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基于DSP的高频应急电源研究

作　者: 唐德炜
导　师: 胡天友
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: EPS 高频逆变数字控制蓄电池
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 184次
引　用: 3次
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内容摘要

应急电源,英文全称为Emergency Power Supply,通常简称为EPS。随着社会发展和科学技术的进步,EPS应急电源也得到了很好的发展,例如低成本、高效率、低噪音、小体积等。根据应用要求及工作特性可知,EPS主要用于应急照明和应急动力等场合,在市电出现故障时,为负载提供应急电力供应,与UPS、柴油机供电等后备电源相比,具有其成本低廉、维护简单、系统转换效率高等优点。传统EPS应急电源采用模拟电路工频逆变方式实现,硬件电路复杂,成本高,系统噪音大,效率低、功能单一等缺点。本文在充分分析传统EPS应急电源优缺点的基础之上,并结合现代电力电子技术、计算机信息控制技术、现代控制理论的发展,采用了先进的全数字DSP控制技术,单极性移相控制高频链逆变技术,数字PI控制技术,高频大功率DC-DC充电控制技术,蓄电池智能管理技术等技术来实现本文的设计目标,由于这些先进技术的应用,使得实验样机具有体积小,功率密度大,可靠性高,成本低,易于智能化控制等优点,顺应了未来EPS应急电源发展的方向,具有很好的实用价值。第一,论文对应急电源系统进行总体分析,并与传统UPS不间断电源、柴油发电机进行了系统的比较,并分析了应急电源的研究、应用现状和未来发展趋势。第二,文章对逆变实现过程的原理策略进行了详细分析,重点研究了单极性双向电压源双向移相控制高频逆变技术、高频DC-DC充电技术,智能充电技术等问题,并进行了相关部分仿真验证控制策略的正确性、可行性。第三,文章对常见数字控制方法原理进行了详细的介绍。根据国家规范及样机功能需求,对数字EPS系统进行了总体设计,最终采用先进高频逆变技术、高频大功率充电技术、功率双向流动、全数字DSP控制技术、多闭环数字PI控制技术来实现,以及对功率硬件电路关键部分参数的设计。第四,对系统DSP控制程序、充电逆变算法和单片机显示程序进行了分块设计,制作出了一台3KVA的实验样机,并进行了相关的测试实验。测试结果表明,完全达到了预期设计效果,设计合理。最后对本文所做工作进行了总结,以及对下一步工作的展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-21
  1.1 EPS 应急电源简介  10-11
  1.2 EPS 特点及优缺点  11-14
    1.2.1 EPS 应急电源特点  11-12
    1.2.2 与柴油发电机和UPS 的优缺点比较  12-14
  1.3 EPS 应急电源研究现状及发展趋势  14-19
    1.3.1 EPS 应急电源的研究现状  14
    1.3.2 EPS 应急电源的发展趋势  14-19
  1.4 研究意义、工作内容和文章结构  19-20
    1.4.1 研究意义  19
    1.4.2 研究内容  19-20
    1.4.3 文章结构  20
  1.5 本章小结  20-21
第二章 EPS 应急电源逆变策略研究  21-36
  2.1 脉冲宽度调制技术  21-23
  2.2 电压源移相控制高频逆变器电路原理  23-33
    2.2.1 移相高频电路结构与拓扑分类  23-24
    2.2.2 单极性移相高频电路控制策略和原理  24-29
    2.2.3 高频逆变环节电压波形分析研究  29-32
    2.2.4 周波变换器电压波形分析研究  32-33
  2.3 双向电压源移相控制高频逆变器电路MATLAB 仿真  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章蓄电池组充电控制策略研究  36-43
  3.1 蓄电池充电特性、方法以及充电方式选择  36-40
    3.1.1 蓄电池的充电特性  36
    3.1.2 蓄电池的充电方法  36-39
    3.1.3 本系统充电方式研究  39-40
  3.2 高频DC-DC 充电电路的工作原理  40-42
  3.3 本章小结  42-43
第四章全数字化EPS 控制技术与总体设计  43-54
  4.1 数字EPS 系统的逆变控制技术  43-47
    4.1.1 数字PID 控制  43-44
    4.1.2 数字无差拍控制  44-45
    4.1.3 数字重复控制  45-46
    4.1.4 数字模糊控制  46-47
  4.2 数字化EPS 应急电源总体设计  47-53
    4.2.1 应急电源功能分析  47-49
    4.2.2 应急电源系统的总体设计  49-52
    4.2.3 应急电源系统的技术指标  52-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章应急电源系统的软、硬件实现  54-67
  5.1 系统软件结构  54-55
  5.2 系统软件实现  55-62
    5.2.1 TM5320LF2407A 芯片介绍及资源分配  55-56
    5.2.2 控制软件总体设计思想  56
    5.2.3 初始化程序  56
    5.2.4 主循环程序  56-57
    5.2.5 双向电压源移相控制高频逆变器数字化实现  57-61
    5.2.6 充电管理程序  61-62
    5.2.7 SCI 通讯程序设计  62
  5.3 键盘监控系统  62
  5.4 功率硬件电路关键参数和保护设计  62-66
    5.4.1 IGBT 的选择  62-64
    5.4.2 输出滤波器参数设计  64
    5.4.3 系统逆变保护设计(硬件和软件保护)  64-66
  5.5 本章小结  66-67
第六章实验结果与总结  67-73
  6.1 样机逆变试验测试  67-70
  6.2 样机充电试验测试  70-71
  6.3 样机总结与展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录一：部分模块初始化程序  77-79
附录二：样机实物照片  79-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

基于DSP的高频应急电源研究

内容摘要

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