9-在線互動(dòng)式不間斷電源設(shè)計(jì)匯編

1、皖西學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書系別：機(jī)電學(xué)院專業(yè)：電氣學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：在線互動(dòng)式不間斷電源（ups設(shè)計(jì)起迄日期：2014.12.22- 2014.12.28課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：指導(dǎo)教師：劉世林下達(dá)任務(wù)書日期：2014 年12月19日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1 .本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的：通過本次課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生鞏固所學(xué)的電力電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容， 加深對(duì) 電力電子器件和電路工作原理的理解，并學(xué)會(huì)將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中， 達(dá)到在應(yīng)用中掌握知識(shí)的目的。2. 本課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要 求等):選用合適的電力電子元器件，設(shè)計(jì)一個(gè)在線互動(dòng)式不間斷電源，主要 要求如下：(1) 輸

2、出電壓AC220V負(fù)載功率5kW(2) 變壓器的二次側(cè)電壓(即輸入的相電壓)U為220V。3. 對(duì)本課程設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（論文）、圖紙、實(shí)物樣品等：（1）選定供電方案；（2）設(shè)計(jì)主電路，選擇主電路的參數(shù)；（3）設(shè)計(jì)整流器的相控觸發(fā)電路；（4）設(shè)計(jì)保護(hù)電路及計(jì)算其相關(guān)參數(shù)。（5）編寫設(shè)計(jì)說明書，包括： 設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明； 控制系統(tǒng) 電路圖；控制程序（或流程圖）； 電氣元器件的選擇和有關(guān)計(jì)算； 電 氣設(shè)備明細(xì)表； 參考資料、參考書及參考手冊(cè)；其他需要說明的問題， 例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對(duì)課程設(shè)計(jì)的 認(rèn)識(shí)和建議等。4. 主要參考文獻(xiàn)：

3、1王兆安，黃俊電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，20002陳堅(jiān).電力電子學(xué)一一電力電子變換與控制技術(shù)，高等教育出版社，20043賀益康，潘再平.電力電子技術(shù)，科學(xué)出版社，20044徐德鴻，馬皓，等.電力電子技術(shù)，科學(xué)出版社，20065. 本課程設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃:起迄日期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日工作內(nèi)容下達(dá)任務(wù)書資料的收集、整理，方案論證硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件的設(shè)計(jì)與編寫設(shè)計(jì)說明書的編寫12月28日答辯教研室主任審查意見:負(fù)責(zé)人簽字： 在線互動(dòng)式不間斷電源原理1、當(dāng)市電電源的電壓處在 175264V之間時(shí)，在 U

4、PS電源 的邏輯控制電路的作用下，開關(guān)K0閉合時(shí)，位于UPS輸出通道上的作為轉(zhuǎn)換開關(guān)使用的小型繼電器的常閉觸點(diǎn)接通，使得不穩(wěn)定的市電電源直接送到負(fù)載上。因?yàn)槲C(jī)開關(guān)電源所允許的市電電壓工作范圍在150264V之間，所以，用戶的微機(jī)是可以正常運(yùn)行的。2、當(dāng)市電電源的電壓處在 150175V之間時(shí)，市電輸入電壓偏低，在UPS電源的邏輯控制電路的作用下，將開關(guān) K0開啟，K1閉 合。輸入的幅值偏低的市電電源在經(jīng)升壓處理后（一般從升壓繞組所輸出的電壓是市電輸入電壓的1.11.5倍），會(huì)將一個(gè)幅度較高（172195V）的市電電源經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。3、當(dāng)市電電源的電壓處在 264276V之間時(shí)，為防止出

5、現(xiàn)由于 將較高的市電電壓直接送往負(fù)載而損壞用戶負(fù)載的事故發(fā)生，在UPS的邏輯控制電路作用下，開關(guān)K0斷開，K2閉合。這樣，降壓繞組所輸出的市電電壓（一般為市電輸入電壓的0.9倍，此時(shí)的輸出電壓為：230250V），便會(huì)經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送往負(fù)載，從而達(dá)到用戶 負(fù)載安全運(yùn)行的目的。4、 當(dāng)市電電源的電壓處在上述的150276V范圍內(nèi)時(shí)，在線互 動(dòng)式UPS除了向用戶的負(fù)載提供 220V 20%的電源外，還經(jīng)身兼逆 變器/充電器兩種控制功能的變換器向電池組充電，以便在市電工作不正常時(shí)，提供足夠的直流能量。綜上所述，我們可以看到：當(dāng)市電供電正常時(shí)，送往用戶負(fù)載的電源實(shí)際上是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源。而且，在

6、此過程中，還需比較頻繁地重新調(diào)整輸入開關(guān)KO、K1和K2的工作狀態(tài)。為了降低成本，在“在線互動(dòng)式”UPS中常采用小型繼電器來作調(diào)控開關(guān)KO、K1和K2.小型繼電器在執(zhí)行上述調(diào)控過程時(shí)，它們的觸點(diǎn) 切換時(shí)間為4ms左右。這種切換控制方式所帶來的弊端之一是：會(huì)造成UPS對(duì)負(fù)載的供電產(chǎn)生瞬態(tài)中斷， 從而在負(fù)載的輸入端造成瞬 態(tài)擾動(dòng)或高壓尖峰干擾，從而造成微機(jī)誤動(dòng)作。未解決這一問題， 目前，有的廠家利用可控硅所構(gòu)成的“靜態(tài)開關(guān)”來代替原有的小 型繼電器開關(guān)KO、K1和K2。從應(yīng)用技術(shù)是角度來看， 可將這種UPS 電源在執(zhí)行市電輸入電壓調(diào)壓時(shí)可能產(chǎn)生的供電時(shí)間的中斷降低 到零，從而明顯地改進(jìn)了在線互動(dòng)式

7、UPS的輸出特性。然而，事情總是一分為二的。如果把這種在線互動(dòng)式 UPS連到被諧波嚴(yán)重“污 染”的電網(wǎng)中時(shí)，則會(huì)由于這種被“污染”的正弦波電源可能出現(xiàn) 多個(gè)。玄務(wù)翦 Kt t-_L電砂 癥強(qiáng)”1* r rn I T | Ett i ki 覚電蘭；)TI圖1、在線互動(dòng)式不間斷不間斷原理圖1、主電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2所示為新型單極倍頻 SPWM軟開關(guān)DC/AC逆變器主電路原理圖。圖3為其主要工作波形。該電路在硬開關(guān) SPWMDC/AC逆變器的基礎(chǔ)上添加了電容C1, C2, C3, C4, Cr1，Cr2，CE1, CE2電感 Lr1，Lr2，其中電容 C1=C2=C3=C4 Cr1=Cr2，電感 Lr

8、1=Lr2，大容量電解電容 CE1=CE2視為恒壓源。這些元件為電路中的 4只功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(zvs創(chuàng)造了條件。圖3主電路主要工作波形三、設(shè)計(jì)整流器的相控觸發(fā)電路本次設(shè)計(jì)的整流器的相控觸發(fā)電路米用了二相橋式觸發(fā)電路本次 設(shè)計(jì)采用的芯片是KJ004,其電路圖如下5VKJ004町控硅移相觸狡電路適用單料I.二相全控橋式供電集攤中.f1的駁路脈沖移相觸以KJ004器件輸出兩路相渥度的移相脈沖lJ以方便地構(gòu)成全擰橋式觸 發(fā)器線路KJ004電路具有輸出負(fù)載能力大、穢相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、 樓相JEB3寬、對(duì)同步電壓要求低有脈沖列調(diào)制輸出端等功龍與特點(diǎn).電路件說理:KJ004電路由同步

9、檢測電路、鋸齒液形成電路備形電壓.移相電 壓及鋸齒波電壓綜含比較放大電路和功率放大電路四部分俎成、電路原理如圏4所示”鋸 忻波的斜率収抉于流過RPl的充電電流和電容G的人?。杭巴饨釉暢闪艘葡?環(huán)節(jié)、改變了 導(dǎo)通的時(shí)刻.從而調(diào)節(jié)了脈沖的相徐在聽集電極就得到固定處度的移 相脈沖*其寬度取決于充電時(shí)間常數(shù) 陽5的大認(rèn) 由于 % 比的脈沖分選作用便得 同步電壓在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差18C的脈沖產(chǎn)生.這樣，要茯視三相全控橋式蔡流 電路脈沖，只需要三個(gè)與主電豁同相的同步屯尿就行了融發(fā)電路為丁極性型.即移相電 壓增加.導(dǎo)通和毗大K00斗的同步電伍為仃意伉。3.1整流器的相控觸發(fā)電路ns二 二r呻w I

10、KJ041STJ T _三相半控橋整流電路的集成觸發(fā)電路以上觸發(fā)電路為模擬的，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠，缺點(diǎn)： 易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較高，可達(dá)3。7。， 精度低數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對(duì)稱度很好，如川于8位單片機(jī)的數(shù) 字觸發(fā)器精度可達(dá)07。15。觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施 加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系11五、整流器件的選擇及型號(hào)的確定晶閘管SCR為雙極型器件，它具有電子和空穴兩種載流子的導(dǎo) 電功能。晶閘管正常工作時(shí)的特性為：(1) 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管 都不會(huì)導(dǎo)通。(2) 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門

11、極有觸發(fā)電流的情況卜，晶 閘管才能導(dǎo)通。(3) 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去作用，不論門極是否有觸發(fā)電流,確定型號(hào):設(shè)空=30 dnw2ior20/品閘管額定電流:* ITyrtAFy = 0.386 Z j = 0.3K6 * 20 = 736/4E57寸打=0.816 *20 = 16.3MFT16.31J輸出平均電流值:通常取FF5= (1.5 2) = (1.5 i 2*= 15.6 j 20t8j1E57L57愉出電爪:1 -U = ( 3 yfhU 2 sin wtd 屮二 2 34 U 孑 cow a 貳 *+fT52.34 cos a2102,34 *cos 30=103.63

12、k因此變壓器采用星形接線四.部分單元電路設(shè)計(jì)4.1整流電路220V交流電源輸入，經(jīng)過整流電路將電壓轉(zhuǎn)換成直流給蓄電池充 電。電路如圖2所示，這是一種不可控整流電路，常用于小功率單 相交流輸入的場合整流電路4.2斬波電路電流經(jīng)過整流電路部分整流成直流，經(jīng)過降壓斬波電路降壓，其 實(shí)則為將固定的直流電通過電力電子開關(guān)的作用變?yōu)榱硪还潭?壓或可調(diào)電壓的直流電。 直流斬波電路分為降壓斬波電路、升壓斬波電路這兩種最基本的電路， 本次課程設(shè)計(jì)在此處采用降壓斬波電 路。斬波電路工作原理：當(dāng) t=0時(shí)，V導(dǎo)通，E向負(fù)載供電，u=E，i按 指數(shù)曲線上升；當(dāng)t=t1時(shí)，V關(guān)斷，i經(jīng)VD續(xù)流，u近似為零，i 成指數(shù)

13、曲線下降，為使i連續(xù)且脈動(dòng)小，通常使 L值較大。圖3中，為在V關(guān)斷時(shí)充電以及給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管 VD。該電路由整流輸出端輸入，經(jīng)過整流后輸 出給電源向后續(xù)電路供電。圖3斬波電賂4.3斬波電路控制電路波電路有三種控制方式：（一），保持開關(guān)周期T不變，調(diào) 節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t，稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬式；（二）， 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制 或調(diào)頻型；（三），t和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合 型。此次選用脈沖調(diào)寬式。通過該電路產(chǎn)生方波控制斬波電 路中V的開斷，從而實(shí)現(xiàn)控制斬波電路。4.4充電電路蓄電池的電流由斬波電路輸出，經(jīng)過濾波電路將電流中的

14、雜 波濾除，保證充電的穩(wěn)定性及電流的高質(zhì)量。 蓄電池在市電 正常的情況下也工作，只進(jìn)行蓄電過程并不放電，此時(shí)電路 由市電提供電能；當(dāng)市電出現(xiàn)異常甚至斷電時(shí)，由蓄電池替 其工作，為逆變電路提供電能，以保證負(fù)載的正常運(yùn)行，提 高了電路抗干擾的能力。DCLVDH-BATTERY圖3濾波及蓄電池充電4.5逆變器及逆變電路逆變有電壓型逆變電路和電流型逆變電路。 此次課程設(shè)計(jì)選 用電壓型單相全橋逆變電路 逆變有電壓型逆變電路和電流型逆變電路。 此次課程設(shè)計(jì)選 用電壓型單相全橋逆變電路。如圖6,功率晶體管由基極驅(qū) 動(dòng)電路提供激勵(lì)信號(hào)，VT1、VT4和VT2、VT3在分別獲 得激勵(lì)信號(hào)后，進(jìn)入輪流導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)。各IGBT的柵極 信號(hào)為180度正偏，180度反偏，并且VT1和VT2的柵極 信號(hào)互補(bǔ)，VT3和VT4的柵極信號(hào)互補(bǔ)；逆變電路輸出電 壓中除了基波外還含有一定的諧波成分，所以需設(shè)置濾波直流電流經(jīng)過逆變電路逆變由輸出端輸出獲得交流電，再經(jīng)交流濾波電路去除其雜波，經(jīng)過變壓器變壓后供給負(fù)載圖6逆變電路4.6逆變器控制電路逆變器控制電路采用芯片 SG3524控制，SG35