不间断电源设计毕业设计

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摘要

随着现代工业的发展,供电网络的负载越来越复杂,特别是大型用电负载的启动和停止,大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外,自然界的雷电,电网的接地不良等因素均能够影响到电网的供电质量。一套好的UPS系统可以提高运行的稳定性，随着单片机，DSP等的应用，UPS已经可以实现全数字化和智能化。同时，电力电子器件的飞速发展也为主功率部分的简化以及先进控制策略的应用提供了必要条件。目前，以电力电子器件组成的逆变器，以单片机为控制核心的UPS电源已普遍应用于我国的各行各业，而本课题就是以IGBT组成的逆变器，以单片机为控制核心的不间断电源为基础展开研究和设计的。

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

1.绪论 (5)

1.1引言 (5)

1.2UPS发展现状 (5)

1.3不间断电源UPS的分类和结构 (6)

1.3.1动态UPS工作原理 (6)

1.3.2静止式UPS (6)

1.4本设计技术参数 (9)

2.UPS总体结构和整流、逆变主电路 (10)

2.1UPS总体结构 (10)

2.2UPS整流、逆变主电路的设计 (10)

2.2.1三相电源变压器 (10)

2.2.2三相不控整流桥 (11)

2.2.3单相倍频逆变桥 (12)

2.2.4阻容吸收装置 (13)

3.控制电路 (14)

3.1正弦脉宽调制电路 (14)

3.2驱动电路 (16)

3.3调整电路 (17)

4.转换开关 (20)

4.1转换开关的主电路 (20)

4.2触发电路 (22)

4.3控制电路 (24)

5.充电电路 (26)

5.1充电电路的主电路 (26)

5.2充电电路的控制电路 (28)

5.3充电过程 (31)

6.保护电路 (33)

6.1过压保护 (33)

致谢 (35)

参考文献 (36)

附录一:整流逆变主电路 (37)

附录二：触发电路 (37)

附录三：控制电路 (38)

附录四：充电电路 (40)

1.绪论

1.1 引言

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。随着科学技术的发展，人类社会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。例如，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，供电故障将有可能对其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，然而供电的故障对数据的安全性将无疑是致命的。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。这也使得全社会对不间断电源的需求日益增加。

1.2 UPS发展现状

自二十世纪六十年代出现了一种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开始了对UPS的生产、研究工作。发展至今，己研究、制造出形形色色、种类繁多的各式UPS。其被广泛的应用于金融、电信、政府部门、邮政、税务等企事业单位。

同一切先进技术一样，在广大市场的需求下，在各种先进控制技术的强力推动下，UPS也正在不断的朝着自己的方向发展。目前，国内外学者都对UPS开展了广泛的研究工作，各种先进的控制技术被引入。在此基础上，许多国外知名UPS 生产厂商，如山特、梅兰日兰、APC等，纷纷利用自己的技术优势推出了多款集数字化、智能化、网络化于一身的新一代UPS。

作为UPS消费大国的中国，不论是大功率市场还是小功率市场，我国的国产UPS市场占有率都小于50%,甚至30%都不到。由此可见，与国外相比，我国在UPS 研究与生产领域都还处于一个弱势阶段。

1.3不间断电源UPS的结构

所谓不间断电源就是当交流电网输入发生异常或中断时，它可以继续向负载

供电，并能够保证供电质量，使负载供电不受影响。这种供电装置称为不间断电源装置，或者称为不间断供电系统，简称UPS(Uninterruptible Power System)。不间断供电装置依据其向负载提供的是交流还是直流可分成两大类型，即直流不间断供电系统和交流不间断供电系统，但习惯上人们总是将交流不间断供电系统简称为UPS。正因为如此，本书也沿用这一习惯称呼而将交流不间断电源简写为UPS。

1.3.2 UPS

静止式UPS的经典方案如图1-2所示，其原理是：电网正常时，市电经整流器变成直流，再经逆变器将直流变成交流，后经转换开关送给负载；在电网异常时，由蓄电池给逆变器提供直流电能，经逆变器变成交流后送给负载；当整流器、逆变器或蓄电池等单元出现故障时，可经过转换开关将市电旁路给负载。

图1-1 动态UPS结构图

对静止型UPS而言，按其工作方式又可分为在线式(online)和后备式(offline)两种，但无论是后备式还是在线式UPS，其基本结构大体相同，只是在工作方式上和为负载供电的质量上有一定的差异。下面就图1-2来简要说明在线式和后备式UPS的异同点，同时说明在线式和后备式的含义。

（1）在线式UPS工作过程

在线式UPS的工作过程是，电网正常供电时，交流电经输入变压器后，一方面经充电器给蓄电池充电，另一方面经整流器变成直流后送至逆变器，经逆变器变成交流后再通过输出变压器，最后经转换开关(K接4点)送给负载。此时的电能

流向如下：

电网 输入变压器 整流滤波 逆变器 输出变压器 转换开关 负载

充电器 蓄电池组

B

A A 电网 A

△

蓄电池

图1-2 经典型UPS 结构框图

电网供电异常时(过压、欠压、断电)，保护电路(图1-2中未画出)将切断输入市电与UPS 的联系，让蓄电池为逆变器提供直流电能，此时的能量流向如下：

蓄电池组 逆变器 输出变压器 转换开关 负载

由上述可见，在线式UPS 就是指电网正常供电时，电网一方面对蓄电池充电，另一方面经过UPS 内部处理和变换后再送给负载；电网停电或供电异常时，由蓄电池向逆变器提供电能，保证负载供电不间断。在电网供电转为电网中断、蓄电池供电时，负载供电没有任何中断。当然，这是UPS 内部无任何故障时的情况。若UPS 内部任何一个单元出现故障，则控制电路可使转换开关由K 接A 点转换为B 点，即实现旁路输出。这样的转换一是有转换时间(供电有间断)，二是此时市电必须不中断，否则负载供电就无保障了。为了使转换过程不影响负载工作，应该使转换时间尽可能短，考虑到较大的滤波电容的储能作用，转换时间一般应小于3ms 。目前，功率稍大一些的UPS 为了缩短转换时间，大都采用静态无触点电子开关，这就大大缩短了转换时间。

变

压整流逆变变压转换充电器