【开题报告】交流单相在线式不间断电源

开题报告

电气工程及其自动化

交流单相在线式不间断电源

一、选题的背景与意义

随着社会的发展，人类对电能的需求正日益增加，同时对电能质量以及供电安全性的要求也越来越高。现代社会中，电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。在银行、证券、通信、工业自动化生产线、办公自动化、医疗、甚至物业管理等各行业中，供电故障将有可能带来巨大的经济损失。特别是随着Internet高速发展和信息化、网络化建设步伐的加快，数据安全成为各行业普遍关注的问题，供电故障对数据的安全性无疑是致命的。使用不间断电源(UPS, Uninterruptible Power System),确保关键用电设备的安全性是解决上述问题的最重要的方法之一。

自二十世纪六十年代出现了新型的交流不间断供电系统以来。以美国为代表的发达国家相继展开对UPS的研究、生产、应用工作。发展至今，己研究制造出形形色色种类繁多的各式UPS，由从前的简单用途(开始只给计算机供电)发展到今天几乎深入到国民经济的各个领域，如科研、国防、航天、通讯、医疗卫生、工农业生产、银行证券、商贸销售、交通运输等等。

在巨大的市场需求推动下，UPS进入高速发展时期，在此期间形成了许多著名的专业UPS研究生产厂商。如来自欧洲的梅兰日兰，来自美国的爱克赛、APC等。

于此同时，作为UPS消费大国的中国，不论是大功率UPS市场还是小功率UPS市场，我国的国产UPS市场占有率都小于50%,甚至30%都不到。上世纪九十年代以来，国内一些优秀品牌（例如：四通UPS）在UPS市场异军突起，取得了一些令人瞩目的成绩，凭借在技术上的不断追求和本土化的生产服务优势，逐渐成为中小功率UPS市场的主力军。洋品牌在技术上有一定优势，同时价格也较为昂贵，在中大功率UPS市场（10KVA以上）上，洋品牌凭借长期的技术积累优势更加明显。由此可见，与国外相对成熟繁荣的现状相比，我国在UPS研究与生产领域都还处于弱势阶段，因此提高我国自主生产的UPS产品的市场竞争力，加强对UPS技术的研究和开发就显得尤为重要了。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：

本设计是一种基于C8051F330单片机控制的电压源型逆变电路的24V交流单相在线式不间断电源系统。系统由电源模块，DC-AC逆变模块，充电和辅助电源模块，控制模块和保护模块五个部分组成。

电源模块主要是将220VAC市电转换为36VAC并整流成直流电和市电与蓄电池的切换：当系统接于220V交流电源时，蓄电池不工作；当系统与220V交流电源断开时，蓄电池开始工作。

DC-AC逆变模块是将经整流的市电或蓄电池逆变成交流电输出。

充电和辅助电源模块是在工作于220V交流电时给蓄电池充电，并给控制模块提供电源。

控制模块是检测输出电压的大小反馈给单片机从而调整SPWM波的调制比控制输出稳定的电源。

保护模块包括欠压保护，过冲保护和短路保护。

其基本要求有：

（1）在交流供电U1=36VAC和直流供电U3=36VDC两种情况下，保证输出电压

U2=24VAC，且保证其频率为50±1Hz，额定输出电流1A；

（2）切断交流电源后，在输出满载情况下工作时间不少于30秒钟；

（3）交流供电时，电源达到以下要求：

1）电压调整率：满载条件下，U1从29VAC增加至43VAC，U2变化不超过2%；

2）负载调整率：U1=36VAC、U2=24VAC，从空载到满载，U2变化不超过5%；

（4）蓄电池供电时，满载条件下，效率不低于80%；

（5）具有输出短路保护功能。

（6）满载条件下，输出为正弦波，失真度不大于5%。

（7）具有给蓄电池充电功能，充电电流不小于0.1A，充电电路对蓄电池不能过充。（8）具有欠压保护功能：当蓄电池的放电电压≤33V时整机自动保护停止工作。

基于这些要求本设计拟解决的主要问题：

（1）市电与蓄电池的及时切换；

（2）蓄电池的充电；

（3）电源电压的稳定性；

三、研究的方法与技术路线：

本课题的设计主要包括两个部分：硬件部分和软件部分。

硬件部分：

硬件部分主要包括电源切换电路，DC-AC逆变电路，蓄电池充电电路，辅助电源电路，SPWM波发生电路，检测反馈控制电路和保护电路。

电源切换电路：

主要是市电与蓄电池的切换。常见的切换方式有利用交流继电器切换和利用无触点自动切换电路切换。

DC-AC逆变电路：

逆变器是一种将直流电转化为交流电的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。根据直流侧电源性质的不同，逆变器可以分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。蓄电池和市电的性质类似于电压源，所以采用电压型逆变电路。

蓄电池充电电路：

蓄电池的充电方式主要有恒压和恒流两种。恒压充电是一种两极间的电压维持在恒定值的充电方式，其优点是随着蓄电池的荷电状态的变化，自动调整充电电流，如果规定的电压恒定值适宜，就能保证蓄电池的完全充电。恒流充电是一种电流维持在恒定值的充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。但根据设计的要求，充电电流不小于0.1A，所以采用恒流充电方式。

SPWM波发生电路：

本设计采用C8051F330单片机控制，所以可以由单片机控制产生SPWM波。

检测反馈控制电路：

检测电路的重点是一个峰值检测电路，可以采用AD采样由软件方式来得到峰值。

保护电路：

保护电路中的欠压保护，过冲保护和短路保护，都可经AD采样后由软件方式来对电路进行保护。

系统硬件框图1所示：