采用spvwm技术的新型eps应急电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用SPVffM技术的新型EPS应急电源。
【背景技术】
[0002]SVPffM (空间矢量逆变技术)是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPffM技术与SPffM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
[0003]SVPffM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM波形。
[0004]EPS消防应急电源，具有一定的先进性和适用性，它可以实现微机监控和处理，对消防应急照明卷帘门、消防电梯、水泵、排烟风机等消防设施实现自动控制。此类产品多为高层建筑、机场、电信网络机房、医院、重要场馆等工程采用。具有以下特点:(1)电网有电时处于静态，无噪音，小于60dB，不需排烟、防震处理。(2)自动切换，可实现无人值守。电网与EPS电源相互切换时间为0.ls-0.25s。(3)带载能力强，EPS适合电感性、电容性及综合性负载的设备，如消防电梯、水泵、风机、应急照明等。(4)使用可靠，在重要场合可以采用双机热备方式，确保事故和火灾情况下供电可靠，主机寿命可达20年以上，电池5年-10年以上。(5)适应恶劣环境，可放置于地下室或配电室，可以紧应急负载使用场所就地设置，减少供电线路。(6)对于某些功率较大的用电设施，如:消防水泵、风机，EPS可直接与电机相联变频启动后，再进入正常运行状态。(7)应急备用时间，标准型为90min(有延时接口)。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是在EPS应急电源中采用空间矢量逆变技术和静态开关技术，由于EPS的负载多为风机，照明，电梯等电动设备，采用空间矢量逆变技术可以更好的控制EPS逆变输出的耐冲击性和可靠性，采用静态开关技术，确保EPS实现零切换，做到不间断供电，减小负载承受到的冲击，确保整个EPS系统安全可靠。
[0006]本发明的技术方案是:所述的应急电源包括DSP电路、逆变驱动电路、IGBT、变压器、可控硅、静态开关电路，，由DSP主芯片发出逆变驱动信号，通过逆变驱动电路驱动IGBT导通，IGBT输出正弦脉冲波形，正弦脉冲经变压器滤波输出交流正弦波，同时DSP主芯片发出静态开关驱动信号，通过静态开关电路驱动可控硅导通，使交流正弦波通过可控硅输出至负载供电。
[0007]所述的DSP电路包括TMS320F2812主芯片、TPS767D301电源芯片以及附属电路，TPS767D301芯片提供3.3V和1.8VDC电源供主芯片工作，主芯片采集信号，做出逻辑运算，发出驱动指令。
[0008]所述的逆变驱动电路包括TLP250光耦、LM311放大器和TLP559光耦，所述的TLP250光耦做隔离，利用LM311放大器和TLP559光耦做短路保护反馈电路，在后端负载短路时保护IGBT，用交流电容和变压器做逆变输出滤波。
[0009]所述的静态开关电路包括放大电路和反相器，分别驱动主路旁路和逆变，通过TIP102和TIP107做推挽输出，用1::1变压器做驱动信号隔离。并联阻容电路滤波，并通过大容量电容在直流母线滤波输出。
[0010]本发明采用空间矢量逆变技术和静态开关技术，由于EPS的负载多为风机，照明，电梯等电动设备，采用空间矢量逆变技术可以更好的控制EPS逆变输出的耐冲击性和可靠性，采用静态开关技术，确保EPS实现零切换，做到不间断供电，减小负载承受到的冲击，确保整个EPS系统安全可靠。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的结构原理图。
[0012]图2是DSP电路原理图。
[0013]图3是逆变驱动电路原理图。
[0014]图4是静态开关电路原理图。
【具体实施方式】
[0015]采用SPVffM技术的新型EPS应急电源，所述的应急电源包括DSP电路、逆变驱动电路、IGBT、变压器、可控硅、静态开关电路，由DSP主芯片发出逆变驱动信号，通过逆变驱动电路驱动IGBT导通，IGBT输出正弦脉冲波形，正弦脉冲经变压器滤波输出交流正弦波，同时DSP主芯片发出静态开关驱动信号，通过静态开关电路驱动可控硅导通，使交流正弦波通过可控硅输出至负载供电。
[0016]所述的DSP电路包括TMS320F2812主芯片、TPS767D301电源芯片以及附属电路，TPS767D301芯片提供3.3V和1.8VDC电源供主芯片工作，主芯片采集信号，做出逻辑运算，发出驱动指令。
[0017]所述的逆变驱动电路包括TLP250光耦、LM311放大器和TLP559光耦，所述的TLP250光耦做隔离，利用LM311放大器和TLP559光耦做短路保护反馈电路，在后端负载短路时保护IGBT，用交流电容和变压器做逆变输出滤波。
[0018]所述的静态开关电路包括放大电路和反相器，分别驱动主路旁路和逆变，通过TIP102和TIP107做推挽输出，用1::1变压器做驱动信号隔离。并联阻容电路滤波，并通过大容量电容在直流母线滤波输出。
[0019]本发明采用SVPffM逆变技术，首先通过DSP发出驱动信号，在一个周期内，逆变桥有八种开关状态，其中六种开关状态形成六个空间电压矢量，用I表示IGBT导通，用O表示IGBT关断，六种电压矢量在空间形成正六边形，从零度开始矢量的顺序依次为100、110、010、011、OO1、101，通过逆变驱动电路，依次驱动IGBT开通和关断，在同一时刻最多仅有两个IGBT导通，IGBT发热量小，更节能，在IGBT的输出端连接三相三角形转星形变压器，变压器星形输出端并联交流电容滤波，通过反馈电路反馈逆变电压的幅值和相位到DSP。
[0020]这里以三相相电压空间电压矢量来说明，相电压的参考点N取0.5Udc处。I,电压矢量电压本来是一个标量，因为它没有方向。要成为矢量，需给它们定义方向:这里我们定义一个在平面上互差120度的坐标系A、B、C (A超前B，B超前C)，指定其正方向分别为逆变器三相相电压矢量UAN、UBN、UCN的正方向。矢量的合成遵循平行四边形法则。三相逆变器的8种开关状态，对应8个合成相电压矢量。在一定的电路及一定的参考坐标系下，合成矢量的位置完全由开关状态决定。2，合成矢量的幅值合成矢量的幅值为Udc。例如当Sa，b，c=(l，0，O)，UAN=Udc/2, UBN= UCN =_Udc/2，很容易求得合成矢量的幅值为Udc，方向为A轴方向，即为V4。 3，关于系数当三相电压为对称的正弦电压:Ua=Um*cos (wt)Ub=Um*cos (wt-2pi/3) Uc= Um*cos (wt+2pi/3)在上述的三相参考坐标系下,其合成电压矢量，为逆时针方向旋转的电压矢量，旋转角速度为w，幅值为(3/2)Um。例如，Um=200V，则合成矢量的幅值为300V ;反之我们在SVPffM中，若要生成峰值为200V的正弦波，则给定矢量的幅值须为300V。有时为了方便，直接定义上述合成矢量的2/3为空间电压合成矢量，这样形式上合成矢量的幅值和交流电压的幅值相等，但本质上都一样。
[0021]在采用SVPffM逆变时,三相输出电压不平衡度小于1%’特别是负载运行安全性大幅增加。
[0022]同时，DSP通过静态开关电路驱动可控硅来控制EPS在旁路工作和逆变之间切换，当EPS正常工作时，EPS处于旁路供电状态，市电通过静态开关给负载直接供电，同时给蓄电池充电，当市电电压超出EPS范围时，EPS工作于逆变工作状态，通过DSP控制给出驱动信号开启逆变工作，送出逆变电压，通过反相的驱动信号关闭旁路静态开关的同时打开逆变静态开关，用电子控制静态开关来取代硬件开关，根据实测，切换时间大幅降低，低于4ms。可以大幅度降低负载在切换时所受到的冲击，增强EPS运行稳定性。
【主权项】
1.采用SPVffM技术的新型EPS应急电源，其特征在于:所述的应急电源包括DSP电路、逆变驱动电路、IGBT、变压器、可控硅、静态开关电路，由DSP主芯片发出逆变驱动信号，通过逆变驱动电路驱动IGBT导通，IGBT输出正弦脉冲波形，正弦脉冲经变压器滤波输出交流正弦波，同时DSP主芯片发出静态开关驱动信号，通过静态开关电路驱动可控硅导通，使交流正弦波通过可控硅输出至负载供电。2.根据权利要求1所述的采用SPVffM技术的新型EPS应急电源，其特征在于:所述的DSP电路包括TMS320F2812主芯片、TPS767D301电源芯片以及附属电路，TPS767D301芯片提供3.3V和1.8VDC电源供主芯片工作，主芯片采集信号，做出逻辑运算，发出驱动指令。3.根据权利要求1所述的采用SPVffM技术的新型EPS应急电源，其特征在于:所述的逆变驱动电路包括TLP250光耦、LM311放大器和TLP559光耦，所述的TLP250光耦做隔离，利用LM311放大器和TLP559光耦做短路保护反馈电路，在后端负载短路时保护IGBT，用交流电容和变压器做逆变输出滤波。4.根据权利要求1所述的采用SPVffM技术的新型EPS应急电源，其特征在于:所述的静态开关电路包括放大电路和反相器，分别驱动主路旁路和逆变，通过TIP102和TIP107做推挽输出，用1::1变压器做驱动信号隔离，并联阻容电路滤波，并通过大容量电容在直流母线滤波输出。
【专利摘要】本发明涉及一种采用SPVWM技术的新型EPS应急电源。所述的应急电源包括DSP电路、逆变驱动电路、IGBT、变压器、可控硅、静态开关电路，由DSP主芯片发出逆变驱动信号，通过逆变驱动电路驱动IGBT导通，IGBT输出正弦脉冲波形，正弦脉冲经变压器滤波输出交流正弦波，同时DSP主芯片发出静态开关驱动信号，通过静态开关电路驱动可控硅导通，使交流正弦波通过可控硅输出至负载供电。本发明采用空间矢量逆变技术和静态开关技术，由于EPS的负载多为风机，照明，电梯等电动设备，采用空间矢量逆变技术可以更好的控制EPS逆变输出的耐冲击性和可靠性，采用静态开关技术，确保EPS实现零切换，做到不间断供电，减小负载承受到的冲击，确保整个EPS系统安全可靠。
【IPC分类】H02M7/5387, H02J9/06
【公开号】CN105529817
【申请号】CN201410517641
【发明人】刘杰
【申请人】百纳德（扬州）电能系统有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年9月30日