UPS毕业设计论文_逆变电路_PWM调制_电气专业

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电力电子装置及系统课程论文UPS电源设计专业:电气工程及其自动化姓名: 左立刚学号: 031040522指导老师: 陈坤隸日期:2013年11月3日目录第1章前言 41. 1 UPS 介绍 51.1.1 UPS发展过程 51.2国内外研究状况 71.2. 1 UPS研究的目的 71.2.2 UPS研究意义 81.2.3国内外供电电网现状 81.3 UPS系统技术指标 91.3. 1输入指标 91.3.2输出指标 91.3.3电池指标 91.3.4其他指标 101.3.5系统特点 10笫2章 系统背景知识及理论基础 112. 1电网中断及不稳定情况 112. 1. 1供电间断原因 122. 1.2电网谐波危害 122. 1. 3电力系统在低频率运行 142.2 UPS系统功能概述 142. 3系统工作原理 152. 3. 1蓄电池技术 152.3.2不间断供电原理 162.4逆变器原理 172.4. K逆变电路主要性能参数 172.4.2三相桥式逆变电路及其控制方式 192.5 PWM型三相桥式逆变电路 202.6主要器件介绍 212.6. 1 品闸管 SCR 212. 6. 2 场效应管 M0SFET 212.6.3绝缘栅晶体管TGBT 212. 6.4运算放人器LM324 222.6.5变压器 222.6.6压敏电阻 232. 7各功能模块电路介绍 232. 7. 1整流电路 232. 7.2其余电路 24第3章系统破件设计 263. 1系统总体框图 263.2逆变电路结构 263.3 PWM脉宽调制 263.4驱动电路 283.5过流保护 29第4章系统仿真 304. 1系统仿真 30参考文献 35摘要随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展,国民经济、国防军工、政府 部门的各个领域要保障计算机信息网络系统的安全、可靠运行,就离不开UPS不 间断电源,这已成为信息业界乃至各行各业的共识。根据UPS不间断供电的原理,以提高UPS的可靠性为基本点,从UPS电源装 置的结构和形式来考虑其设计方案。整个UPS主电源装置由整流/充电器、逆变 器、静态旁路、维修旁路等部分组成。整流/充电器(包括蓄电池)为UPS提供在 线工作的能量输入;逆变器为UPS提供在线工作的高质量的稳压稳频的交流电输 出;静态旁路为UPS在整流/充电器或者逆变器故障情况下提供旁路工作电源, 逆变器供电和静态旁路供电之间可实现不间断供电切换;维修旁路为UPS定期检 修或故障维修时提供旁路电源。UPS主要分为,ITS运行方式部分,开关电源部分和电压逆变部分,且每一 部分都有其典型的控制芯片组成。论文屮的UPS电路简单的体现了 UPS电源的基本功能,实现DC-AC的逆变过 程,最终实现频率50HZ的220V交流电压输出。关键字:UPS电源,断电续用,电力电子,智能网络化,在线式第1章前言随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展,国民经济、国防军工、政府 部门的各个领域要保障计算机信息网络系统的安全、可靠运行,就离不开UPS不 间断电源,这已成为信息业界乃至各行各业的共识。1. 1 UPS介绍UPS不间断电源为在线式UPS电源,这种方式的不间断电源在UPS电源当中 性能是比较完美的一种。它可以很好的解决市电的浪涌持续的高压或低压断电等 问题。而在市电故障的时候则有蓄电池给电源逆变部分供电,从而保证UPS的不 间断供电。UPS作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义。i'|j电电压 输入范围宽,则表明对市电的利用能力强(减少电池放电)。输出电压、频率范 帀小,则表明对市电调整能力强,输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形 的稳泄性而电压稳雄度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时,输出电压的稳 定性。智能型UPS是当今UPS的一大发展趋势,随着UPS在网络系统上应用,网 络管理者强调整个网络系统为保护对象,希望整个网络系统在供电统岀现故障 时,仍然可以继续工作而不中断。因此UPS内部配置微处理器使之智能化是UPS 的新趋势,UPS内部硬件与软件的结合,大幅度提高了 UPS的功能,可以监控UPS 的运行T作状态,还可以通过软件对电池进行检测、自动放电充电,以及遥控开 关机等。网络管理者就可以根据信息资料分析供电质量,依据实际情况采取相应 的措施。当UPS检测出供电电网中断时,UPS自动切换到电池供电,在电池供屯 能力不足时立即通知服务器做关机的准备工作并在电池耗尽前自行关机。1. 1. 1 UPS发展过程最初的UPS是本世纪六十年代初由旋转电动机供应能量的动态UPS,即不间 断是靠动能维持,使用动能转换为电能实现电能持续供应的。这种早期UPS的输 出稳定是靠惯性飞轮对短时间电压突变和干扰无反应;不间断性是靠断电后飞轮 的惯性延长供电时间。当然这种UPS的后备时间是很短的(-?般不超过5秒),于 是人们开始使用备用蓄电池组,这是早期UPS的典型结构(如图所示)。这样的 UPS虽然可以靠增人蓄电池容量来延氏后备时间,但转换效率低,于是出现了内 燃式UPS系统,这种UPS靠内燃机提供断电后的能量。动态UPS设备庞大笨重、 操作不够灵活、而且效率低、噪声大。市 电图1-1 UPS内部结构随着电力电子学的发展,为实现大功率的电能转换,于是出现了静态UPS, 它的主电路和控制电路均采用半导体器件,它也是冃前绝大多数概念屮的UPS, 其典型框图如图所示。其基本原理是:市电输入经整流器将交流电变成直流电, 一方面给蓄电池组充电,另一方面为逆变器提供能量,再将直流电变成交流电经 转换开关送到负载;当逆变器发生故障时,另一?路备用电源(旁路电源)经过转换 开关实现向负载供电。另路电源市电-k图1-2 UPS工作流程静态UPS的工作方式有在线式和斤备式,两者主体结构大体相同,只是后者 在市电正常时工作在旁路(Bypass),而前者只有当逆变器故障或过载时才由旁路 电源供电。一般來说,从性能上讲,在线式优于后备式;从容量上讲,后备式一 般不大于3KVA,而在线式不受此限制,H前单机容量可以做到600KVA以上。UPS的装机容量正不断扩大,并联成为扩大容量或者兀余系统的必然方法。 比如M. G, EX1DE等公司的UPS机内信号用微机处理、通讯采用普通信号,而S1EL 公司采用光纤通讯,从而实现多台UPS的同相同幅、均负载的功能。由于单相进单相出给市电配屯带来极人困难,于是出现了三相入单相出(3/1) 的UPS,其最犬容量可达60KVA以上,这种单相输出的UPS在切换到旁路时、满 负载情况下市电对应的一和将严重超载,因此厂家推出了三相入三相出的UPS产 品,而且有三相负载100%不平衡产品。为改善后备式UPS的供电质量,人们研 制了净化UPS,即将净化电源加在旁路电源上。近期又出现了不间断蓄电池系统UBS,见图所示。它结合了动态UPS和静
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