UPS不间断电源设计.docx

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UPS不间断电源设计

2012~2013学年第2学期

《电力电子实训》

课程设计报告

题目：

UPS不间断电源

专业：

自动化

班级：

自动化

（2）

姓名：

唐青荣怀润

指导教师：

周松林

电气工程系

2011年5月12日

1、任务书

课题名称

UPS不间断电源

指导教师（职称）

周松林

执行时间

2012~2013学年第一学期第九周

学生

学号

承当任务

唐青荣

1009111072

怀润

1009111126

设计目的

1、UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备

2、当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需

要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响

设计要求

1.给出设计原理框图；

2.给出具体设计思路，画出电路图；

3.编写设计说明书。

摘要

UPS（UninterruptiblePowerSystem），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。

主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

电力电子技术的应用围已经深入到我们呢的日常生活中去了，其中UPS不间断电源就是其中的重要应用围。

此次电力电子课程设计中，对UPS电源的设计就是本次设计的主要容。

随着UPS的广泛使用，在现代社会中的重要性越来越强，使用围越来越广，目前，UPS在电力电子产品中已占市场相当大的份额，所以这次课程设计对我来说具有非常的实际意义，能从中让我学习许多先进的知识和理论，将所学的知识进行升华，这将有利于我今后的工作。

关键词：

储能逆变器不间断电源稳压器向负载供电

Abstract

UPS（UninterruptiblePowerSystem）,namelytheuninterruptiblepowersupply,isakindofenergystoragedevice,uninterruptiblepowersupplyvoltageandfrequencyofthemainpartoftheinverter.Mainlyusedforpowersupplytoasinglecomputer,computernetworksystemorotherpowerelectronicequipmenttoprovideuninterrupted.Whenthepowerinputisnormal,UPScityelectricityvoltagesupplytoload,theUPSisanACvoltageregulator,atthesametimeitalsotothemachinebatterycharging;whenthepoweroutage（outage）,UPSwillimmediatelybuilt-inbatterypower,continuetosupply220Valternatingcurrenttotheloadbythemethodofinversetransformation,theloadtomaintainthenormalworkandprotecttheloadofsoft,hardwaredamage.UPSdevicesareoftenlargeandthevoltageistoolowtoprovideprotectionforallvoltage

ApplicationofpowerelectronictechnologyhaspenetratedintoourdailylifeinLondon,whereUPSuninterruptiblepowersupplyisoneoftheimportantapplications.Powerelectronicscoursethisdesign,designofUPSpoweristhedesignofthemaincontent.WiththewideuseofUPS,inthemodernsocietyisbecomingmoreandmorestrong,used,currently,UPShasaccountedforalargeshareofthemarketinelectricandelectronicproducts,sothecurriculumdesignhaspracticemeaningtome,letmelearnalotfromtheadvancedknowledgeandtheories,tolearntheknowledgeofsublimation,whichwillbehelpfulforourfuturework.

Keywords:

energystorageinverteruninterruptiblepowersupplyvoltagetotheloadpowersupply

插图清单

插表清单

第一章概绪

自从电子设备特别是计算机问世以来，电源问题一直是人们十分关心的问题。

且对于一些特殊位置的重要设备，人们不但关心其供电电源本身的性能指标更注重供电电源的质量，即供电的稳定性和不间断性。

因为这些设备的电源一旦出现不稳定或者消失，就将造成非常大的损失，甚至无可挽回的损失。

所幸的是不间断电源UPS（UninterruptiblePowerSystem）的出现，为解决这个问题提供了广阔的前景。

1.1UPS的发展历程

最初的UPS是本世纪六十年代初由旋转电动机供应能量的动态UPS，即不间断是靠动能维持。

这种早期UPS的输出稳定是靠惯性飞轮对短时间电压突变和干扰无反应，不间断性是靠断电后飞轮的惯性延长供电时间。

当然这种UPS的后备时间是很短的（一般不超过5秒），于是人们开始使用备用蓄电池组，这就是早期UPS的典型结构。

这样的UPS虽然可以靠增大蓄电池容量来延长后备时间，但转换效率低。

于是出现了燃式UPS系统，这种UPS靠燃机提供断电后的能量。

动态UPS设备庞大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。

随着电力电子学（功率电子学）的发展，为实现大功率的电能转换，于是出现了静态UPS，它的主电路和控制电路均采用半导体器件，它也是目前绝大多数概念中的UPS。

其基本原理是，市电输入经整流器将交流电变成直流电，一方面给蓄电池组充电，另一方面为逆变器提供能量，再将直流电变成交流电经转换开关送到负载，当逆变器发生故障时，另一路备用电源（旁路电源）经过转换开关实现向负载供电。

静态UPS的工作方式有在线式和后备式（OnlineandOffline），两者主体结构大体相同，只是后者在市电正常时工作在旁路（Bypass），而前者只有当逆变器故障或过载时才由旁路电源供电。

而且一般来说，从性能上讲，在线式优于后备式;从容量上讲，后备式一般不大于3KVA，而在线式不受此限制，目前单机容量可以做到600KVA以上，比如M.G,EXIDE,SOCOMEC等公司。

UPS的装机容量正不断扩大，并联成为扩大容量或者冗余系统的必然方法。

比如M.G,EXIDE等公司的UPS机信号用微机处理、通讯采用普通信号，而SIEL公司采用光纤通讯〔OSC系统），从而实现多台UPS的同相同幅、均负载的功能。

由于单相进单相出给市电配电带来极大困难，于是出现了三相入单相出（3/1）的UPS，其最大容量可达60KVA以上，这种单相输出的UPS在切换到旁路时、满负载情况下市电对应的一相将严重超载，因此厂家推出了三相入三相出的UPS产品，而且有三相负载100%不平衡产品，如IPM,SOCOMEC,BORRI,MEISSNER,SAVIN,VICTRON等公司的UPS产品。

为改善后备式UPS的供电质量，人们研制了净化UPS，即将净化电源加在旁路电源上，如国产宝合UPS产品。

结合后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点，人们提出了三端口UPS。

它使得离线式和在线式有机结合在一起，产品如APC、BESTDELTEC、休康等。

近期又出现了不间断蓄电池系统UBS（UninterruptedBatterySystem），它结合了动态UPS和静态UPS的优点，只是噪声稍大，主要应用于特殊场合，如野外、地下室等环境恶劣的场所。

1.2UPS的发展前景

从以上UPS的发展历程可看出，UPS从当初单一的动态存储式到今天多类型多品种动态、静态、动静结合、在线式、后备式（离线式）、后备在线交叉式等。

随之，UPS的应用领域也从当初单一的计算机用户发展到今天计算机系统、网络系统在的能源（如电力）、医药、农林、交通、天文、地理、通讯系统（如网络通讯）等领域，后备时间从当初的几秒钟到今天的几小时、几十小时甚至更常的时间，特别是从技术含意义上讲，从当初单一的机械式到今天包罗了当代全部的电子技术:

从微电子学到功率电子学，从线性电路到数字电路，从计算机硬件到软件，从电信号通讯到光纤通讯以与机电一体化技术。

随着微电子技术和电力电子技术的不断发展，电源技术的高频化、模块化、数字化、绿色化成为发展趋势，UPS不间断电源也不例外。

电力电子功率器件的高频化和模块化使得UPS电源产品的体积和重量大大减小，而可靠性和效率得以提高，可带来显著节能、降耗的可观经济效益。

微处理器软硬件的引入的可以实现对UPS的智能化管理，进行远程维护和远程诊断。

从而为UPS电源产品的数字化、智能化提供了坚实的基础。

随着人们对环境保护意识的加强，电源系统的绿色化概念被提出。

所谓电源绿色化首先是显著节能，因为节电可以减少发电对环境的污染。

其次是电源不能（或少）对电网产生污染。

事实上许多功率电子节能设备往往是电网的污染源，向电网注入严重的谐波电流，使得总的功率因素下降使电网电压产生毛刺尖峰甚至畸变。

20世纪末各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了功率因数校正PFC，PowerFactorCorrector）方法，为21世纪UPS电源产品的绿色化奠定了基础。

由此可看出UPS已当之无魄成为当代高科技成员，而且正随着电力电子技术、计算机技术、网络技术等相关技术的发展而不断发展。

第二章系统整体设计方案

2.1负载间断供电的原因

造成负载间断供电的原因又很多，主要有：

（1）交流输入电源（市电）突然发生停电。

造成停电的原因有很多，如：

用户发生事故造成电源跳闸;雷击造成短路而跳闸，或者雷击造成输电线断裂而跳闸;台风或龙卷风将电线瓜裂而跳闸等。

（2）交流电源发生瞬间停电。

（3）电源装置发生故障而中断供电。

2.2系统总体设计原理

UPS不间断电源设计的基本原理是将输入的交流电整流转换为直流电，一方面