1引言
為保證無環(huán)流切換,，不僅在控制上要保證市電旁路電壓和UPS逆變" title="逆變">逆變器輸出電壓同頻率同幅值,，而且還要保證兩電壓的瞬時(shí)值相同，即同相位,。數(shù)字鎖相" title="鎖相">鎖相環(huán),，即軟件鎖相的實(shí)現(xiàn)是全數(shù)字化UPS實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)之一。
2軟件鎖相分析
2．1坐標(biāo)系的的建立
為便于分析,，建立以下坐標(biāo)系：
橫軸為頻率差,，F(xiàn)_D=F_INV－F_LN，以周期差來表示,，即單周期內(nèi)定時(shí)器對逆變的計(jì)數(shù)值－對市電的計(jì)數(shù)值（這里每1個(gè)計(jì)數(shù)值的時(shí)間為50ns×16=0.8μs）,；
縱軸為相位差，P_D=P_LN_P_INV,，也用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值來表示,。如圖1所示。
2．2第1象限中狀況分析
由上述坐標(biāo)定義,，則第1象限所表示的狀態(tài)如圖2所示,。
即F_INV>F_LN,。
此時(shí)如果采用減小逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)，則F_D和P_D都會(huì)減小,，即在坐標(biāo)系上向原點(diǎn)靠近,。滿足F_D和P_D同時(shí)達(dá)到原點(diǎn)的條件為：
F_D＋(F_D－4)＋(F_D－8)＋(F_D－12)...
＋F_D－4(N－1)=P_D
N=F_D/4
注：減小逆變頻率F_INV時(shí)每周期增加的定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（步長）為4。
解方程得：
F_D（F_D＋4）/8=P_D（1）
式（1）在坐標(biāo)系上的曲線a如圖3所示,。則有以下結(jié)論（結(jié)論1）：
采用減小逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)時(shí)：
曲線a上所有點(diǎn)都會(huì)沿著此曲線使F_D和P_D同時(shí)到達(dá)零點(diǎn),；
曲線a上左邊（A1區(qū)域）所有點(diǎn)都會(huì)當(dāng)F_D到達(dá)零點(diǎn)而P_D>0，走向如曲線b1所示,；
圖1坐標(biāo)系
圖2第1象限的狀態(tài)
圖3第1象限的曲線
曲線a上右邊（A2區(qū)域）所有點(diǎn)都會(huì)當(dāng)P_D到達(dá)零點(diǎn)而F_D>0,。
此時(shí)如果采用增加逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)，則P_D會(huì)減小而F_D會(huì)增加,。其在坐標(biāo)系上的走向如圖3中曲線b2所示,。（結(jié)論2）
實(shí)際上，并不需要將F_D和P_D都調(diào)到零,，而是調(diào)到一個(gè)足夠小的目標(biāo)區(qū)域即可,。在這里采用先調(diào)頻后調(diào)相的方法，當(dāng)頻率差（F_D）大于15時(shí),，不管相差（P_D）如何,，直接減小逆變頻率F_INV（步長也是4）；當(dāng)P_D小于62時(shí),，則認(rèn)為相差已經(jīng)調(diào)好,，停止調(diào)相。所以調(diào)相的目標(biāo)區(qū)域?yàn)锳3[（0,，0）,，（15，62）],，被調(diào)節(jié)區(qū)域?yàn)锳4[（0,，62），（15,，P_Dmax）],。如圖4所示。
對于A4區(qū)域的點(diǎn),，調(diào)節(jié)方法如下：
當(dāng)2F_D（F_D＋1）<=P_D,，采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)；
當(dāng)2F_D（F_D＋1）>P_D,，采用減小逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié),。
分析此調(diào)節(jié)過程：
2F_D（F_D＋1）=P_D在坐標(biāo)系上的曲線為c。
（1）設(shè)在R1點(diǎn)開始調(diào)節(jié),，如圖：R1位于c的左邊,，滿足2F_D（F_D＋1）<=P_D的條件,，因此采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)。由結(jié)論（2）得：采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)時(shí),，其走向如曲線b2,，必然會(huì)到R2的位置（c的右邊），此時(shí)又滿足2F_D（F_D＋1）>P_D的條件,，采用減小逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)，而R2位于結(jié)論（1）中A1區(qū)域,，由結(jié)論（1）,，其走向如b1，必然會(huì)回到c的左邊,，反復(fù)以上過程,，直到進(jìn)入調(diào)相的目標(biāo)區(qū)域?yàn)锳3。
（2）設(shè)在R11（F_D很小而P_D很大）點(diǎn)開始調(diào)節(jié),，此時(shí)滿足2F_D（F_D＋1）<=P_D的條件,，因此采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)，最多經(jīng)過4個(gè)周期,，F(xiàn)_D就會(huì)>15,，此時(shí)不管相差先調(diào)頻，減小逆變頻率F_INV,，接著F_D又會(huì)<15,，則增加逆變頻率F_INV，如此反復(fù),。由結(jié)論（1）,、結(jié)論（2），如圖中方向接近R1的位置,。
因此,，在第1象限的調(diào)節(jié)過程為：P_D很大（>480）而F_D很小時(shí)，先增大F_D到F_D>15,，然后沿著F_D=15的直線方向（左右擺動(dòng)）向下調(diào)節(jié),；P_D較小（<480）時(shí),，沿著曲線c的方向（左右擺動(dòng)）向下調(diào)節(jié),，直至進(jìn)入目標(biāo)區(qū)。當(dāng)F_D>15時(shí),，則不管P_D,，一直減小逆變頻率F_INV，直到A4區(qū)域,，然后進(jìn)入目標(biāo)區(qū)或者第4象限中目標(biāo)區(qū)（實(shí)際應(yīng)用中頻差F_D很小,，一般不會(huì)進(jìn)入到第4象限其它區(qū)域）,。
從以上分析可知，可以設(shè)計(jì)沿不同的曲線進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū),，而且此曲線與P_D=62的交點(diǎn)P1越靠近P_D軸越好（沿此曲線進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)時(shí)F_D小,，不容易走出鎖相目標(biāo)區(qū)），但必須滿足：P1>調(diào)節(jié)步長(本方法中=4),，否則被調(diào)節(jié)點(diǎn)有可能在進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)之前進(jìn)入第2象限,，影響調(diào)節(jié)速度（第2象限調(diào)節(jié)過程將接著介紹）。
2F_D（F_D＋1）=P_D與P_D=62的交點(diǎn)為：由2F_D（F_D＋1）=62得F_D≈5,，因此滿足以上條件并有很好的進(jìn)入方向,。
最大調(diào)節(jié)時(shí)間計(jì)算：
最大相差180°時(shí)定時(shí)器計(jì)數(shù)值差=12500，沿著F_D=15至P_D=480的時(shí)間：
T1=〔（12500－480）/15〕20ms≈16s
P_D=480沿曲線c進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)的時(shí)間：
T2=（480/5）20ms≈2s;
T=T1＋T2≈18s
最大頻率調(diào)節(jié)" title="頻率調(diào)節(jié)">頻率調(diào)節(jié)速度計(jì)算：
考慮到最惡劣情況,，55Hz時(shí),，采用每周期＋4的方法增加頻率，1s內(nèi)則T的變化量為：
55×4×0.8μs=176μs
頻率增加為：1000/（18.181－0.176）≈55.5Hz
圖4調(diào)相的目標(biāo)區(qū)域
圖5第2象限的狀態(tài)
圖6先增加頻率進(jìn)入第1象限
最大頻率調(diào)節(jié)速度為55.5－55=0.5Hz/s,，符合規(guī)格所要求的<1Hz/s,。
2．3第2象限狀況分析
第2象限中狀態(tài)如圖5所示。
此時(shí),，不管相差如何,，一直采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)，這樣,，F(xiàn)_D絕對值不斷減小,，而P_D不斷增大，直到進(jìn)入到第1象限,。如圖6所示,。
2．4其他象限中狀況
第3、第4象限分別采用與第1,、第2象限類似的方法調(diào)節(jié),。
3結(jié)語
（1）先調(diào)頻，后調(diào)相,，當(dāng)頻差絕對值|F_D|>15時(shí),，先將頻差絕對值調(diào)至|F_D|<15；
（2）第2,、第4象限采用減小頻差絕對值的方法將其狀態(tài)轉(zhuǎn)入第1,、第3象限；
（3）第1,、第3象限內(nèi)先沿著|F_D|=15的直線方向減小|P_D|,，當(dāng)|F_D|<480時(shí)，沿著曲線c,2F_D（F_D＋1）=P_D（第1象限）和曲線c的軸對稱曲線（第3象限）進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)域A3[（0，0）,，（15,，62）]；
（4）采用上述方法能滿足所有參數(shù)要求,，且進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)域時(shí)有很好的進(jìn)入方向,；
（5）設(shè)計(jì)進(jìn)入鎖相目標(biāo)區(qū)域方向曲線時(shí)應(yīng)考慮到進(jìn)入速度和進(jìn)入方向：在進(jìn)入之前|F_D|盡可能大（速度快），進(jìn)入時(shí)|F_D|盡可能小,，但要避免轉(zhuǎn)入其他象限,。