大工16秋《电源技术》大作业题目及要求Word下载.docx

大工16秋《电源技术》大作业题目及要求Word下载.docx

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（4）学习心得（为区分离线作业是否独立完成，请写些自己对该题目相关的想法或者学习心得，学习心得严禁抄袭！

）

作业具体要求：

1.封面格式

封面名称：

大连理工大学电源技术大作业，字体为宋体加黑，字号为小一；

姓名、学号、学习中心等字体为宋体，字号为小三号。

2.文件名

大作业上交时文件名写法为：

[姓名学号学习中心]（如：

戴卫东101410013979浙江台州奥鹏学习中心[1]VIP）；

以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业（注意命名），点提交即可。

如下图所示。

截止时间：

2017年3月7日23:

59:

59前。

3.正文格式

作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。

注意：

作业应该独立完成，不准抄袭其他网站或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计。

引用他人文章的内容，需在文中标注编号，文章最后写出相应的参考文献。

引用内容不得超过全文的20%。

鼓励大家对本地区的相关政策制定及实施情况进行调查了解，给出相关数据，进而有针对性的提出自己的看法。

一、大中型UPS逆变器工作原理

大中型UPS多为在线式，其系统框图与小型在线式UPS出不多，如图1所示。

有市电时，市电经整流器、逆变器给负载供电。

当市电中断或者超限时，整流器停止工作，蓄电池电能经逆变器后继续给负载供电；

当UPS故障时，市电通过旁路直接负载供电。

图1大中型UPS系统框图

二、大中型UPS逆变电路

三相桥式逆变电路是大中型UPS逆变器的基本电路，这里以三相桥式逆变电路为例，如图2所示，它由直流电源E，三块两单元晶体管模块S1~S6，输出变压器T组成。

市电正常供电时，直流电源E由整流电路提供，市电中断时，直流电源由蓄电池提供。

输出变压器初级接成三角形，次级接成星型。

图2三相桥式逆变电路

S1~S6的基极b1~b6分别加上正弦脉宽触发信号，其波形如图3所示。

工作过程如下：

图3三相桥式逆变电路主要波形

在t0~t1期间，ub1大于0，ub6大于0，ub5大于0，ub2等于0，ub4等于0，ub3等于0，S1，S6，S5导通，S2，S3，S4截止。

1.变压器初级电流iAB沿着E+，经过S1，经过变压器初级绕组AB，经过S6，经过E-路径流动。

由于S1、S6导通，故变压器初级绕组AB两端电压为

电源能量转移到变压器，变压器次级绕组ao感应出电压为

该电压推动的电流iao沿着a经过R1，经过L，经过o路径流动，变压器中能量的一部分消耗在负载电阻上，另一部分存储在负载电感中。

2.变压器初级电流icb沿着E+经过S5经过变压器初级绕组CB经过S6经过E-路径流动。

由于S5、S6导通，故变压器初级绕组CB两端电压为

电源能量转移到变压器，变压器次级绕组bo感应出电压为

该电压推动的电流ibo沿着o经过L经过R1经过b路径流动，变压器中能量的一部分消耗在负载电阻上，另一部分储存在负载电感中。

由上述可见，三个导电臂中均有晶体管导通，二极管不通，负载从直流电源中获取能量。

在t1~t2期间，ub1大于0，ub3大于0，ub5大于0，ub2等于0，ub4等于0，ub6等于0.由于S6截止，iao要减小，但是iao不能突变，仍沿着a经过R1经过L经过o路径流动，负载电感中能量一部分消耗在负载电阻上，另一部分储存在变压器中，电流iAB也不能突变，它沿着B经过D3经过S1经过A路径流动，将变压器能量消耗在回路电阻上。

与上述类似，由于S6截止，ibo要减小，但是ibo不能突变，仍沿着o经过L经过R1经过b路径流动，因此，电流icb也不能突变，它沿着B经过D3经过S5经过C路径流动，将变压器能量消耗在回路电阻上。

在上述过程中，由于D3续流，S3不能导通。

有上述可见，三个导电臂中，两个晶体管导通，一个二极管导通。

若负载电感L比较大，变压器储存能量比较好，维持D3导通时间长；

反之，维持D3导通时间短。

在t2~t3期间，ub4大于0，ub3大于0，ub5大于0，ub2等于0，ub6等于0，ub6等于0，三个导电臂中，三个晶体管导通。

两相负载均从电源E获取能量。

输出波形uab如图3所示。

有图看出：

●变压器初级、次级输出三相互差120度的正弦脉宽调制波。

●输出uo脉冲频率是驱动信号脉冲频率的两倍。

●逆变器具有三种工作模式：

第一种工作模式：

三个晶体管导通，二极管不导通；

第二种工作模式：

两个晶体管导通，一个二极管导通；

第三种工作模式：

一个晶体管导通，两个二极管导通。

三、大中型UPS逆变器在实际中的应用

在当今的电子技术中,以高频逆变器为主.对于功率小于3000W的设备,一般是准正弦波占主流市场.但有些高精密设备的驱动电压要求非常高,所以在3000W以下的,正弦波逆变器也相对有点市场,正因市场小,所以正弦波逆变器价格要比准正弦的高好几倍,其实生产成本也是比准正弦高不了多少的.对于一般的家电设备,如电机,风扇,电钻,电视,电脑,光管,灯泡等用准正弦的完全可以胜任的了,这也是小功率中准正弦波能成为主流的主要原因.对于大工率逆变器,5000W以上的,一般用于后备式电源与用风力发电,太阳能发电中.大功率逆变电源市场,主要是分布在国外,国内的用量还是小得可怜的.在大功率的太阳能发电,风力发电中,并网系统是少不了的,因此对一完整的逆变发电系统必备:

发电设备,充电控制设备,储电设备,逆变器,并网系统等.

四、学习心得

UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“UninterruptiblePowerSupply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。

它在计算机系统和网络应用中，主要起到两个作用：

一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；

二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。

从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。

主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

目前，主流的UPS厂商有APC、山特等，都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。

UPS从结构上一般分为直流UPS（DC-UPS）和交流UPS（AC-UPS）两大类。

1直流UPS直流不间断电源由两个基本单元组成。

分别是整流器、蓄电池。

其原理结构方框图如下

其工作过程是：

当市电正常时，电流通过整流器向负载供电，同时整流器给蓄电池充电。

电流路径是1路市电——整流器——负载，2路路市电——整流器——蓄电池。

当市电故障或整流器故障时，通过控制电路自动切换使蓄电池为负载供电，电流流向为蓄电池——负载。

2交流UPS电源由三个基本单元组成。

分别是整流器、蓄电池和逆变器。

当市电正常时，电流通过整流器、逆变器向负载供电，同时整流器给蓄电池充电。

电流路径是1路：

市电——整流器——逆变器——负载，2路：

市电——整流器——蓄电池。

当市电故障或整流器故障时，通过控制电路自动切换使电池为负载供电，电流流向为蓄电池——逆变器——负载。

从备用时间分，UPS分为标准型和长效型两种。

一般来说，标准型机内带有电池组，在停电后可以维持较短时间的供电（一般不超过25分钟）；

长效型机内不带电池，但增加了充电器，用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间，厂商在设计时会加大充电器容量或加装并联的充电器。

此外,UPS的分类还有其他一些简单的分类，比如从组成原理分为旋转型UPS和静止型UPS；

从应用领域分为商业用UPS和工业用UPS；

从输出电压的相数分为单相UPS和三相UPS；

从容量分为大容量UPS（大于100KVA）、中容量UPS（10-100KVA）和小容量UPS（小于10KVA）。

二UPS的容量UPS的额定容量是指UPS的最大输出功率（电压V和电流A的乘积）。

通常市场上所售的UPS电源，容量较小的以“W”（瓦特）为单位来标识；

超过1千瓦时，用“VA”（伏安）标识，“W”与“VA”值是有区别的。

这就要求我们必须区别具体情况来选择UPS。

一般来讲，1千瓦以内的小容量UPS一般都用“W”表示容量，容量在1KVA～500KVA的UPS都用VA而不是W来表示容量。

事实上，“W”总是小于等于“VA”。

它们之间的换算关系可用如下公式计算出来

W=VA×

功率因数。

功率因数在0～1之间，它表示了负载电流做的有用功（W）的百分比。

只有电热器或电灯泡等电阻性负载的功率因数为1。

对于其他设备来说，有一部分负载没有作功。

这部分电流是谐波或电抗电流，它是负载特性引起的。

由于有这部分电流，所以“VA”值比“W”值大，在功率因数为1时，“W”和“VA”值相同。

那么在我们为计算机等设备选配UPS电源时，怎样选择合适的UPS容量？

若选择不当，通常会出现以下两种情况，一是容量过小，即所谓小马拉大车，很可能会造成设备的损坏；

另一种情况是容量过大，

造成资金的浪费。

因此，正确地选择UPS的容量对网络管理人员来说是一件重要的事情。

一般来讲，UPS在容量选择应考虑以下因素

1、实际负载情况：

P=∑Pi/f即实际所有负载的总和∑Pi，再除以功率因数f，f=0.6~0.8,即可得到实际负载容量P。

2、预留扩容

考虑到业务发展的可能，在不大量追加投资情况下，增加UPS输出容量，这可通过两种途径实现

A：

选择可以实现现场扩容的UPS产品，如现在市面上销售的模块化UPS产品。

B：

提前购买大容量UPS，但需提前投入大量的资金。

设备应该配备多大功率的UPS？

首先要确定您的设备是多大功率的，一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300W与600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。

其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法：

视在功率（单位VA）与实际输出功率（单位W），由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：

视在功率*功率因数=实际输出功率后备式、在线互动式的功率因数在0.5与0.7之间，在线式的功率因数一般是0.8。

给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据，有些经销商有意或无意会混淆（VA）与（W）的区别，这点要提请用户注意。

三UPS输出电压UPS输出电压是指市电经过UPS整形、滤波、稳压等一系列措施后输出的供电脑等负载设备使用的电压。

这种电压一般都比市电电压干净，没有杂质讯号。

通常UPS的输出交流电压应该稳定在220V，不能有过多偏差。

四输出电压频率一般电网标准频率是50Hz（赫兹）或者60Hz（赫兹），UPS允许市电频率有一定的变化范围，在这个范围内，UPS同步跟踪市电频率，超出则以本机频率输出。

这个实际输出的频率就是输出电压频率。

五UPS的输入电压范围UPS的输入电压范围，即UPS允许市电电压的变化范围，也就是保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。

范围越大说明UPS适应性越好。

一般UPS的输入电压范围应该在160V~270V之间或者更宽。

在正常的输入电压范围内，逆变器（负载）电流由市电提供，而不是电池提供。

输入电压范围越宽，UPS电池放电的可能性越小，故电池的寿命就相对延长。

因为当地的电压波动情况直接影响UPS的运行，特别是有些地区电网比较恶劣，白天和晚上的电压相差很大。

如果UPS要24小时工作，在如此大的变化范围里，UPS能否工作至关重要。

如不能工作，只有转电池，这样一则电池并没有用于真正的断电，二则频繁转电池会影响电池的寿命。

如果该UPS的转电池装置为继电器，则对继电器的损坏特别严重，大大增加了UPS的故障率。

当UPS电源以市电供电方式工作过程中，如果输入交流电源的电压高于输入电压上限和低于输入电压下限时，UPS将断开输入交流电源，而切换到电池供电方式。

输入电压范围，反映了UPS电源对电网电压变化的适应能力，输入电压范围越宽表示机器对电网电压的波动变化适应能力越强。

六UPS输入电压频率UPS输入电压频率，即UPS能自动跟踪市电、保持同步的频率范围。

一般电网标准频率是50Hz（赫兹）或者是60Hz（赫兹），UPS允许市电频率有一定的变化范围，亦即输入电压频率范围，这个数值可波动范围通常在正负百分之二左右，在这个范围内，UPS同步跟踪市电频率，超出则以本机频率输入。

七UPS的转换时间UPS的转换时间是指UPS从市电切换到电池状态或从电池状态切换到市电所需要的时间。

通常UPS的转换时间不能大于10ms（毫秒）。

UPS的转换时间指标希望是越小越好，但有些容性负载可以承受短时间的转换，UPS如采用继电器则存在4~10ms的转换时间，对采用电子开关则小一些，关键是看该UPS采用何种技术。

通常我们认为后备式与在线互动式有转换时间，在线式UPS则不存在转换时间，即零转换时间。

对于家庭个人使用或SOHO小型办公应用来讲，建议购买具有转换时间的后备式UPS（不要大于10ms），比较合算；

而对于交通、银行、证券或大企业等重要型工作，则建议购买零转换时间的在线式UPS。

八UPS电池UPS（不间断电源）之所以能够在断电后，继续为计算机等设备供电，就是因为它的里面有一种储存电能的装置在起作用，这种储能的装置就是UPS电池。

其主要功能是：

１当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。

２当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。

UPS电池的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。

如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短，蓄电池的种类一般分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等。

此外，还有很多的收获，就不在一一叙述了。

总之，这次学习让我收获了很多关于UPS的相关知识，在以后的工作中，一定会有很大的帮助。