线性系统。这种控制方法具有很强的鲁棒性。缺点是要得到一个令人满意的滑模面是很困难的。
重复控制是一种基于内模原理的控制方法。逆变器采用重复控制的目的是为了消除因整流桥负载引起的输出电压波形周期性的畸变。重复控制器可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但是，由于重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差。
模糊控制属于智慧控制的范畴。模糊控制器的设计不需要被控物件的精确数学模型，因此具有很强的鲁棒性和自适应性。模糊控制类似于传统的PD控制，因而这种控制有很快的响应速度，但是其静态特性不令人满意。神经元网路控制是模拟人脑神经中枢系统智慧活动的一种控制方式。神经网路具有非线性对映能力、平行计算能力和较强的鲁棒性等优点，已广泛地应用于控制领域，尤其是非线性系统领域。目前在神经网路结构的设计、学习演算法等方面已取得了一定成果。但是，由于硬体系统的限制，目前神经网路控制还无法实现对逆变器输出电压波形进行线上控制，多数应用都是采用离线学习获得优化的控制规律，然后利用得到的规律实现线上控制。
谐波注入式PWM技术，直流母线电压的利用率基本上可以达到loo％。这种方法对于电压开环的控制系统非常有效，但在闭环控制系统中由于谐波注入的初始相位必须与基波保持一致，在电压瞬时值控制中电压基波的初始相位无法精确定位而难以应用。
空间向量PWM具有电流畸变小、直流母线电压利用率高以及易于数字化实现等优点，因此近年来得到了较多的应用。这种控制方式也需要电路的精确模型。
上述各种控制方案都有其优势，但是也有其不足。同时采用不同的控制方法形成复合控制的控制方案在实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。
3 不间断电源设计和应用中存在的问题
美国UPS厂商APC．公司，总结并归纳了UPS供电系统当前面临的、也是今后必须解决的5个方面的问题:
1)生命成本周期问题；
2)不间断电源系统的可适应性及可扩充套件性问题；
3)提高不间断电源的可用性问题；
4)不间断电源对供电系统的可管理性问题；
5)可服务性问题。
4 不间断电源的最新发展动向
不间断电源的发展动向是UPS的多机并联冗余化，采用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性；采用功能更丰富的硬体装置实现全数字控制，使各种先进的复杂控制演算法得以运用而不断提高UPS的效能，即向数字化和高频化发展；UPS的进一步智慧化和网路化，使计算机网路成为不间断网路。
4．1 UPS的多机并联技术实现冗余化
UPS的并联技术可以带来以下几个方面的好处：
1)可以灵活地扩大电源系统的容量；
2)可以组成并联冗余系统以提高执行的可靠性：
3)极高的系统可维修性，当单台电源出现故障时，可以很方便地通过热插拔的方式进行更换和维修。
采用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统，从目前掌握的资料来看，主要有以下几种冗余配置方案：
1)集中式并联控制；
2)主从式并联控制；
3)分散式并联控制；
4)环链式并联控制；
5)无线式并联控制。
这几种并联方式，从可靠性的角度看，集中式最差，无线式控制最好，也成为近年来的研究热点。
4．2 UPS的数字化、高频化
最初的UPS采用模拟控制方法有很多局限性。随着数字处理器计算速度的不断提高，使得各种先进的数字控制方法得以实现，使UPS的设计具有很大的灵活性，设计周期缩短，效能大为提高。UPS高频化，有效地减小了装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音讯噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。数字化控制方法成了当今交流电源领域的一个研究热点，一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透，互相结合形成复合控制方案。数字化复合控制是UPS控制的一个发展方向。
4．3 UPS的智慧化、网路化
为了适应计算机网路的发展，UPS中已经开始配置RS232介面、RS485介面、USB介面、SNMP卡和MODEM结合，成为计算机网路的一部分，具有以下优异的智慧化、网路化特性。
1)实时监控功能它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速取样，实现数字式监控。
2)自诊断、自保护功能 UPS将实时采集来的各项模拟参量和工作状态资料以及系统中的关键硬体装置的资料与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障资讯级别在控制面板的显示屏上以友好的图形介面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通电话等方式报警，并做出相应的保护动作。
3)人机对话的控制方式 大型UPS可向使用者提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和引数资讯。可以提供让使用者操作的视觉化选单。并以帮助和不断提示的方式引导使用者按照既定方式处理故障，有效防止误操作。
4)远端控制功能在网路化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的硬体装置提供保护，还应该对整个网路中的执行程式和资料以及资料的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网路。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软体、SNMP(简单网路管理协议)管理器，使其具有远端管理能力，使用者可执行UPS与网路平台之间的远端监控和资料的网路通讯操作，使UPS成为网路系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软体监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过网际网路，纳入网路管理系统来管理UPS。
由于未来网路的广泛化和全球化，必然带来网路的复杂化，多种形式的网路系统连线在一起。作为网路系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网路平台上的监控，而且随着Inter、Intra和电子商务的超高速发展，使用者对网路的可用性要求会越来越高，使UPS从对网路关键装置的保护延伸至对整个网路路径的保护
山特不间断电源为什么一直自己断电UPS接上市电却“一直”断电，可能情况是：
1.线上式UPS，逆变器有问题， 切市电输出，除非市电有问题，不会”一直“断电。
2.后备式UPS,市电有问题，切换到逆变器输出，除非逆变器有问题，不会”一直“断电。
断电出现，就是逆变器有问题，市电旁路也有问题（市电不好，或者旁路电路不良）。
如果你的叙述是对的，我猜想，这个UPS不是真品，保修困难吧。又或者，实在太老了。不值得修了，买新的吧。
酒店客房不间断电源停电后是否有电酒店客房的不间断电源仅仅是不受房卡的控制，与外电路直接相通。如果外电路停电，它也没有电。
ups不间断电源为什么要用电抗器UPS电源用电抗器的一般是大功率UPS，而且是用可控矽整流滤波的，可控矽的UPS会产生谐波，污染电网，所以要加电抗器滤波。
工频机才需要电抗器，主要作用是滤波，或者并机时为了减少环流每项串联个电抗器。
机房为什么配不间断电源1.机房装置主要由伺服器、电脑、监控、通讯等重要装置组成，资料的传输、接收、整合都在此进行，一旦忽然停电，重要资料来不及储存造成丢失。UPS 不间断电源就是起到停电了不间断供电的作用，让你有充足的时间来储存资料或发电。
2.忽然的停电、来电时的瞬间电压电流会很高，一些精密的装置经不起这种瞬间冲击会被烧毁，UPS具备稳压功能，它的存在就保护了这些装置在这种情况下的安全。
3.有些工作的过程不能停电，如手术、试验、科研、收费等，这些地方一定要用电源来保护。
PWM波如何产生并控制
控制方法
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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法.
等脉宽PWM法
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量.
随机PWM
在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路.
SPWM法
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.
等面积法
该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.
硬件调制法
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.
软件生成法
由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法.
自然采样法
以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.
规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样. 规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小. 以上两种方法均只适用于同步调制方式中.
低次谐波消去法
低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波. 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.
梯形波与三角波比较法
前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制. 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.
线电压控制PWM
前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦.因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法.
马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率.在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]. 除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线 电压.这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波.
单元脉宽调制法
因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和.现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了. 该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小.
电流控制PWM
电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变.其实现方案主要有以下3种.
滞环比较法
这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化.该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量.其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多.
三角波比较法
该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波.此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点.但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快.
预测电流控制法
预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差.该方法的优点是,若给调节器除误差外更多的信息,则可获得比较快速,准确的响应.目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性.
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通). 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引 入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.
矢量控制PWM
矢量控制也称磁场定向控制,其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia,Ib及Ic,通过三相/二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿对直流电动机的控制方法,实现对交流电动机的控制.其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制.通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制. 但是,由于转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果,这是矢量控制技术在实践上的不足.此外.它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制,在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器,这显然给许多应用场合带来不便.
直接转矩控制PWM
1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC).直接转矩控制与矢量控制不同,它不是通过控制电流,磁链等量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制,它也不需要解耦电机模型,而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值,然后,经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制,从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,能方便地实现无速度传感器化,有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度,并以新颖的控制思想,简洁明了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展. 但直接转矩控制也存在缺点,如逆变器开关频率的提高有限制.
非线性控制PWM
单周控制法[7]又称积分复位控制(Integration Reset Control,简称IRC),是一种新型非线性控制技术,其基本思想是控制开关占空比,在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例.该技术同时具有调制和控制的双重性,通过复位开关,积分器,触发电路,比较器达到跟踪指令信号的目的.单周控制器由控制器,比较器,积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触发器,其控制原理如图1所示.图中K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号. 单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态,瞬态误差,使前一周期的误差不会带到下一周期.虽然硬件电路较复杂,但其克服了传统的PWM控制方法的不足,适用于各种脉宽调制软开关逆变器,具有反应快,开关频率恒定,鲁棒性强等优点,此外,单周控制还能优化系统响应,减小畸变和抑制电源干扰,是一种很有前途的控制方法.
谐振软开关PWM
传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小,重量减轻,成本下降,性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已超过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能. 谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上,附加一个谐振网络,谐振网络一般由谐振电感,谐振电容和功率开关组成.开关转换时,谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程,谐振过程极短,基本不影响PWM技术的实现.从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术.但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用。
单相逆变器多环反馈控制
摘要：应用了一个多环反馈控制策略来调节不间断电源逆变器的输出。分析了这种控制策略的时域与频域特性。最后给出了仿真和实验波形，结果证明了这种控制方法对线性负载和整流桥负载都有很好的控制效果。
关键词：逆变器；多环反馈；数字控制
0 引言
过去对逆变器的研究侧重于采用新型高频开关功率器件，从而减小滤波器尺寸，优化输出滤波器设计以实现低输出阻抗等，这些措施能在一定程度上抑制输出波形失真并改善负载适应性，但是还不够理想。为了进一步提高逆变器的动态和静态特性，必须采用新的控制方法。采用重复控制技术，可以较好地抑制周期性干扰，但是，重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独采用重复控制的逆变器动态特性极差，基本上无法满足逆变器的指标要求。如果将双环控制和重复控制相结合形成复合控制方法,就可以达到较好的效果。但是，这种控制方法要占用较多的运算时间，提高了成本，使系统变得复杂。具有非线性补偿的滑模控制在逆变器的闭环控制中也得到了应用，尽管滑摸控制有着快速的动态响应，对系统参数和负载变化不敏感，但是建立一个令人满意的滑模面是很困难的。
电容电流采样的双环控制可以极大地提高系统的动态反应速度,如果把顺馈控制和逆馈控制相结合，组成复合控制系统，那么可以达到比较理想的控制效果。本文所采用的就是这种带有顺馈补偿的输出电压和滤波电容电流反馈的复合控制方案。
l 逆变器的控制模型
图1是全桥逆变器的主电路图，Vd是直流电压源，S1～S4是4个IGBT开关管，L和C是滤波电感和滤波电容，用于滤除逆变系统中的高次谐波。RL和RC是滤波电感和滤波电容的等效串联阻抗。z是负载，负载可以是纯阻性也可以是非线性等。图1所示的逆变器主电路由于开关器件的存在是个非线性系统。但是，当器件的开关频率远远大于逆变器输出电压的基波频率时，可以用状态空间平均和线性化技术来分析。按照图1所示，可以得到下面的逆变器模型的动态方程：
式中：iC，iL,iZ，分别是通过电感，电容，负载的电流。
式中:ic,iL,iz上面的动态方程显示了逆变器中各个量的相互关系。在上面建立方程的过程中，逆变器可以看作一个具有恒定增益的放大器。以上述的动态方程为基础，可以设计一个如图2所示的复合控制器。图2中各参数的定义如表1所列。
2 控制器模型的特性分析
在图2控制框图中，电压环作为逆馈瞬时控制外环，电流环作为逆馈瞬时控制内环。逆变器输出电压经过比例环节与参考电压比较，误差经过PI调节后作为电流控制内环的一部分基准，另一部分基准来自于参考电压的顺馈，这个复合基准与来自比例环节的电容电流比较后，再经过比例调节和放大环节就得到了逆变器开关管的输出电压。为了能够更清楚地分析上面的控制原理，现在采用下面的工程化分析方法，即
1)由于电压和电流逆馈环节的滤波常数很小，将其忽略；
2)滤波电感和滤波电容的等效串联阻抗对电路性能的影响较小，也将其忽略；
3)以线性电阻为负载对象分析。
取PI调节函数为可以对Uref实现误差为零的复现(证明略)。利用上面的分析，可以把图2化简为图3。
这样，得到逆变器的开环传递函数为：
其极点和零点为
通常则式(5)可以化简为
根据上面的函数表达式，作出的闭环根轨迹如图4所示。图4中虚线部分是电压瞬时值反馈控制的根轨迹，实线是本文所采用的复合控制的根轨迹图。图4(a)和图4(b)分别是轻载和满载的轨迹图。从图4中可以看出，本文所采用的控制方案由于在开环传递函数中引入的附加零点，使闭环系统的根轨迹远离虚轴，大大增加了系统的稳定性。而且!萼笋的值比较大，因此可以减少系统的调节时间，又不会造成系统较大的超调。
3 仿真与实验
图5～图8是用逆变器验证上面的控制方案的仿真结果。图中的切换都是选在正弦波的波峰处，这种情况代表了切换的最大电压崎变。图中所示波形的动态调整时间小于0．5ms，稳态整流桥负载THD为1％。图9和图10是系统的开环和闭系统的相位裕度大于60℃，为数字控制的滞后，死区效应，滤波器的滞后特性等留有足够的稳定裕量。而且调节时间很快，通带内增益稳定，且相移很小。
4 结语
分析了一个用于逆变器的复合控制技术，控制原理分析以及仿真和实验结果表明，这种控制方法稳定性好，稳态和动态性能优良，是一个值得推广应用的逆变器控制技术。
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