不间断电源UPS的设计毕业论文Word文件下载.docx

1、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37II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

2、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 UP

3、S 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

4、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（Uninterruptible Power System）。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

5、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。

6、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

7、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

8、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

9、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

10、 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 UP

11、S 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

12、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

13、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

14、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