9在线互动式不间断电源设计.docx

1、9在线互动式不间断电源设计 皖 西 学 院课程设计任务书系 别：机电学院专 业：电气学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：在线互动式不间断电源（UPS）设计起 迄 日 期:2014.12.22- 2014.12.28课程设计地点:指 导 教 师:刘世林下达任务书日期: 2014年 12月19日课 程 设 计 任 务 书1本次课程设计应达到的目的： 通过本次课程设计，让学生巩固所学的电力电子技术相关内容，加深对电力电子器件和电路工作原理的理解，并学会将所学的知识应用到实际中，达到在应用中掌握知识的目的。2本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）： 选用合适的电力电子元

2、器件，设计一个在线互动式不间断电源，主要要求如下： （1）输出电压AC220V，负载功率5kW；（2）变压器的二次侧电压（即输入的相电压）U2为220V。课 程 设 计 任 务 书3对本课程设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1） 选定供电方案；（2）设计主电路，选择主电路的参数；（3）设计整流器的相控触发电路；（4）设计保护电路及计算其相关参数。（5）编写设计说明书，包括： 设计过程和有关说明； 控制系统电路图；控制程序（或流程图）； 电气元器件的选择和有关计算； 电气设备明细表； 参考资料、参考书及参考手册；其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序

3、的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。4主要参考文献：1 王兆安，黄俊. 电力电子技术，机械工业出版社，20002 陈坚. 电力电子学电力电子变换与控制技术，高等教育出版社，20043 贺益康，潘再平. 电力电子技术，科学出版社，20044徐德鸿，马皓，等. 电力电子技术，科学出版社，2006课 程 设 计 任 务 书5本课程设计课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2014年11月 19 日11月19 日 11月 20日11月 21日 11月22日11月24日11月25日11月27日12月28日下达任务书资料的收集、整理，方案论证硬件总体结构设计、软件的设计与编

4、写设计说明书的编写答辩教研室主任审查意见：负责人签字： 年 月 日一在线互动式不间断电源原理 1、当市电电源的电压处在175264V之间时，在UPS电源的逻辑控制电路的作用下，开关 K0闭合时，位于UPS输出通道上的作为转换开关使用的小型继电器的常闭触点接通，使得不稳定的市电电源直接送到负载上。因为微机开关电源所允许的市电电压工作范围在150264V之间，所以，用户的微机是可以正常运行的。2、当市电电源的电压处在150175V之间时，市电输入电压偏低，在UPS电源的逻辑控制电路的作用下，将开关K0开启，K1闭合。输入的幅值偏低的市电电源在经升压处理后（一般从升压绕组所输出的电压是市电输入电压的

5、1.11.5倍），会将一个幅度较高（172195V）的市电电源经转换开关送到负载。3、当市电电源的电压处在264276V之间时，为防止出现由于将较高的市电电压直接送往负载而损坏用户负载的事故发生，在UPS的逻辑控制电路作用下，开关K0断开，K2闭合。这样，降压绕组所输出的市电电压（一般为市电输入电压的0.9倍，此时的输出电压为：230250V），便会经转换开关送往负载，从而达到用户负载安全运行的目的。4、当市电电源的电压处在上述的150276V范围内时，在线互动式UPS除了向用户的负载提供220V20%的电源外，还经身兼逆变器/充电器两种控制功能的变换器向电池组充电，以便在市电工作不正常时，提

6、供足够的直流能量。综上所述，我们可以看到：当市电供电正常时，送往用户负载的电源实际上是一路稳压精度很差的市电电源。而且，在此过程中，还需比较频繁地重新调整输入开关K0、K1和K2的工作状态。为了降低成本，在“在线互动式”UPS中常采用小型继电器来作调控开关K0、K1和K2.小型继电器在执行上述调控过程时，它们的触点切换时间为4ms左右。这种切换控制方式所带来的弊端之一是：会造成UPS对负载的供电产生瞬态中断，从而在负载的输入端造成瞬态扰动或高压尖峰干扰，从而造成微机误动作。未解决这一问题，目前，有的厂家利用可控硅所构成的“静态开关”来代替原有的小型继电器开关K0、K1和K2。从应用技术是角度来

7、看，可将这种UPS电源在执行市电输入电压调压时可能产生的供电时间的中断降低到零，从而明显地改进了在线互动式UPS的输出特性。然而，事情总是一分为二的。如果把这种在线互动式UPS连到被谐波严重“污染”的电网中时，则会由于这种被“污染”的正弦波电源可能出现多个。 图1、在线互动式不间断不间断原理图二、主电路的设计结构 图2所示为新型单极倍频SPWM软开关DC/AC逆变器主电路原理图。图3为其主要工作波形。该电路在硬开关SPWMDC/AC逆变器的基础上添加了电容C1，C2，C3，C4，Cr1，Cr2，CE1，CE2电感Lr1，Lr2，其中电容C1=C2=C3=C4，Cr1=Cr2，电感Lr1=Lr2

8、，大容量电解电容CE1=CE2视为恒压源。这些元件为电路中的4只功率管实现零电压开关（ZVS）创造了条件。 图2 主电路结构图3主电路主要工作波形三、设计整流器的相控触发电路本次设计的整流器的相控触发电路采用了三相桥式触发电路本次设计采用的芯片是KJ004,其电路图如下 3.1整流器的相控触发电路 因此变压器采用星形接线.四.部分单元电路设计4.1整流电路220V交流电源输入，经过整流电路将电压转换成直流给蓄电池充电。电路如图2所示，这是一种不可控整流电路，常用于小功率单相交流输入的场合整流电路4.2斩波电路电流经过整流电路部分整流成直流，经过降压斩波电路降压，其实则为将固定的直流电通过电力电

9、子开关的作用变为另一固定电压或可调电压的直流电。直流斩波电路分为降压斩波电路、升压斩波电路这两种最基本的电路，本次课程设计在此处采用降压斩波电路。斩波电路工作原理：当t=0时，V导通，E向负载供电，u=E，i按指数曲线上升；当t=t1时，V关断，i经VD续流，u近似为零，i成指数曲线下降，为使i连续且脉动小，通常使L值较大。图3中，为在V关断时充电以及给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。该电路由整流输出端输入，经过整流后输出给电源向后续电路供电。 4.3斩波电路控制电路波电路有三种控制方式：（一）,保持开关周期T不变，调节开关导通时间t，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽式；（二），保持

10、开关导通时间t不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型；（三），t和T都可调，使占空比改变，称为混合型。此次选用脉冲调宽式。通过该电路产生方波控制斩波电路中V的开断，从而实现控制斩波电路。4.4充电电路蓄电池的电流由斩波电路输出，经过滤波电路将电流中的杂波滤除，保证充电的稳定性及电流的高质量。蓄电池在市电正常的情况下也工作，只进行蓄电过程并不放电，此时电路由市电提供电能；当市电出现异常甚至断电时，由蓄电池替其工作，为逆变电路提供电能，以保证负载的正常运行，提高了电路抗干扰的能力。4.5逆变器及逆变电路逆变有电压型逆变电路和电流型逆变电路。此次课程设计选用电压型单相全桥逆变电路 逆变有电压型逆

11、变电路和电流型逆变电路。此次课程设计选用电压型单相全桥逆变电路。如图6，功率晶体管由基极驱动电路提供激励信号，VT1、VT4和VT2、VT3在分别获得激励信号后，进入轮流导通或截止状态。各IGBT的栅极信号为180度正偏，180度反偏，并且VT1和VT2的栅极信号互补，VT3和VT4的栅极信号互补；逆变电路输出电压中除了基波外还含有一定的谐波成分，所以需设置滤波器。直流电流经过逆变电路逆变由输出端输出获得交流电，再经交流滤波电路去除其杂波，经过变压器变压后供给负载4.6逆变器控制电路逆变器控制电路采用芯片SG3524控制，SG3524是电流控制PWM控制器,所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的.在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化.由于结构上有电压环和电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型控制器.SG3524采用定频PWM电路，DIP-16型封装，管脚排列如图7所示：