UPS畢業(yè)設(shè)計論文_逆變電路_PWM調(diào)制_電氣專業(yè)

1、電力電子裝置及系統(tǒng)課程論文ups電源設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化姓名： 左立剛學(xué)號：031040522指導(dǎo)老師： 陳坤隸日期：2013年11月3日目錄第1章前言41. 1 ups 介紹51.1.1 ups發(fā)展過程51.2國內(nèi)外研究狀況71.2. 1 ups研究的目的71.2.2 ups研究意義81.2.3國內(nèi)外供電電網(wǎng)現(xiàn)狀81.3 ups系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)91.3. 1輸入指標(biāo)91.3.2輸出指標(biāo)91.3.3電池指標(biāo)91.3.4其他指標(biāo)101.3.5系統(tǒng)特點10笫2章 系統(tǒng)背景知識及理論基礎(chǔ)112. 1電網(wǎng)中斷及不穩(wěn)定情況 112. 1. 1供電間斷原因122. 1.2電網(wǎng)諧波危害122. 1. 3

2、電力系統(tǒng)在低頻率運行142.2 ups系統(tǒng)功能概述 142. 3系統(tǒng)工作原理152. 3. 1蓄電池技術(shù)152.3.2不間斷供電原理162.4逆變器原理172.4. k逆變電路主要性能參數(shù)172.4.2三相橋式逆變電路及其控制方式192.5 pwm型三相橋式逆變電路202.6主要器件介紹212.6. 1 品閘管 scr212. 6. 2 場效應(yīng)管 m0sfet212.6.3絕緣柵晶體管tgbt212. 6.4運算放人器lm324222.6.5變壓器222.6.6壓敏電阻232. 7各功能模塊電路介紹232. 7. 1整流電路232. 7.2其余電路24第3章系統(tǒng)破件設(shè)計263. 1系統(tǒng)總體框圖

3、263.2逆變電路結(jié)構(gòu)263.3 pwm脈寬調(diào)制263.4驅(qū)動電路283.5過流保護29第4章系統(tǒng)仿真304. 1系統(tǒng)仿真30參考文獻35摘要隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，國民經(jīng)濟、國防軍工、政府 部門的各個領(lǐng)域要保障計算機信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運行，就離不開ups不 間斷電源，這已成為信息業(yè)界乃至各行各業(yè)的共識。根據(jù)ups不間斷供電的原理，以提高ups的可靠性為基本點，從ups電源裝 置的結(jié)構(gòu)和形式來考慮其設(shè)計方案。整個ups主電源裝置由整流/充電器、逆變 器、靜態(tài)旁路、維修旁路等部分組成。整流/充電器（包括蓄電池）為ups提供在 線工作的能量輸入；逆變器為ups提供在線工作的

4、高質(zhì)量的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電輸 出；靜態(tài)旁路為ups在整流/充電器或者逆變器故障情況下提供旁路工作電源， 逆變器供電和靜態(tài)旁路供電之間可實現(xiàn)不間斷供電切換；維修旁路為ups定期檢 修或故障維修時提供旁路電源。ups主要分為，its運行方式部分，開關(guān)電源部分和電壓逆變部分，且每一 部分都有其典型的控制芯片組成。論文屮的ups電路簡單的體現(xiàn)了 ups電源的基本功能，實現(xiàn)dc-ac的逆變過 程，最終實現(xiàn)頻率50hz的220v交流電壓輸出。關(guān)鍵字：ups電源，斷電續(xù)用，電力電子，智能網(wǎng)絡(luò)化，在線式第1章前言隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，國民經(jīng)濟、國防軍工、政府 部門的各個領(lǐng)域要保障計算機信息網(wǎng)

5、絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運行，就離不開ups不 間斷電源，這已成為信息業(yè)界乃至各行各業(yè)的共識。1. 1 ups介紹ups不間斷電源為在線式ups電源，這種方式的不間斷電源在ups電源當(dāng)中 性能是比較完美的一種。它可以很好的解決市電的浪涌持續(xù)的高壓或低壓斷電等 問題。而在市電故障的時候則有蓄電池給電源逆變部分供電，從而保證ups的不 間斷供電。ups作為保護性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義。i'|j電電壓 輸入范圍寬，則表明對市電的利用能力強（減少電池放電）。輸出電壓、頻率范 帀小，則表明對市電調(diào)整能力強，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形 的穩(wěn)泄性而電壓穩(wěn)雄度則說明當(dāng)ups突然由

6、零負載加到滿負載時，輸出電壓的穩(wěn) 定性。智能型ups是當(dāng)今ups的一大發(fā)展趨勢，隨著ups在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上應(yīng)用，網(wǎng) 絡(luò)管理者強調(diào)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為保護對象，希望整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在供電統(tǒng)岀現(xiàn)故障 時，仍然可以繼續(xù)工作而不中斷。因此ups內(nèi)部配置微處理器使之智能化是ups 的新趨勢，ups內(nèi)部硬件與軟件的結(jié)合，大幅度提高了 ups的功能，可以監(jiān)控ups 的運行t作狀態(tài)，還可以通過軟件對電池進行檢測、自動放電充電，以及遙控開 關(guān)機等。網(wǎng)絡(luò)管理者就可以根據(jù)信息資料分析供電質(zhì)量，依據(jù)實際情況采取相應(yīng) 的措施。當(dāng)ups檢測出供電電網(wǎng)中斷時，ups自動切換到電池供電，在電池供屯 能力不足時立即通知服務(wù)器做關(guān)機的準(zhǔn)備工作

7、并在電池耗盡前自行關(guān)機。1. 1. 1 ups發(fā)展過程最初的ups是本世紀六十年代初由旋轉(zhuǎn)電動機供應(yīng)能量的動態(tài)ups,即不間 斷是靠動能維持，使用動能轉(zhuǎn)換為電能實現(xiàn)電能持續(xù)供應(yīng)的。這種早期ups的輸 出穩(wěn)定是靠慣性飛輪對短時間電壓突變和干擾無反應(yīng)；不間斷性是靠斷電后飛輪 的慣性延長供電時間。當(dāng)然這種ups的后備時間是很短的（-般不超過5秒），于 是人們開始使用備用蓄電池組，這是早期ups的典型結(jié)構(gòu)（如圖所示）。這樣的 ups雖然可以靠增人蓄電池容量來延氏后備時間，但轉(zhuǎn)換效率低，于是出現(xiàn)了內(nèi) 燃式ups系統(tǒng)，這種ups靠內(nèi)燃機提供斷電后的能量。動態(tài)ups設(shè)備龐大笨重、 操作不夠靈活、而且效率低、

8、噪聲大。市 電圖1-1 ups內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著電力電子學(xué)的發(fā)展，為實現(xiàn)大功率的電能轉(zhuǎn)換，于是出現(xiàn)了靜態(tài)ups, 它的主電路和控制電路均采用半導(dǎo)體器件，它也是冃前絕大多數(shù)概念屮的ups, 其典型框圖如圖所示。其基本原理是：市電輸入經(jīng)整流器將交流電變成直流電， 一方面給蓄電池組充電，另一方面為逆變器提供能量，再將直流電變成交流電經(jīng) 轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載；當(dāng)逆變器發(fā)生故障時，另一路備用電源(旁路電源)經(jīng)過轉(zhuǎn)換 開關(guān)實現(xiàn)向負載供電。另路電源市電-k圖1-2 ups工作流程靜態(tài)ups的工作方式有在線式和斤備式，兩者主體結(jié)構(gòu)大體相同，只是后者 在市電正常時工作在旁路(bypass)，而前者只有當(dāng)逆變器故障或過載時

9、才由旁路 電源供電。一般來說，從性能上講，在線式優(yōu)于后備式;從容量上講，后備式一 般不大于3kva,而在線式不受此限制，h前單機容量可以做到600kva以上。ups的裝機容量正不斷擴大，并聯(lián)成為擴大容量或者兀余系統(tǒng)的必然方法。 比如m. g, ex1de等公司的ups機內(nèi)信號用微機處理、通訊采用普通信號，而s1el 公司采用光纖通訊，從而實現(xiàn)多臺ups的同相同幅、均負載的功能。由于單相進單相出給市電配屯帶來極人困難，于是出現(xiàn)了三相入單相出(3/1) 的ups,其最犬容量可達60kva以上，這種單相輸出的ups在切換到旁路時、滿 負載情況下市電對應(yīng)的一和將嚴重超載，因此廠家推出了三相入三相出的u

10、ps產(chǎn) 品，而且有三相負載100%不平衡產(chǎn)品。為改善后備式ups的供電質(zhì)量，人們研 制了凈化ups,即將凈化電源加在旁路電源上。近期又出現(xiàn)了不間斷蓄電池系統(tǒng)ubs,見圖所示。它結(jié)合了動態(tài)ups和靜態(tài) ups的優(yōu)點，只是噪聲稍大，主要應(yīng)用于特殊場合，如野外、地下室等環(huán)境惡劣 的場所。圖1-3 ups普通應(yīng)用1.2國內(nèi)外研究狀況1.2. 1 ups研究的目的早期的ups產(chǎn)品因電子技術(shù)及相關(guān)技術(shù)水平、工藝水平等方面的限制，備用 時間短，智能性差，所以主要作為計算機的備用電源，其它行業(yè)涉及較少，因而 普及率很低，受其所限，發(fā)展速度不快。但是，隨著微型計算機應(yīng)用的日益普及 和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們

11、對供電的質(zhì)量要求越來越高。這是因為在微型 計算機特別是企、事業(yè)單位的計算機網(wǎng)絡(luò)運行期間供電的中斷，將會導(dǎo)致隨機存 儲器中數(shù)據(jù)的丟失和程序的破壞，有時甚至?xí)勾疟P盤面及磁頭遭到損壞，造成 難以彌補的損失。不但如此，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)力水平的提高各行各業(yè) 的許多關(guān)鍵設(shè)備對電源的要求也是如此。于是高性能、高可靠性ups越來越受到 人們的關(guān)注。從國防、航天、科研到醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸，從銀行 證券到商貿(mào)銷售，從通訊行業(yè)直至以信息高速公路為代表的新興信息產(chǎn)業(yè)，無不 用到ups,從此ups不再只是工業(yè)，計算機業(yè)的寵兒，而真正被社會，被各行各 業(yè)所接受，所容納。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計算

12、機技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對 ups的要求越來越高：不但要求供電質(zhì)量高，而且要求智能化，這也是科學(xué)技術(shù) 發(fā)展的必然趨勢。人們希望將現(xiàn)代電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)等ups相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于ups不間斷屯源，使ups電源供電系統(tǒng)變得越來越完 善，對各種性質(zhì)的負載適應(yīng)性更強，產(chǎn)品種類更齊全。實際上，ups經(jīng)過近四 十年的發(fā)展至今，性能指標(biāo)基本相似，不同點在于功能上的拓寬、創(chuàng)新及可靠性 的高低。pwm（脈寬調(diào)制）技術(shù)和功率晶體管及組合管、場效應(yīng)mosfet管、igbt 等己被ups普遍采用，從而降低了 ups的可聞噪聲，提高了效率和可靠性。特別 是口 80年代以來，微處理器技術(shù)

13、、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程的迅猛發(fā)展，并引入 ups領(lǐng)域，人人拓寬了 ups的功能。顯示方式從數(shù)碼顯示到液晶顯示，使得人機 “對話”更加方便。利用cpu的強大處理功能，可做到自動診斷、自動開關(guān)機、 自動打印運行記錄，起到監(jiān)控、管理系統(tǒng)的作用。1.2.2 ups研究意義隨著ups在計算機網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用不斷發(fā)展，ups不再是單純供電、僅僅保護 服務(wù)器，而是強調(diào)以整個網(wǎng)絡(luò)為保護對象。用戶希望ups保護的對象不再是特定 的運算設(shè)備為主，而是讓網(wǎng)絡(luò)在電源出現(xiàn)異常時，仍然可以繼續(xù)工作而不中斷。 因此，ups監(jiān)控防護軟件是ups的新發(fā)展，這種軟硬件的新搭配有助于大幅度提 高ups的功能，使其趨向人性化；同時大大拓

14、寬了 ups在計算機及網(wǎng)絡(luò)屮的應(yīng)用。 智能ups就是在這種形勢要求下發(fā)展起來的所謂智能ups就是將傳統(tǒng)ups通過與 pc上位機相連的硬件接口，結(jié)合特殊設(shè)計的軟件（稱為監(jiān)控軟件）以提供屯源和 資料的雙重保護。因此監(jiān)控軟件是ups智能化的關(guān)鍵部分?？谇皍ps各大廠家都 將ups的監(jiān)控軟件作為產(chǎn)品競爭力的一個重要籌碼。ups不間斷電源本身是集數(shù) 字與模擬技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、微處理器及軟件編程等技術(shù)于一 體的密集型電子產(chǎn)品。另外，隨著微處理器和計算機應(yīng)用的普及，將其引入ups 系統(tǒng)，研制智能ups是ups發(fā)展的必然趨勢。ups的發(fā)展，并由此推動與z相關(guān) 技術(shù)的發(fā)展，這也是我選擇本設(shè)計題冃

15、的初衷。目前我國所用的ups大多是國外的產(chǎn)品，進口產(chǎn)品品種齊全，功能完善，但 是用戶在使用和維修等方面有許多不便，而且價格昂貴。最近兒年，雖然國內(nèi) ups生產(chǎn)廠家不但增多，但是由于技術(shù)水平的限制，產(chǎn)品還是以傳統(tǒng)模擬式為主, 所以期待著髙性能的國產(chǎn)ups電源的出現(xiàn)雖然冃前ups技術(shù)己經(jīng)比較成熟，帶負載的能力大多還是可以滿足要求的， 但是，對于整個逆變器來講，其采用不同的電路拓撲結(jié)構(gòu)的逆變器使得ups的整 機性能和穩(wěn)定性也不盡相同，因此木文研究的ups系統(tǒng)本著讓ups系統(tǒng)帶負載能 力更強，當(dāng)負載突然變化命令ups的工作更加穩(wěn)定，同時保證ups整機適合其發(fā) 展趨勢為原則進行展開的。1.2.3國內(nèi)外供

16、電電網(wǎng)現(xiàn)狀表1-1國內(nèi)外供電情況對比配電網(wǎng)運行、管理國內(nèi)現(xiàn)狀國際先進水平供電可靠率（ps-1）99. .897%（1999年）,電力部要求東京20min,法h 94min,美國99. 96%58min,荷蘭lomin,香港、新用戶平均年停電時間9. 77h加波20min配電線路架空線為主，少量電纜（北京、上海、城市主要用電纜，低壓線路廣州稍多）存在大量低壓配電線路短，或局部在建筑內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單輻射式，少數(shù)雙回線，缺少規(guī)劃主干線，口動化環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(n-1),網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)(n-2)配電設(shè)備少油，真空，少量sf6定期維護、檢 測完成“無油化”改造，全部為 真空或sf6免維護，極少檢修自動化程度手動，自動

17、兼有，手動操作為主自動，運行，可實現(xiàn)自動故障識別，隔離，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)故障停電時間兒個小時<lmin維護與管理維護計劃am/fm/gis 技術(shù)線路損耗8. .6%5%6%由上表屮可以看岀我國很難保證用電端的供電質(zhì)量，研究一種高可用的ups 供電系統(tǒng)是我國當(dāng)前以及今后的方向z-o1.3 ups系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)1. 3. 1輸入指標(biāo)a.額定電壓b電壓范圍c頻率d輸入方式e功率因數(shù)1.3.2輸出指標(biāo)a.電壓b電壓失真度c頻率d過載能力e功率因數(shù)f峰值因數(shù)g整機效率1. 3. 3電池指標(biāo)a.類型b內(nèi)置電池節(jié)數(shù)c額眾電壓d備用時間e充電時間1.3.4其他指標(biāo)a.安全規(guī)范b電磁兼容滿足c電涌保護d抗擾性保護e

18、 1. mtbf 系統(tǒng)f噪音(1m)1.3.5系統(tǒng)特點對于一套高質(zhì)量ups供電系統(tǒng)來說，它應(yīng)具有如下特性：(1) 高可靠性系統(tǒng)應(yīng)具有能提供365x24連續(xù)提供高質(zhì)量的ups逆變電源的供電能力。這 就意味著，在ups供電系統(tǒng)的運行中，既不允許出現(xiàn)任何瞬間供電中斷/停電事 故，也不允許出現(xiàn)由普通的市電經(jīng)交流旁路直接向用戶負載供電的情況。為此， 要求ups供電系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：由于ups單機本身的故障率低，因此冃前大型ups產(chǎn)品的平均無故障工作時 間(mtbf)為20萬40萬小時。采用具有高度容錯功能的“n+1”型ups冗余并機系統(tǒng)來進一步提高ups供 電系統(tǒng)的可靠性(“1 + 1”型冗余并機系統(tǒng)

19、的典型mtbf值可達140萬200萬小 時)。在整套ups供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在單點瓶頸故障隱患。允許在ups逆變電源連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行不停電的維護和檢修操作。萬一在用戶設(shè)備端出現(xiàn)短路故障時，應(yīng)將故障的影響縮小到盡可能小的范 圍。(2) 高抗干擾性ups供電系統(tǒng)能使設(shè)備獲得高“可利用率”，并可為其創(chuàng)造優(yōu)良的運行環(huán)境。大量的運行實踐表明：電源干擾問題是造成設(shè)備的“可利用率”下降的重要 原因z-o在此需說明的是：電源干擾不僅來源于普通的市電電網(wǎng)，它還來源于 設(shè)計不完善的ups本身及用戶的設(shè)備本身。這是因為配置在1dc和mdc機房內(nèi)的 服務(wù)器、磁盤陣列機和交換機等均內(nèi)置有開關(guān)電源，這種整流濾波型非

20、線性負載 會向ups供電系統(tǒng)反射323次低次諧波干擾，可能帶來降低話咅質(zhì)星的惡果。 實踐證明，過大和過頻地出現(xiàn)電源干擾，輕者會導(dǎo)致的傳輸速率下降，網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 器的數(shù)據(jù)丟包率增大等隱性故障，從而導(dǎo)致設(shè)備被迫進入“降額使用”狀態(tài)，嚴 重時會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。由此可見，高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對ups供電系統(tǒng)所能提供的電源 質(zhì)量提出更為嚴格的要求。第2章系統(tǒng)背景知識及理論基礎(chǔ)ups系統(tǒng)應(yīng)世界科技發(fā)展局勢要求，特別是信息技術(shù)的高速發(fā)展，迫切需要 保證電能質(zhì)量，在電能發(fā)生不穩(wěn)定或者屮斷時，能及時保障用戶的利益。而就在 飛速發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)品和電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)生了 ups這一貼近生活，應(yīng)用廣 泛的科技產(chǎn)品

21、。2.1電網(wǎng)中斷及不穩(wěn)定情況隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，社會對屯力資源的需求口益增長，用戶對電 力系統(tǒng)的要求也越來越高。供電的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟增長和滿足 用戶需求的重要問題。我國作為裝機容量和年發(fā)電量均居世界第二位的電力大國，由于國土遼闊、 動力資源與用電屮心相距遙遠、城鄉(xiāng)家用電器設(shè)備的大量普及，對用戶端電力電 壓的穩(wěn)定性提出了更高的要求。保障供電的穩(wěn)定性也是改善內(nèi)外部投資環(huán)境、滿 足人民日益增長的生活水平以及提升綜合國力的重耍體現(xiàn)。我國最早的電廠由英商旗昌洋行于1882年開辦的，最初為粵恒電燈公司， 被官商合股收購。我國市電起初主要在殖民地使用，大部分為日本的殖民地，其 中東北

22、的電網(wǎng)最大，約占全國的50%。在不同地區(qū)，110v和220v市電都有使用 的經(jīng)歷。至解放前，我國還是多種電圧和頻率并存，主要是與發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)國 制式有關(guān)。新小國成立后，統(tǒng)一了全國的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)為220v 50hzo 一方面是 由于我國沿襲前蘇聯(lián)的制式;另一方面，因為我國國土幅員遼闊，供電半徑要比 美洲國家大，出于降低能耗，減少農(nóng)村、山區(qū)用電成木的h的，我國采用的是比 美洲發(fā)達國家更高的市電電壓制度。220v電壓與110v電壓相比的優(yōu)點：第一， 傳輸耗電小，減少了能量損耗第二，傳輸相同電量，在損耗相同的情況下，使用 的導(dǎo)線橫截而積耍小一倍，節(jié)約了大量的金屬資源第三，相對減少了變壓器的t 作負荷

23、，使變電這一關(guān)鍵而又脆弱的節(jié)點有了更多的安全保障第四，對偷盜電力 設(shè)備的行為客觀上產(chǎn)生了遏制。圖2-1 lps簡化結(jié)構(gòu)2.1.1供電間斷原因1）交流輸入電源突然發(fā)生停電。造成這種突然停電的原因較多，供電線路檢修計劃停電電力設(shè)備在運行一定周期后，需停電進行檢修維護。供電線路突發(fā)性故障停電電從發(fā)電廠經(jīng)過輸電線路，變配電站一直到用戶家中的許多環(huán)節(jié)，任一環(huán)節(jié) 出了故障，遭到外力破壞，或遇到不可抗拒的自然災(zāi)害，都會造成停電事故。如 果突然出現(xiàn)大面積的停電，很可能是由于線路突發(fā)故障導(dǎo)致停電，欠費停電如客戶未在規(guī)定繳費期內(nèi)及時交費，有關(guān)部門會根據(jù)相關(guān)依據(jù)對其采取停電 的措施低壓故障停屯有人私自増加屯器設(shè)備，

24、超容量使用引起變壓器、開關(guān)、電度表等電器元件 燒壞?？傞l、分閘等內(nèi)部設(shè)備故障，樓內(nèi)線斷線、空氣開關(guān)跳閘等都會造成停電。2）交流輸入電源發(fā)生瞬間停電。3）電源裝置發(fā)生故障而中斷供電2. 1.2電網(wǎng)諧波危害1、諧波的產(chǎn)生諧波產(chǎn)生的根木原因是由于非線性負載所致當(dāng)電流流經(jīng)負載時，與所加的電 壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波諧波頻率是基波頻率的整倍 數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基 波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量諧波是正弦波,每個諧波都具 有不同的頻率、幅度與相角.諧波可以區(qū)分為偶次諧波與奇次諧波，第3、5、7次 編號的為奇次諧波，而2、4

25、、6、8等為偶次諧波，如基波為50hz時,2次諧波為 100hz, 3次諧波則是150hz. 一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大. 在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在. 對于三相整流負載，岀現(xiàn)的諧波電流是6n次諧波，例如5、7、11、13、17、19等, 變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波.從結(jié)構(gòu)上來看，變頻器有間接變頻器和直接變頻器z分間接變頻器將工頻電 流通過整流器變成直流,然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成可控頻率的交流.而直 接變頻器是將工頻電流直接變換成可控頻率的交流,沒有中間的直流環(huán)節(jié)它的 每相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆電路正反兩組按

26、一定周期相互 切換,在負荷上就獲得了交變輸出的電壓10, u0的幅值決定丁齊整流裝置的控制 角，頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率.忖前應(yīng)用校多的述是間接變頻器間 接變頻器有三種不同的結(jié)構(gòu)方式：(1) 用可控整流器變壓,用逆變器變頻，調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個環(huán)節(jié)上進行, 兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合；(2) 用不可控整流器整流斬波器變壓,用逆變器變頻，這種變頻器整流環(huán)節(jié)用 斬波器，用脈寬調(diào)壓：(3) 用不可控整流器整流，用pwm逆變器變頻，這種變頻器只有采用可控關(guān)斷 式器件(如igbt等)，輸出波形才會非常逼近正弦波。無論哪一種變頻器，都人量使用了晶閘管等非線性屯力電子元件，不管采用哪 種整流方式,

27、變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式都不是連續(xù)的正弦波，而是以脈動 的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動電壓 降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，經(jīng)過傅里葉級數(shù)分析可知，這種非同期 正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成.2、諧波的危害一般來講，變頻器對容量相對較人的電力系統(tǒng)影響不很明顯,而對容量小的 系統(tǒng),諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，它對公用電網(wǎng)是一種污染.諧波污染對電力系 統(tǒng)的危害是嚴重的，主要表現(xiàn)在：(1) 諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗.由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻 隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線

28、較細，當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命縮短以至 損壞；(2) 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作.對如發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生附加功 率損耗、發(fā)熱、機械振動和噪聲;對斷路器，當(dāng)電流波形過零點時，由于諧波的存 在可能造成高的di/dt,這將使開斷困難，并且延長故障電流的切除時間；(3) 諧波使電網(wǎng)屮的電容器產(chǎn)生諧振.工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器 比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振,但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗 值成倍減少,這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放人諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒 毀；(4) 諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放人,這就使 上述

29、危害大大增加，甚至引起嚴重的責(zé)任事故；(5) 諧波將使得繼電保護和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn) 較大誤差;諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大:如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干 擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質(zhì)量，重者丟失信息,使通信系統(tǒng)無法正常工作;影響 電子設(shè)備工作精度,使精密機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低;設(shè)備壽命縮短，家用電器工況變壞等.2.1.3電力系統(tǒng)在低頻率運行電力系統(tǒng)低頻運行是非常危險的，因為電源與負荷在低頻率下重新平衡很不 牢固，也就是說穩(wěn)定性很羌，甚至產(chǎn)生頻率崩潰，會嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行，并 對發(fā)電設(shè)備和用戶造成嚴重損壞，主要表現(xiàn)為以下幾方面：(1) 引起汽輪機葉片斷裂。在運行中

30、，汽輪機葉片由于受不均勻汽流沖擊而 發(fā)生振動。在正常頻率運行情況下，汽輪機葉片不發(fā)生共振。當(dāng)?shù)皖l率運行時， 末級葉片可能發(fā)生共振或接近于共振，從而使葉片振動應(yīng)力大大增加，如時間過 長，葉片可能損傷甚至斷裂。(2) 使發(fā)電機出力降低，頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，發(fā)電機兩端的風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量 減小,冷卻條件變壞，如果仍維持出力不變,則發(fā)電機的溫度升高，可能超過絕緣 材料的溫度允許值，為了使溫升不超過允許值，勢必要降低發(fā)電機出力。(3) 使發(fā)電機機端屯壓下降。因為頻率下降時，會引起機內(nèi)電勢卜-降而導(dǎo)致電 壓降低，同時，由于頻率降低，使發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低，同軸勵磁電流減小，使發(fā)電機的 機端電壓進一步下降。(4) 對

31、廠用電安全運行的影響。當(dāng)?shù)皖l運行時，所有廠用交流電動機的轉(zhuǎn)速都 相應(yīng)的下降，因而火電廠的給水泵、風(fēng)機、磨煤機等輔助設(shè)備的出力也將下降， 從而影響電廠的出力。其中影響最人的是高壓給水泵和磨煤機，由于出力的卜降, 使屯網(wǎng)有功屯源更加缺乏,致使頻率進一步下降，造成惡性循環(huán)。(5) 對用戶的危害:頻率下降，將使用戶的電動機轉(zhuǎn)速下降，出力降低,從而影 響用戶產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。另外，頻率下降，將引起電鐘不準(zhǔn)，電氣測量儀器誤丼 增大，安全口動裝置及繼電保護誤動作等。2.2 ups系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)預(yù)期實現(xiàn)當(dāng)市電輸入出現(xiàn)故障，突然停電時，ups替代市電實現(xiàn)一定時 間的對負載持續(xù)供電，保證負載正常工作。在市電質(zhì)量

32、較差時，通過整流濾波電路，提高改善市電質(zhì)量，保證負載輸入 穩(wěn)定，或者在市電不穩(wěn)定時，切換ups系統(tǒng)回路，使用備用回路或放電回路，用 電池儲備電能在一定時間內(nèi)替代市電輸出，輸岀穩(wěn)定的正弦電，保證生產(chǎn)工作一 定時間內(nèi)正常進行，減少因電網(wǎng)崩潰帶來的損失。ups是針對中國電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對電源的可靠 性耍求，克服中、大型計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣 的問題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純在線式智能型upso直流電源, 是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機等。ups和直流電源是企業(yè)重要的供電保障設(shè)備，傳統(tǒng)的維護管理包括：h常 巡

33、檢外觀，定期更換電池、濾波電容、風(fēng)機等易損件，大修時做電池活化等； 改造或采用換代設(shè)備，使用高級工具測試電池性能。這種管理方式企業(yè)投入成本 高，維護人員工作量大，不易實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，設(shè)備事故預(yù)防 能力低。實施在線維護管理可避免傳統(tǒng)方式的不足之處，獲得良好效益。ups的中文意思為"不間斷電源”,是英語auninterruptible power supply 的縮寫，它可以保障計算機系統(tǒng)在停電z后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急 存盤，使用戶不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)工作原理ups不間斷電源設(shè)計的基木原理是將輸入的交流電整流轉(zhuǎn)換為直流電，一方 面為備用蓄

34、電池充電，另一方面再將其逆變轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電。(1) 蓄電池是電網(wǎng)斷電或者電網(wǎng)電壓嚴重畸變時為負載供電的能量來源，是 ups實現(xiàn)其功能的重要保證。(2) 逆變器是ups輸岀穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電的核心組成，也是整個ups核心， 采用兀余備用單元也是為了保證負載供電的不間斷；(3) 旁路輔助電源是為維修、檢修ups,或者逆變器故障的情況下實現(xiàn)不間 斷供電的輔助電源。2. 3. 1蓄電池技術(shù)蓄電池技術(shù)的存在是ups系統(tǒng)得以實現(xiàn)的根本，自從1859年法國科學(xué)家普 朗特以鉛為電極制成鉛酸蓄電池以來，鉛酸蓄電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展與完善， 已經(jīng)成為批界上廣泛使用的一種化學(xué)電池，鉛酸蓄電池由于其成本低、容量

35、大、 安全可靠等特點，在通訊、鐵路、軍事、電動汽車、光伏發(fā)電等各個領(lǐng)域都有廣 泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為社會生產(chǎn)和人類生活中不可缺少的設(shè)備。蓄電池充電本 質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換的過程，蓄電池充電裝置實際上是一個充電電源，該充電電 源通過-定的控制算法使得輸出電壓和輸出電流與蓄電池充電曲線和吻合。h 前，常用的充電電源主要有以下三種：相控電源、線性電源和開關(guān)電源。(1) 相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它將市電直接經(jīng)過整流濾波后輸出直流， 通過改變可控硅整流器的導(dǎo)通相位角，來控制電源的輸出電壓。相控電源所使用 的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積龐大，由此造成和控電源本身體積龐大、 效率低下。而且該類電源動態(tài)響

36、應(yīng)差、可靠性低。h前相控電源已經(jīng)有逐步被淘 汰的趨勢。(2) 線性電源是另一種常見的電源，它是通過串聯(lián)調(diào)整管，可以連續(xù)控制的 電源。線性電源的功率調(diào)整管工作在放大區(qū)，通過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管 上的損耗功率較大，所以需耍采用大功率調(diào)整管并需要裝配體積很大的散熱器。(3) 開關(guān)電源的研究發(fā)展歷史比較短，在20世紀60年代中期開始了相關(guān)的 研究，并于當(dāng)時研制出了 dc/dc變換器，這為開關(guān)電源的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。七 十年代，出現(xiàn)了使用高頻變換技術(shù)的整流器，它使交流電不經(jīng)過工頻變換器，而 是直接整流再逆變?yōu)楦哳l交流，再整流濾波變?yōu)樗璧闹绷?。隨著電力電子技術(shù)和口動控制技術(shù)發(fā)展，尤其是大功率高壓場效

37、應(yīng)管等新型 高頻開關(guān)器件的出現(xiàn)，使得功率變換器的開關(guān)頻率得到很大的提高，減小了功率 變換器屮的變壓器體積和重量，從而大大減小了開關(guān)電源的體積和重量。開關(guān)電源由最初的低頻開關(guān)屯源發(fā)展到高頻開關(guān)屯源，其開關(guān)頻率越來越 高，控制技術(shù)也越來越完善，在蓄電池充屯裝置的設(shè)計屮，正是由于開關(guān)電源 的性能越來越完善，己逐步成為充電功率主電路設(shè)計的首選。2. 3.2不間斷供電原理圖2-2 ups工作原理框圖對比圖2-1和圖2-2得知(1) 在交流輸入電源正常的情況下，整流器一方面為逆變器提供直流輸入電 壓，同時另一方面向蓄電池充電，使蓄電池儲存能量；一交流輸入電壓發(fā)生異 ?；驍嚯?、或考整流器發(fā)生故障時，整流器就

38、無直流輸出，這時蓄電池自動代替 整流器向逆變器提供直流輸入電壓，逆變器仍能正常工作。當(dāng)市電恢復(fù)正?；蛘?整流器故障排除后，恢復(fù)整流器供電，這樣負載得到連續(xù)供電，不會產(chǎn)生間斷供 電的現(xiàn)象。(2) 當(dāng)逆變器發(fā)生故障時，很明顯，圖2-1所示結(jié)構(gòu)的ups就不能實現(xiàn)負載的 不間斷供電。解決的辦法有兩個：一是提供逆變器的備用單元；二是提供靜態(tài)旁路輔助電 源。具體來說:如果有逆變器的備用單元，當(dāng)逆變器故障時，通過快速開關(guān)立即 切換至備用單元，保證負載的不間斷供電，這時負載得到的仍是穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流 電；b.如果有靜態(tài)旁路輔助電源，當(dāng)逆變器故障時，通過靜態(tài)開關(guān)迅速切換至靜 態(tài)旁路電源，向負載供電，不過，這時負載

39、得到的是市電，供電質(zhì)量比較差，無 穩(wěn)壓穩(wěn)頻性能，但保證了負載不間斷供電。一旦逆變器故障排除，即可恢復(fù)運行。(3) 如呆市電交流輸入不正常的同時，逆變器乂發(fā)生故障，這時耍保證負載 的不間斷供電，可采用既有逆變器備用單元，又有靜態(tài)旁路電源的設(shè)計方案。當(dāng) 交流輸入恢復(fù)正?；蛘吣孀兤鞴收吓懦?，通過靜態(tài)旁路電源向負載供電；或者通 過逆變器向負載供電。這種方案可保證負載的供電不間斷。(4) 電源裝置根據(jù)實際情況需要定期檢修，這時必須斷開逆變器和靜態(tài)旁路, 但仍然要保證負載供電的不間斷，這時可采用增加維修旁路電源的方案。當(dāng)電源 裝置維修時，通過維修旁路開關(guān)切換至維修旁路電源，此電源取自市電；一目維 修完畢，

40、即切換至逆變器供電或靜態(tài)旁路電源供電。綜上所述，不間斷供電的原理實質(zhì)就是從電源裝置的組成結(jié)構(gòu)上考慮如何實 現(xiàn)負載的不間斷供電:采用兀余結(jié)構(gòu)或者其他可靠性設(shè)計方案。2. 4逆變器原理逆變器是在線式交流ups不間斷電源的核心，因為在在線式ups系統(tǒng)中，無 論市電正常與否，逆變電路都必須正常工作，除非逆變器發(fā)生故障，這是在線式 ups的特點決定的。因此，逆變器的設(shè)計在整個ups設(shè)計中顯得尤為重要。逆變是將直流電變?yōu)榻涣麟?，實現(xiàn)逆變的電路稱為逆變電路。ups不間斷電 源的交流輸出側(cè)直接和負載相連，其中的逆變電路屬于無源逆變。在許多場合，電網(wǎng)提供的50hz工頻電源不能滿足負載的特殊需要。ups不 間斷電

41、源的負載就是那些對電源的電壓和頻率的穩(wěn)泄性、波形畸變等有著嚴格的 要求，且絕不允許憐時停屯的特殊負載。逆變器的主要功能就是將整流/充電器 輸出的直流電壓變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻cvcf的交流屯。2.4.1、逆變電路主要性能參數(shù)描述逆變黠性能的參量和技術(shù)條件很多，這里僅就評價逆變黠時常用的 技術(shù)參數(shù)做一扼耍說明。(1) 使用環(huán)境條件逆變器正常使用條件：海拔高度不超過1000m,空氣溫度0+40°c。(2) 直流輸入電源條件輸入直流電壓波動范圍：蓄電池組額定電壓值的±15%。(3) 額定輸出電壓在規(guī)定的輸入電源條件下，輸出額定電流時，逆變器應(yīng)輸出的額定電壓值。 電壓波動范圍:單相220v

42、±5%,三相380±5%。(4) 額定輸出電流在規(guī)定的輸出頻率和負載功率因數(shù)下，逆變器應(yīng)輸出的額定電流值。(5) 額定輸出頻率在規(guī)定的條件下，同定頻率逆變器的額定輸出頻率為50hz：頻率波動范圍：50hz±2%o(6) 最大諧波含量正弦波逆變器，在阻性負載下，輸出屯壓的最大諧波含量應(yīng)w10%。(7) 過載能力在規(guī)定的條件下，在較短時間內(nèi)，逆變器輸出超過額定電流值的能力。逆變 器的過載能力應(yīng)在規(guī)定的負載功率因數(shù)下，滿足一定的耍求。(8) 效率在額定輸出電壓、輸出、電流和規(guī)定的負載功率因數(shù)卜，逆變器輸出有功功 率與輸入有功功率(或直流功率)之比。(9) 負載功率因數(shù)逆

43、變器負載功率因數(shù)的允許變化范圍，推薦值0. 7-1. 0o(10) 負載的非對稱性在10%的非對稱負載下，固泄頻率的三相逆變器輸出電壓的非對稱性應(yīng)w 10%。(11) 輸出屯壓的不對稱度在正常t作條件下，各相負載對稱，輸出電壓的不對稱度應(yīng)w5%。(12) 起動特性在正常工作條件下，逆變器在滿載負載和空載運行條件下，應(yīng)能連續(xù)5次正 常起動。(13) 保護功能逆變器應(yīng)設(shè)置：短路保護、過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護及缺相保 護。(14) 干擾與抗干擾逆變器應(yīng)在規(guī)定的正常工作條件下，能承受一般環(huán)境下的電磁干擾。逆變器 的抗干擾性能和電磁兼容性應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(15) 噪聲不經(jīng)常操作、監(jiān)視和維

44、護的逆變器，應(yīng)w95db；經(jīng)常操作、監(jiān)視和維護的逆變器，應(yīng)w80db。(16) 顯示逆變器應(yīng)設(shè)有交流輸出電壓、輸出電流和輸出頻率等參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，并有 輸入帶屯、通屯和故障狀態(tài)的信號顯示。在光伏/風(fēng)力互補系統(tǒng)選用逆變器時，首要的是確定逆變器如下幾個最主要 的技術(shù)參數(shù)：輸入直流電壓范圍，如dc24v、48v、110v、220v等；額定輸出電壓，如三相380v,還是單相220v；輸出電壓波形，如正弦波、梯形波或方波。2.4.2三相橋式逆變電路及其控制方式1、電路原理：逆變最基木的電路就是橋式電路。三和橋式逆變電路原理電路如圖3-1所圖中的開關(guān)s1-6代表實際電路中的電力電子功率開關(guān)器件。只要開關(guān)按

45、照 一定的規(guī)律斷開和閉合就能將直流電變?yōu)榻涣麟?。圖2-3三相橋式逆變電路原理圖在實際電路中，開關(guān)的切換（換相）通過換相電路或控制脈沖來實現(xiàn)。換相是 逆變電路中一個十分重要的概念，因為實際電路中的電力電子開關(guān)器件并不是理 想開關(guān)，它們的開通和關(guān)斷必須在一定的控制條件下進行。無論是全控型還是半 控型電力電子器件,只要給控制極適當(dāng)?shù)男盘?，就可以使其?dǎo)通；但是關(guān)斷時的 情況就不同,全控型器件可以用控制極信號使其關(guān)斷，而半控型的器件，必須采 用一定的外部條件或措施才能使具關(guān)斷。對于有自關(guān)斷能力的器件來說，換相可 通過口身來完成，稱為器件換相；否則要借助其他手段來實現(xiàn)換相，如電網(wǎng)換和、 負載換相、電容換相

46、。在木ups不間斷電源設(shè)計屮，逆變器的直流輸入側(cè)來白整流器的整流輸出或 者蓄電池的直流輸岀，屬于電壓源，因此本設(shè)計屮的逆變電路屬于電壓型逆變電 路。它一般采用180。導(dǎo)電模式，即在一個周期內(nèi)每個臂導(dǎo)通180%2.控制方式電壓型逆變電路的典型控制方式有相控和pwm控制兩種。相控是指控制觸發(fā)脈沖的相位，即脈沖觸發(fā)時刻來改變輸出電壓脈沖的寬 度，從而得到調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的作用。這種控制方式輸出電壓為矩形波，其中 含有較多的諧波，對負載有不利的彩響；且功率因數(shù)不高，調(diào)節(jié)時動態(tài)響應(yīng)慢。采用pwm控制方式能夠較好地克服上述缺點。pwm即脈沖寬度調(diào)制控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使 之輸出一

47、系列幅值相等、寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。按照一定的規(guī)則，對齊脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變輸出電壓的大 小，又可改變輸出頻率。理論和實踐證明pwm逆變電路具有很強的諧波抑制能力。 同時，它述具有下列特點：(1) 逆變輸出波形接近正弦波；(2) 動態(tài)響應(yīng)快；(3) 功率因數(shù)高。隨著自關(guān)斷器件的岀現(xiàn)并成熟后，pwm控制技術(shù)得到了很快的發(fā)展，pwm型 逆變電路獲得了廣泛的應(yīng)用。如今，pwm控制技術(shù)己成為電力電子技術(shù)中一個非 常重要的組成部分，它對提高電力電子裝置的性能，推動電力電子技術(shù)的發(fā)展起 著巨大作用。2.5 pwm型三相橋式逆變電路正因為pwm控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和

48、廣泛應(yīng)用，逆變電路越來越多地采用pwm 控制方式。卜面詳述pwm逆變器的基本原理。在采樣控制理論中，有一個重要結(jié)論:沖量和等而形狀不同的窄脈沖加在具 有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。這個結(jié)論是 pwm控制的重要理論基礎(chǔ)。下面以正弦脈寬調(diào)制spwm為例說明pwm控制的基本 原理。(a)(b)圖2-4 pwm控制的基本原理示意圖如圖2-4所示，在圖2-4a中，將正弦半波分成n等份，把正弦半波看成由 n個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于n/n,但幅值不 等，脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果此 脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不

49、等寬的審形脈沖序列代替，使審形脈沖的屮點和 相應(yīng)正弦等分的屮點重合，并且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分而積即沖量相等，就 得到了如圖2-4b所示的脈沖序列。這就是pwm波形。從中可看ill pwm各脈沖的 寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，此pwm波形和正弦半 波是等效的。對于正弦負半周，可用同樣的方法得到相應(yīng)的pwm波形。這種脈沖 的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的pwm波形，成為spwm波形。在pwm波形屮，要改變等效輸岀止弦波的幅值只要按同一比例改變各脈沖的 寬度即可。2.6主要器件介紹2.6. 1晶閘管scr晶閘管是最早出現(xiàn)得可控器件。其功率最大，使用最廣泛，在電力電子應(yīng)

50、用 領(lǐng)域中占有很重要的地位。普通型scr電壓高達6000v,電流達數(shù)千安培，口身 電壓降1.5v,開通僅需要在控制級上加一個小觸發(fā)脈沖，然后想要關(guān)斷這種器 件必須用電感、電容和輔助開關(guān)器件組成強迫環(huán)流電路。由于工作頻率低，關(guān)斷 電路復(fù)雜，效率低，功耗大，因此在pwm調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波還不夠完善，而且 噪音較人。目前ups中，主要把scr器件用作整流器和靜態(tài)開關(guān)。如圖2-5圖2-5 scr外形圖2. 6. 2場效應(yīng)管mosfet功率mosfet是一種全控型三端器件。其開關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn) 定性好，線性控制能力強，釆用電壓控制，易于實現(xiàn)計算機控制，因此常常作為 開關(guān)器件實現(xiàn)能量變換。一般

51、來說，mosfet驅(qū)動電路比bjt簡單。mosfet的缺 陷是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力低，承載能力和工作電壓低。功率mosfet晶 體管多用于電壓為500v以下的低功率高頻率能量變換裝置。由于器件受功率的 限制，因此只應(yīng)用與小型ups的斬波器或逆變器中。如圖2-6圖2-6 mosfet外形圖2.6.3絕緣柵晶體管igbtigbt是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型電力電子器件，既有單極性電壓驅(qū)動的mosfet得優(yōu)點，乂有雙極性器件bjt耐高壓、電流大的優(yōu)點。其開關(guān)速度顯然 較功率mosfet低，但遠高于bjt,又因為它是電壓控制器件，故控制電路簡單、 穩(wěn)定性好oigbt的最高電壓為1200v,最大電流為

52、1000a,工作頻率高達1000kiiz, 它具有屯壓控制和極短的開關(guān)時間。在ups屮，普遍用于逆變器和斬波器，也有 的用于整流器。2. 6. 4運算放人器lm324lm324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部包含4 組形式完全相同的運算放人器，除電源共用外，兩組運算放大器相互獨立，引腳 及內(nèi)部方框圖如圖2-7所示，lm324具有電源電壓范i韋i寬，靜態(tài)功耗小，可單電 源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于各種電路中。管腳連接（俯視圖圖2-7運算放人器3入13 輛神 u輸4 入 卅輸 輸 ） 可23232 22. 6. 5變壓器變壓器采用普通工頻變壓器，初級為12v,次級

53、為220v,外形見圖2-8o圖2-8 變壓器2.6.6壓敏電阻壓皺電阻器簡稱vsr,是一種對電壓皺感的非線性過電壓保護半導(dǎo)體元件。 它在電路中用文字符號“rv”或表示，圖2-9是外形圖，圖2-10為電路圖 形符號。圖2-9壓敏電阻外形圖圖2-10電路圖形符號27各功能模塊電路介紹2. 7. 1整流電路整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈 動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓匕經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混 合電壓。習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。vd,圖2-11全波整流電路72a開 2"3

54、t 4t/ 觀uok/wvohzwk兀 2?r 3tf 4tt 喊圖2-12輸入曲線與輸出曲線圖2-11為全波整流電路，圖2-12是輸入曲線與輸出曲線，將交流電轉(zhuǎn)換成 單向脈動性直流電。通過二極管的單相導(dǎo)通的特性，使輸出曲線全在正半軸，輸 出脈動直流電流。整流變壓器在設(shè)計中的作用有三：（1）它可擴大整流電路中晶閘管控制角的調(diào)節(jié)范圍，提高調(diào)節(jié)性能。（2）起隔離作用。它使整流電路與電網(wǎng)電源隔離開來，使它們之間不發(fā)生電 的直接聯(lián)系，這樣可減輕電網(wǎng)對整流/充電電路的干擾和影響，同時也減少了整 流/充電電路對電網(wǎng)上其他用電設(shè)備的干擾。（3）降壓作用。整流變壓器將電網(wǎng)電壓變換成與負載相匹配的電壓，這有助

55、于提高晶閘管整流器的性能。一般情況下，整流器的副邊次級電壓低丁原邊初級 電壓，因此這里的整流變壓器屬降壓變壓器。它的接線方式要與同步變壓器接線 和配合，以滿足主冋路電路與同步電壓之間的相位關(guān)系。2. 7.2其余電路濾波電路:濾波的方法一般采用無源元件電容或電感，利用其對電壓，電流 的儲能特性達到濾波的冃的.由于電抗兀件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器 c在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就 把能量釋放出來，使負載電圧比較平滑，即電容c具有平波的作用；與負載串聯(lián) 的電感l(wèi),當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起 來，而當(dāng)電流減小時，乂把能量釋

56、放出來，使負載電流比較平滑，即電感l(wèi)也有 平波作用。濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容 器c接在最前面）和電感輸入式（電感器接在最前面）。前一種濾波電路多用于 小功率電源屮，而后一種濾波電路多用于較大功率電源屮（而冃當(dāng)屯流很大時， 用電感器與負載串聯(lián)）開關(guān)機控制：開關(guān)機控制電路由繼電器作為執(zhí)行部件，當(dāng)繼電器吸合時，限 幅放人器輸出的信號對地短路，后級電路停止工作達到關(guān)機目的。前置驅(qū)動：前置驅(qū)動電路為電壓跟隨器，組成此電路不起放人作用，只為驅(qū) 動功率放大電路，為功率管提供足夠的驅(qū)動電流。功率放人電路：功率放人電路是一種以輸出較大功率為冃的的放人電路。它 一般直接驅(qū)動

57、負載，帶載能力要強。功率放人屯路采用簡單的ocl功放電路。升壓變壓器：升壓變壓器為普通的工頻變壓器，壓敏電阻標(biāo)稱值為220v, 此電阻為過壓保護電阻，防止電壓過高傷及人身安全。輸出切換電路：有雙刀雙擲的繼電器，線圈工作電壓為dc220v，當(dāng)輸入的 ac220v電壓存在時，雙刀雙擲的繼電器吸合輸出口動切換到常用電源，不存在 時，輸出切換到由升壓電路提供的電源。電源檢測：當(dāng)輸入電源ac220v存在時，光電耦合器導(dǎo)通，控制繼電黠吸合, 升壓電路停止工作，當(dāng)無電源輸入ac220v存在時，此時失壓告警電路開始報警。失壓報警電路：失壓報警電路曲2個多諧振蕩電路組成，音頻振蕩電路，振 蕩頻率約為2khz。間隙振蕩電路周期為2hz,