不间断电源UPS的设计毕业论文Word文件下载.docx
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二、电路仿真 16
（一）系统电路图 16
（二）输出电压波形图 17
第四章 逆变电路设计 18
一、电路设计 18
（一）主电路设计 18
（二）控制电路设计 19
二、逆变总电路仿真 29
（一）逆变总电路系统仿真电路图 29
（二）输出电压波形图 30
三、SPWM脉冲的实现 30
（一）EG8010简介 30
（二）EG8010引脚介绍 31
（三）EG8010应用设计 32
四、本章小结 34
第五章 电池充电电路设计 35
一、电路设计 35
（一）主电路设计 35
（二）控制电路设计 37
II
二、电路仿真 41
（一）恒流充电过程 41
（二）恒压充电过程 43
三、本章小结 44
结论 45
致 谢 错误！
参考文献 46
外文原文 47
附录：
系统总电路图 61
第一章绪论
一、UPS的发展历史
早期的UPS装置是采用柴油（或汽油）发电机—电动机—发电机组来实现电能变换，其设备笨重，占地面积大，。
后来随着晶闸管的推广普及，使UPS装置摆脱了大量的机组设备，因此晶闸管控制的UPS迅速发展，逐渐取代了发电机—电动机—发电机组式的UPS装置，但因晶闸管没有自关断能力，因此每只晶闸管需要配备换向单元电路，因此仍然使系统庞大而笨重。
从80年代以后，全控型器件蓬勃发展，这些器件开关速度快，控制驱动方便，因此成为UPS装置的最佳选择。
由这些器件制作的UPS装置重量轻、效率高、噪声小、操作控制灵活，使UPS装置进入一个新的时代。
目前，国内外学者都对UPS开展了广泛的研究工作，各种先进的控制技术被引入。
在此基础上，许多国外知名UPS生产厂商，如山特、梅兰日兰、APC等，纷纷利用自己的技术优势推出了多款集数字化、智能化、网络化于一身的新一代UPS。
于此同时，作为UPS消费大国的中国，不论是大功率市场还是小功率市场，我国的国产UPS市场占有率都小于50%,甚至30%都不到。
由此可见，与国外相比，我国在UPS研究与生产领域都还处于一个弱势阶段。
对我国来说，UPS的研究更为紧迫。
二、UPS的分类和结构
所谓不间断电源就是当交流电网输入发生异常或中断时，它可以继续向负载供电，并能够保证供电质量，使负载供电不受影响。
这种供电装置称为不间断电源装置，或者称为不间断供电系统，简称UPS（UninterruptiblePowerSystem）。
不间断供电装置依据其向负载提供的是交流还是直流可分成两大类型，即直流不间断供电系统和交流不间断供电系统，但习惯上人们总是将交流不间断供电系统简称为UPS。
正因为如此，本书也沿用这一习惯称呼而将交流不间断电源简写为UPS。
不间断电源通常分为动态式UPS和静止式UPS。
随着技术的进步和发展，动态式
UPS逐渐被淘汰，静止式UPS逐渐成为主流。
本文主要介绍了静止式UPS。
静止式UPS
又可分为在线式UPS和后备式UPS。
12
（一）动态式UPS工作原理
所谓动态UPS就是指供电不间断是靠动能来实现的，也就是早期的采用柴油发电机
—电动机—发电机组来实现电能变换的装置，其结构如图1.1所示。
当电网供电正常时，交流电驱动交流电动机旋转，从而带动交流发电机和同轴的惯性飞轮同速运转，由发电机发电供给负载。
当电网电压出现波动或某些尖峰干扰时，由于惯性飞轮的作用，较短时间的电压波动或短时间干扰并不影响惯性飞轮的正常运转，从而保证了负载上电压的稳定性；
一旦电网供电间断，电动机就停止运转．这时发电机依靠同轴飞轮上所储存的巨大动能而继续发电，使负载的供电时间得以延长，以便现场工作人员保护现场。
但在这种方案中，依靠动能储存的飞轮延长市电断电时的供电时间势必受到限制。
动态UPS需要较多的电机设备，因此成本比较高，而且设备笨重，随着静止式UPS
轮飞
市电
电动机
发电机
载负
的发展，动态UPS逐渐被代替。
图1.1 动态UPS结构图
（二）静止式UPS工作原理
静止式（静态）UPS与动态（旋转式）UPS相比较而言，没有电动机、发电机和飞轮之类旋转体，它通过由功率半导体器件组成的电能变换主电路对电能实现变换。
现在人们概念中的UPS均是静止式UPS。
静止式UPS的经典方案如图1-2所示，其原理是：
电网正常时，市电经整流器变成直流，再经逆变器将直流变成交流，后经转换开关送给负载；
在电网异常时，由蓄电池给逆变器提供直流电能，经逆变器变成交流后送给负载；
当整流器、逆变器或蓄电池等单元出现故障时，可经过转换开关将市电旁路给负载。
对静止型UPS而言，按其工作方式又可分为在线式（online）和后备式（offline）两种，但无论是后备式还是在线式UPS，其基本结构大体相同，只是在工作方式上和为负载供电的质量上有一定的差异。
下面简要说明在线式和后备式UPS的异同点。
1.在线式UPS工作过程
在线式UPS的工作过程如图1.2所示。
电网正常供电时，交流电经输入变压器后，一方面经充电器给蓄电池充电，另一方面经整流器变成直流后送至逆变器，经逆变器变成交流后送给负载。
能量流动的过程是：
电网、变压器、整流器、逆变器、负载。
电网供电异常时（过压、欠压、断电），保护电路将切断输入市电与UPS的联系，让蓄电池为逆变器提供直流电能。
蓄电池、逆变器、负载。
由上述可见，在线式UPS就是指电网正常供电时，电网一方面对蓄电池充电，另一方面经过UPS内部处理和变换后再送给负载；
电网停电或供电异常时，由蓄电池向逆变器提供电能，保证负载供电不间断。
在电网供电转为电网中断、蓄电池供电时，负载供电没有任何中断。
当然，这是UPS内部无任何故障时的情况。
若UPS内部任何一个单元出现故障，则控制电路可使转换开关实现旁路输出。
这样的转换一是有转换时间（供电有间断），二是此时市电必须不中断，否则负载供电就无保障了。
为了使转换过程不影响负载工作，应该使转换时间尽可能短，考虑到较大的滤波电容的储能作用，转换时间一般应小于3ms。
在线式UPS的的性能优于后备式UPS，体现在在线式UPS可以没有转换时间，同时在线式UPS对电网电压进行整形处理，因此正常工作情况下，其供电质量优于电网。
但在线式UPS的成本高于后备式UPS。
因此在线式UPS用于电能质量要求比较高的场合。
旁路开关
输出
电网
变压器
整流器
逆变器
充电器
图1.2在线式UPS结构框图
2.后备式UPS工作过程
后备式UPS的工作过程如图1.3所示。
电网供电正常时，电网一方面经变压器至充电器给蓄电池组充电；
另一方面经变压器和旁路开关（K接B点）送给负载。
供电异常时，控制电路立即切断电网与负载的联系，同时起动逆变器并使K由接B
转为接A，继续由蓄电池提供电能向负载供电。
这时的能量流向和在线式是一样的，只是转换为蓄电池输送电能这个过程和在线式
UPS有区别，即在线式UPS当电网异常转为蓄电池提供电能时不存在转换时间，而后备式UPS存在一定的转换时间，这种转换时间和在线式UPS中的转换旁路时间一样，一般希望其愈短愈好。
通过上述可见，后备式UPS就是指电网正常供电时，电网通过旁路开关直接送给了负载，同时也给UPS的蓄电池充电。
送给负载的是没有经过UPS加工和处理的电网的电，供电质量明显不及在线式UPS的供电质量好。
在电网供电出现异常时，才启动UPS内部的逆变器工作，将蓄电池提供的直流电能变成交流电能后送给负载。
后备式UPS和在线式UPS虽然其基本结构大致一样，但在电网正常供电时，在线式
UPS的输出较后备式UPS的输出交流电质量好，这主要是说在线式UPS的输出是稳压、稳频的，而后备式UPS最多对输出采取粗稳压而没有稳频等其他处理功能。
不但如此，在电网供电异常、蓄电池组开始向逆变器提供能量时，在线式UPS没有转换时间，后备式UPS是有一定的转换时间的。
因此从工作方式和供电质量上看，电网供电时和电网供电转为蓄电池组提供电能的转换过程，在线式UPS的性能优于后备式。
有的后备式UPS的生产厂家加了电网滤波装置，有的在输出变压器上增加了一些抽头，以实现对输出的简单稳压，使其产品的性能有所改善，但终究和在线式还有一定差距。
图1.3 后备式UPS结构框图
三、本章小结
本章主要介绍了UPS的发展历史，结构，分类和基本原理。
UPS的发展历程从柴油
（或汽油）发电机—电动机—发电机组式UPS到晶闸管控制的UPS，再到使用全控型器件的UPS。
UPS的结构分为动态式UPS和静止式UPS。
静止式UPS又可分为在线式UPS和后备式UPS。
现在动态式UPS已经逐渐被静止式UPS所代替。
UPS一般都由变压电路，整流电路，逆变电路，充电电路和旁路电路组成。
其基本工作原理是在电网正常时由电网对负载供电，电网电压异常时由蓄电池供电。
第二章 UPS的总体结构及原理
一、本设计参数
本文设计的是静止型不间断电源，而在线式和后备式相比，有着明显的优势，所以本文设计在线式的UPS。
其技术性能如下：
（1） 输入电压：
单相两线制220V、50Hz交流电压输入电压范围：
220V土10％
输入频率范围：
50Hz土5％
（2） 输出电压：
单相220V、50Hz交流电压电压稳定度：
220V土2％
频率稳定度：
50Hz土0.5％
（3）额定功率：
500W
（4）蓄电池组：
采用松下UP-VW1220铅酸蓄电池（12V）2块满载工作时（500W）：
蓄电池组能维持3min
半载工作时（250W）：
蓄电池组能维持10min
供PC工作（100W）：
蓄电池组能维持30min
二、系统结构图和原理
如图2.1所示，系统分为4个部分：
电池升压电路、逆变电路、电池充电电路、旁路电路。
电池升压电路的结构是隔离型推挽式直流—直流变换电路。
通过控制变压器原边的两个桥臂的开启和关断，将电池电压（24V）升高到400V,作为逆变器的直流源。
逆变电路采用全桥式逆变桥电路，利用PWM技术控制开关管的开启和关断，再通过输出滤波器滤除高次谐波，最终得到正弦基波。
电池充电电路是一个反激式开关电源电路，通过控制开关管的开启和关断，实现电池的三阶段充电：
当电池电压低于27.4V时，以恒定电流的方式对电池快速充电，当电池电压高于27.4V时，开始以恒定电压对电池充电，最后随着充电电流的减小，电池进入浮充阶段。
旁路电路是用一个双触点的继电器实现
的。
AC-DC变换：
将电网来的交流电经全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。
AC-DC输入如果有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。
DC-AC逆变电
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