UPS系統(tǒng)功率因數校正電路的設計 趙強

湖北理工學院畢業(yè)設計（論文）⑥求4.有源功率因數校正電路的仿真分析4.1MATLAB簡介在本文中，Matlab6.5軟件平臺模擬。MathWorks公司的Matlab是美國的公司推出了矩陣計算科學計算軟件，它利用思想的開放開發(fā)，在數值計算，圖像處理，數據分析和工程設計仿真等方面極為廣泛，它內置了豐富的庫函數，具有很高的編程效率，靈活的程序設計，圖形等特點。已發(fā)展成為實力雄厚的大型軟件一個合適的多學科，多平臺的工作。MATLAB產品是一組數值計算，先進的圖形和可視化，高層次的編程語言和動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真于一體的開發(fā)環(huán)境。得到廣泛應用，包括信號處理和圖像處理，控制系統(tǒng)設計，動力系統(tǒng)設計，金融，醫(yī)藥等諸多領域。一個主要特點是Matlab工具箱進行許多具體的應用，包括一套完整的功能，為圖像信號處理，控制系統(tǒng)設計，電力系統(tǒng)的分析和設計。Matlab工具箱是一系列的專業(yè)圖書館，在解決特定領域的問題，工具箱是開放的，可擴展的，可根據特殊需要來開發(fā)自己的算法。Simulink中的Matlab用于提供動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真和支持連續(xù)的，離散的，并且線性和非線性系統(tǒng)的組合的分析軟件包。形成了一系列大規(guī)模的，覆蓋面很廣的工具箱，包括控制理論，電力系統(tǒng)，信號處理，大量現代工程技術學科。Simulink中為用戶提供了圖形化建模界面，它與傳統(tǒng)的仿真軟件建模與微分方程和差分方程，以更加直觀，方便，靈活的優(yōu)點相比。Matlab/Simulink的電力系統(tǒng)工具箱SPB包括所需的各種電路仿真模型組件，包括電源模塊，基本電路模塊，電力電子模塊，電機模塊，連接模塊，電源模塊檢測模塊和附加等七大模塊庫。每個模塊庫包含所有基本組件模型，如功率模塊的直流電壓源和電流源，交流電壓源，電流源，受控電壓源，電流源，如五大發(fā)電模式;電機模塊庫中包含各種電機型號，如異步電機，同步電機，水永磁同步電機，功率電子模塊庫中包含理想的開關器件，晶閘管，功率場效應管，GTO，以及其他功率開關元件的模型。只需將模塊組件Simulink的窗口，通過參數設置對話框來設置參數就可以實現模擬電力電子電路。本章使用Matlab/Simulink的電力系統(tǒng)工具箱模塊APFC電路的設計仿真。4.2APFC主電路的仿真4.2.1主電路的原理圖圖4-1為基本Boost型變換器的主電路。為了方便確定二極管與開關管的工作狀態(tài)，這里引入二進制的變量A，當開關為導通狀態(tài)時，A=1；當開關S截止時，A=0。這樣，變量A就能夠表示二極管和開關管的狀態(tài)，取值{0，1}。SSLVDVDLCR+-++-圖4-1基本Boost型變換器電路當開關管S導通時，A=1，則，即（4-1），即（4-2）當開關管S截至時，A=0，則有，即（4-3），即（4-4）將方程（4-1）~（4-4）聯(lián)立，運用二進制變量A，由邏輯代數運算規(guī)則，可得到一個開關周期內的狀態(tài)方程。（4-5）（4-6）即得Boost主變換電路的狀態(tài)方程：（4-7）（4-8）4.2.2主電路的Simulink模型根據式（4-7）、（4-8）運用MATLAB里的Simulink模塊，即可建立Boost變換電路的仿真模型，如圖4-2所示，這里輸入變量是、A、R，輸出是、。圖4-2Boost主電路的Simulink模型4.2.3主電路的仿真結果圖4-3D=0.5時的控制波形圖4-4電感電流波形圖4-5電容兩端電壓啟動波形圖4-6電容兩端電壓穩(wěn)態(tài)波形仿真參數：電容C=0.96mF，電感取L=0.5mH，電阻R=100。電壓=200V，在導通比D=0.5時，電感電流和電容電壓產生的波形如圖4-4、4-5、4-6所示。這里不難看到，在導通比為D=0.5時，電壓的輸入與輸出的關系式正好符合Boost電路的輸出和輸入之間的關系式。紋波正好是小于0.5的，這就已經超過了一般的電子設備對電源的要求，不完美的是其響應的時間有些久。電感的電流波形正好是標準的鋸齒波。4.3Boost型APFC電路的仿真4.3.1APFC電路仿真模型圖4-7Boost型APFC的仿真模型圖4-8UniversalBridge子系統(tǒng)圖圖4-9Subsystem子系統(tǒng)圖4.3.2APFC電路仿真結果分析根據前面分析與計算電流調節(jié)器的參數選定為，，，。電壓調節(jié)器的參數選定為，。仿真所用的電路參數為：電感L=0.5mH，輸出電容C=0.96mF，開關頻率，電網頻率，。對功率因數校正前后的系統(tǒng)進行仿真。圖4-10未加APFC電路時輸入電壓、電流波形圖4-11加入APFC后輸入電壓、電流波形圖4-10為沒有經過APFC的輸入電流與輸入電壓所產生的波形，十分明顯的看到出，圖中的輸入電流所產生的波形發(fā)生了嚴重的畸變，電流發(fā)生畸變會導致電網阻抗的同時反向影響正常的電網電壓，這就會造成總的諧波畸變變得更大更明顯。這里就可以得出，相比系統(tǒng)在加有APFC電路的情況下，其電流產生的正弦波波形是嚴格的電流波形。圖4-12加APFC整流后輸入電壓、電流波形圖4-13未加APFC時輸入功率因數波形圖4-14加APFC后的輸入功率因數波形圖4-15未加APFC時的輸入電流的總諧波畸變圖4-16加APFC后的輸入電流總諧波畸變圖4-17加APFC后的輸出電壓波形將圖4-13與圖4-14進行比較，可以明顯看到功率因數校正前與校正后的平均值約由0.789提高到0.998左右。將圖4-15與圖4-16相比較，總的畸變率由0.76左右降到了近似為零。從圖4-17看出輸出直流平均電壓為400V左右，輸出電壓相對較穩(wěn)定，實現400V直流輸出的要求，這就達到了比較滿意的效果。參考文獻[1]周志敏、周紀海.UPS實用技術[M].北京：人民郵電出版社，2003[2]侯振義、王義明.UPS電路分析與維修[M].北京：科學出版社，2001[3]張乃國.UPS供電系統(tǒng)應用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[4]曲學基.穩(wěn)定電源實用電路選編[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[5]王兆安、黃俊編.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004[6]啟發(fā).UC3854的工作原理幾運用[J].通信電源技術，2001（2）[7]路秋生.采用UC3854的有源功率因數校正電路工作原理與應用[J].北京信息職業(yè)技術學院學報，2002（6）26--29[8]李勇、張代潤、白平、陳洲、唐建華.SG3525的功能特點及軟起動功能[J].四川大學學報，2004（4）14--16[9]王其英.關注在線式UPS發(fā)展[J].PCPOWERCHINA，2000（9）4--5[10]張彥琴.鉛酸蓄電池技術的發(fā)展[J].汽車電器，2004（10）23--24[11]陳堅.電力電子學—電力電子變換和控制技術[M].北京：高等教育出版社，2002，1.p1-20.[12]李愛文，張承慧.現代逆變技術及其應用[M].北京：科學出版社，2000年.p7-45.[13]劉勝利.現代高頻開關電源實用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.[14]何希才，張明莉.新型穩(wěn)壓電源及應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004年1月.p187-204.[15]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.p1-15.[16]陳文實，許立民.UPS電源現狀及發(fā)展方向[J].遼寧工學院學報2002第4期.[17]張靈.第二代綠色UPS技術――Delta變換技術[J].電信技術，1999年第7期.[18]錢希森.小型UPS原理及應用[M].北京：科學出版社，2000.[19]中興通訊.從UPS電路拓撲看在線式UPS的性能優(yōu)勢[J].電子質量，2003年第4期.[20]黃丹.常見幾種UPS性能比較[J].UPS應用，2004年第11期.[21]楊碧石.UPS電源新技術及應用[J].現代電子技術，2002年第2期總第133期.[22]李成章.智能化UPS供電系統(tǒng)原理與維修[M].電子工業(yè)出版社，1999.[23]王其英，何春華.UPS不間斷電源剖析與應用[M].科學出版社，1996.[24]HuangSC,HuangYM,ShiehSM.Vibrationandstabilityofarotatingshaftcontainingatransersecrack[J].JSoundandVibration,1993,162(3):387-401[25]OkazoeH,ShimizuK,WatanabeY.etal.Develop-mentofaFull-FlowBurnerRegenerationTypeDieselParticu-lateFilterUsingSiCHoneycomb[C].SocietyofAutomotiveEngineersInternationalCongressandExposition.Michigan:SAEPaper960130.1996,:27-35.致謝本論文