在線互動式不間斷電源設(shè)計

1、 皖 西 學(xué) 院課程設(shè)計任務(wù)書系 別：機電學(xué)院專 業(yè)：電氣學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：課程設(shè)計題目：在線互動式不間斷電源（UPS）設(shè)計起 迄 日 期:2014.12.22- 2014.12.28課程設(shè)計地點:指 導(dǎo) 教 師:劉世林下達任務(wù)書日期: 2014年 12月19日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1本次課程設(shè)計應(yīng)達到的目的： 通過本次課程設(shè)計，讓學(xué)生鞏固所學(xué)的電力電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，加深對電力電子器件和電路工作原理的理解，并學(xué)會將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際中，達到在應(yīng)用中掌握知識的目的。2本課程設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求等）： 選用合適的電力電子元器件，設(shè)計一個在線互動式不

2、間斷電源，主要要求如下： （1）輸出電壓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）U2為220V。課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書3對本課程設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：（1） 選定供電方案；（2）設(shè)計主電路，選擇主電路的參數(shù)；（3）設(shè)計整流器的相控觸發(fā)電路；（4）設(shè)計保護電路及計算其相關(guān)參數(shù)。（5）編寫設(shè)計說明書，包括： 設(shè)計過程和有關(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)計算； 電氣設(shè)備明細(xì)表； 參考資料、參考書及參考手冊；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

3、決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。4主要參考文獻：1 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社，20002 陳堅. 電力電子學(xué)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，2006課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書5本課程設(shè)計課題工作進度計劃：起 迄 日 期工 作 內(nèi) 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日下達任務(wù)書資料的收集、整理，方案論證硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件的設(shè)計與編寫設(shè)計說明書的編寫答辯教研

4、室主任審查意見：負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日一在線互動式不間斷電源原理1、當(dāng)市電電源的電壓處在175264V之間時，在UPS電源的邏輯控制電路的作用下，開關(guān) K0閉合時，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接通，使得不穩(wěn)定的市電電源直接送到負(fù)載上。因為微機開關(guān)電源所允許的市電電壓工作范圍在150264V之間，所以，用戶的微機是可以正常運行的。2、當(dāng)市電電源的電壓處在150175V之間時，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），會將一個幅

5、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，為防止出現(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，此時的輸出電壓為：230250V），便會經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送往負(fù)載，從而達到用戶負(fù)載安全運行的目的。4、當(dāng)市電電源的電壓處在上述的150276V范圍內(nèi)時，在線互動式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，提供足夠的直流能量

6、。綜上所述，我們可以看到：當(dāng)市電供電正常時，送往用戶負(fù)載的電源實際上是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源。而且，在此過程中，還需比較頻繁地重新調(diào)整輸入開關(guān)K0、K1和K2的工作狀態(tài)。為了降低成本，在“在線互動式”UPS中常采用小型繼電器來作調(diào)控開關(guān)K0、K1和K2.小型繼電器在執(zhí)行上述調(diào)控過程時，它們的觸點切換時間為4ms左右。這種切換控制方式所帶來的弊端之一是：會造成UPS對負(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)擾動或高壓尖峰干擾，從而造成微機誤動作。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)K0、K1和K2。從應(yīng)用技術(shù)是角度來看，可將這種UP

7、S電源在執(zhí)行市電輸入電壓調(diào)壓時可能產(chǎn)生的供電時間的中斷降低到零，從而明顯地改進了在線互動式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式UPS連到被諧波嚴(yán)重“污染”的電網(wǎng)中時，則會由于這種被“污染”的正弦波電源可能出現(xiàn)多個。圖1、在線互動式不間斷不間斷原理圖二、主電路的設(shè)計結(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Lr1=Lr2，大容量電解電容CE

8、1=CE2視為恒壓源。這些元件為電路中的4只功率管實現(xiàn)零電壓開關(guān)（ZVS）創(chuàng)造了條件。圖2 主電路結(jié)構(gòu)圖3主電路主要工作波形三、設(shè)計整流器的相控觸發(fā)電路本次設(shè)計的整流器的相控觸發(fā)電路采用了三相橋式觸發(fā)電路本次設(shè)計采用的芯片是KJ004,其電路圖如下3.1整流器的相控觸發(fā)電路因此變壓器采用星形接線.四.部分單元電路設(shè)計 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

9、流，經(jīng)過降壓斬波電路降壓，其實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妷夯蚩烧{(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)計在此處采用降壓斬波電路。 斬波電路工作原理：當(dāng)t=0時，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，V關(guān)斷，i經(jīng)VD續(xù)流，u近似為零，i成指數(shù)曲線下降，為使i連續(xù)且脈動小，通常使L值較大。  圖3中，為在V關(guān)斷時充電以及給負(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。4.3斬波電路控制電路 

10、0; 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，只進行蓄電過程并不放電，此時電路由市電提供電能；當(dāng)市電出現(xiàn)異常甚至斷電時，由蓄電池替其工作，為逆變電路提供電能，以保證負(fù)

11、載的正常運行，提高了電路抗干擾的能力。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)動電路提供激勵信號，VT1、VT4和VT2、VT3在分別獲得激勵信號后，進入輪流導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)。各IGBT的柵極信號為180度正偏，180度反偏，并且VT1和VT2的柵極信號互補，VT3和VT4的柵極信號互補；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)置濾波器。    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4.6 逆變器控制電路 逆變器控制電路采用芯片SG3524控制，SG3524是電流控制PWM控制器,所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)