UPS系统功率因数校正电路的设计 赵强

湖北理工学院毕业设计（论文）⑥求4.有源功率因数校正电路的仿真分析4.1MATLAB简介在本文中，Matlab6.5软件平台模拟。MathWorks公司的Matlab是美国的公司推出了矩阵计算科学计算软件，它利用思想的开放开发，在数值计算，图像处理，数据分析和工程设计仿真等方面极为广泛，它内置了丰富的库函数，具有很高的编程效率，灵活的程序设计，图形等特点。已发展成为实力雄厚的大型软件一个合适的多学科，多平台的工作。MATLAB产品是一组数值计算，先进的图形和可视化，高层次的编程语言和动态系统建模和仿真于一体的开发环境。得到广泛应用，包括信号处理和图像处理，控制系统设计，动力系统设计，金融，医药等诸多领域。一个主要特点是Matlab工具箱进行许多具体的应用，包括一套完整的功能，为图像信号处理，控制系统设计，电力系统的分析和设计。Matlab工具箱是一系列的专业图书馆，在解决特定领域的问题，工具箱是开放的，可扩展的，可根据特殊需要来开发自己的算法。Simulink中的Matlab用于提供动态系统建模和仿真和支持连续的，离散的，并且线性和非线性系统的组合的分析软件包。形成了一系列大规模的，覆盖面很广的工具箱，包括控制理论，电力系统，信号处理，大量现代工程技术学科。Simulink中为用户提供了图形化建模界面，它与传统的仿真软件建模与微分方程和差分方程，以更加直观，方便，灵活的优点相比。Matlab/Simulink的电力系统工具箱SPB包括所需的各种电路仿真模型组件，包括电源模块，基本电路模块，电力电子模块，电机模块，连接模块，电源模块检测模块和附加等七大模块库。每个模块库包含所有基本组件模型，如功率模块的直流电压源和电流源，交流电压源，电流源，受控电压源，电流源，如五大发电模式;电机模块库中包含各种电机型号，如异步电机，同步电机，水永磁同步电机，功率电子模块库中包含理想的开关器件，晶闸管，功率场效应管，GTO，以及其他功率开关元件的模型。只需将模块组件Simulink的窗口，通过参数设置对话框来设置参数就可以实现模拟电力电子电路。本章使用Matlab/Simulink的电力系统工具箱模块APFC电路的设计仿真。4.2APFC主电路的仿真4.2.1主电路的原理图图4-1为基本Boost型变换器的主电路。为了方便确定二极管与开关管的工作状态，这里引入二进制的变量A，当开关为导通状态时，A=1；当开关S截止时，A=0。这样，变量A就能够表示二极管和开关管的状态，取值{0，1}。SSLVDVDLCR+-++-图4-1基本Boost型变换器电路当开关管S导通时，A=1，则，即（4-1），即（4-2）当开关管S截至时，A=0，则有，即（4-3），即（4-4）将方程（4-1）~（4-4）联立，运用二进制变量A，由逻辑代数运算规则，可得到一个开关周期内的状态方程。（4-5）（4-6）即得Boost主变换电路的状态方程：（4-7）（4-8）4.2.2主电路的Simulink模型根据式（4-7）、（4-8）运用MATLAB里的Simulink模块，即可建立Boost变换电路的仿真模型，如图4-2所示，这里输入变量是、A、R，输出是、。图4-2Boost主电路的Simulink模型4.2.3主电路的仿真结果图4-3D=0.5时的控制波形图4-4电感电流波形图4-5电容两端电压启动波形图4-6电容两端电压稳态波形仿真参数：电容C=0.96mF，电感取L=0.5mH，电阻R=100。电压=200V，在导通比D=0.5时，电感电流和电容电压产生的波形如图4-4、4-5、4-6所示。这里不难看到，在导通比为D=0.5时，电压的输入与输出的关系式正好符合Boost电路的输出和输入之间的关系式。纹波正好是小于0.5的，这就已经超过了一般的电子设备对电源的要求，不完美的是其响应的时间有些久。电感的电流波形正好是标准的锯齿波。4.3Boost型APFC电路的仿真4.3.1APFC电路仿真模型图4-7Boost型APFC的仿真模型图4-8UniversalBridge子系统图图4-9Subsystem子系统图4.3.2APFC电路仿真结果分析根据前面分析与计算电流调节器的参数选定为，，，。电压调节器的参数选定为，。仿真所用的电路参数为：电感L=0.5mH，输出电容C=0.96mF，开关频率，电网频率，。对功率因数校正前后的系统进行仿真。图4-10未加APFC电路时输入电压、电流波形图4-11加入APFC后输入电压、电流波形图4-10为没有经过APFC的输入电流与输入电压所产生的波形，十分明显的看到出，图中的输入电流所产生的波形发生了严重的畸变，电流发生畸变会导致电网阻抗的同时反向影响正常的电网电压，这就会造成总的谐波畸变变得更大更明显。这里就可以得出，相比系统在加有APFC电路的情况下，其电流产生的正弦波波形是严格的电流波形。图4-12加APFC整流后输入电压、电流波形图4-13未加APFC时输入功率因数波形图4-14加APFC后的输入功率因数波形图4-15未加APFC时的输入电流的总谐波畸变图4-16加APFC后的输入电流总谐波畸变图4-17加APFC后的输出电压波形将图4-13与图4-14进行比较，可以明显看到功率因数校正前与校正后的平均值约由0.789提高到0.998左右。将图4-15与图4-16相比较，总的畸变率由0.76左右降到了近似为零。从图4-17看出输出直流平均电压为400V左右，输出电压相对较稳定，实现400V直流输出的要求，这就达到了比较满意的效果。参考文献[1]周志敏、周纪海.UPS实用技术[M].北京：人民邮电出版社，2003[2]侯振义、王义明.UPS电路分析与维修[M].北京：科学出版社，2001[3]张乃国.UPS供电系统应用手册[M].北京：电子工业出版社，2003[4]曲学基.稳定电源实用电路选编[M].北京：电子工业出版社，2003[5]王兆安、黄俊编.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2004[6]启发.UC3854的工作原理几运用[J].通信电源技术，2001（2）[7]路秋生.采用UC3854的有源功率因数校正电路工作原理与应用[J].北京信息职业技术学院学报，2002（6）26--29[8]李勇、张代润、白平、陈洲、唐建华.SG3525的功能特点及软起动功能[J].四川大学学报，2004（4）14--16[9]王其英.关注在线式UPS发展[J].PCPOWERCHINA，2000（9）4--5[10]张彦琴.铅酸蓄电池技术的发展[J].汽车电器，2004（10）23--24[11]陈坚.电力电子学—电力电子变换和控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002，1.p1-20.[12]李爱文，张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京：科学出版社，2000年.p7-45.[13]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.[14]何希才，张明莉.新型稳压电源及应用实例[M].北京：电子工业出版社，2004年1月.p187-204.[15]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2000.p1-15.[16]陈文实，许立民.UPS电源现状及发展方向[J].辽宁工学院学报2002第4期.[17]张灵.第二代绿色UPS技术――Delta变换技术[J].电信技术，1999年第7期.[18]钱希森.小型UPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2000.[19]中兴通讯.从UPS电路拓扑看在线式UPS的性能优势[J].电子质量，2003年第4期.[20]黄丹.常见几种UPS性能比较[J].UPS应用，2004年第11期.[21]杨碧石.UPS电源新技术及应用[J].现代电子技术，2002年第2期总第133期.[22]李成章.智能化UPS供电系统原理与维修[M].电子工业出版社，1999.[23]王其英，何春华.UPS不间断电源剖析与应用[M].科学出版社，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.致谢本论文