【正文】 1 電力電子裝置及系統(tǒng)課程論文 UPS 電源設(shè)計(jì) 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名： 左立剛 學(xué)號(hào)： 031040522 指導(dǎo)老師： 陳坤燚 2 日期： 2021 年 11 月 3 日 目錄 第 1 章 前 言 ........................................................ 4 UPS 介紹 .................................................... 5 UPS 發(fā)展過(guò)程 ................................................................................................ 5 國(guó)內(nèi)外研究狀況 .............................................. 7 UPS 研究的目的 ............................................................................................ 7 UPS 研究意義 ................................................................................................ 8 國(guó)內(nèi)外供電電網(wǎng)現(xiàn)狀 ..................................................................................... 8 UPS 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) ............................................ 9 輸入指標(biāo) ....................................................................................................... 9 輸出指標(biāo) ....................................................................................................... 9 電池指標(biāo) ....................................................................................................... 9 其他指標(biāo) ......................................................................................................10 系統(tǒng)特點(diǎn) ......................................................................................................10 第 2 章 系統(tǒng)背景知識(shí)及理論基礎(chǔ) ...................................... 11 電網(wǎng)中斷及不穩(wěn)定情況 ....................................... 11 供電間斷原因 ...............................................................................................12 電網(wǎng)諧波危害 ..............................................................................................12 電力系統(tǒng)在低頻率運(yùn)行 ................................................................................14 UPS 系統(tǒng)功能概述 ........................................... 14 系統(tǒng)工作原理 ............................................... 15 蓄電池技術(shù) ..................................................................................................15 不間斷供電原理 ...........................................................................................16 逆變器原理 ................................................. 17 、逆變電路主要性能參數(shù) ..............................................................................17 三相橋式逆變電路及其控制方式 .................................................................19 PWM 型三相橋式逆變電路 ..................................... 20 主要器件介紹 ............................................... 21 晶閘管 SCR ...................................................................................................21 場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET...........................................................................................21 絕緣柵晶體管 IGBT ......................................................................................21 運(yùn)算放大器 LM324 .........................................................................................22 3 變壓器 .........................................................................................................22 壓敏電阻 ......................................................................................................23 各功能模塊電路介紹 ......................................... 23 整流電路 ......................................................................................................23 其余電路 ......................................................................................................24 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................ 26 系統(tǒng)總體框圖 ............................................... 26 逆變電路結(jié)構(gòu) .............................................. 26 PWM 脈寬調(diào)制 .............................................. 26 驅(qū)動(dòng)電路 ................................................... 28 過(guò)流保護(hù) .........................................................................................................29 第 4 章 系統(tǒng)仿真 .................................................... 30 系統(tǒng)仿真 ................................................... 30 參考文獻(xiàn) ........................................................... 35 4 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍工、政府部門(mén)的各個(gè)領(lǐng)域要保障計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，就離不開(kāi) 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(shí)。 根據(jù) UPS 不間斷供電的原理，以提高 UPS 的可靠性為基本點(diǎn)，從 UPS 電源裝置的結(jié)構(gòu)和形式來(lái)考慮其設(shè)計(jì)方案。整個(gè) 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(shí)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(shí)提供旁路電源。 UPS 主要分為， UPS 運(yùn)行方式部分，開(kāi)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。 論文中的 UPS 電路簡(jiǎn)單的體現(xiàn)了 UPS 電源的基本功能，實(shí)現(xiàn) DCAC 的逆變過(guò)程，最終實(shí)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5 第 1 章 前 言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù) 的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍工、政府部門(mén)的各個(gè)領(lǐng)域要保障計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，就離不開(kāi) 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(shí)。 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(wèn)題。而在市電故障的時(shí)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(hù)性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義。市電電壓輸入范圍寬，則表明對(duì)市電的利用能力強(qiáng)（減少電池放電）。 輸出電壓、頻率范圍小，則表明對(duì)市電調(diào)整能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩(wěn)定性而電壓穩(wěn)定度則說(shuō)明當(dāng) UPS 突然由零負(fù)載加到滿負(fù)載時(shí)，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(shì)，隨著 UPS 在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)管理者強(qiáng)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為保護(hù)對(duì)象，希望整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在供電統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(shì)， 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(yùn)行工作狀態(tài)，還可以通過(guò)軟件對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)、自動(dòng)放電充電 ，以及遙控開(kāi)關(guān)機(jī)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(shí)際情況采取相應(yīng)的措施。當(dāng) UPS 檢測(cè)出供電電網(wǎng)中斷時(shí)， UPS 自動(dòng)切換到電池供電，在電池供電能力不足時(shí)立即通知服務(wù)器做關(guān)機(jī)的準(zhǔn)備工作并在電池耗盡前自行關(guān)機(jī)。 UPS 發(fā)展過(guò)程 最初的 UPS 是本世紀(jì)六十年代初由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)供應(yīng)能量的動(dòng)態(tài) UPS，即不間斷是靠動(dòng)能維持 ,使用動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能實(shí)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(duì)短時(shí)間電壓突變和干擾無(wú)反應(yīng)；不間斷性是靠斷電后飛輪的慣性延長(zhǎng)供電時(shí)間。當(dāng)然這種 UPS 的后備時(shí)間是很短 的 (一般不超過(guò) 5 秒 )，于是人們開(kāi)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 雖然可以靠增大蓄電池容量來(lái)延長(zhǎng)后備時(shí)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?jī)?nèi)燃機(jī)提供斷電后的能量。動(dòng)態(tài) UPS 設(shè)備龐大笨重、操作不夠靈活、而且效率低、噪聲大。6 圖 11 UPS 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 隨著電力電子學(xué)的發(fā)展，為實(shí)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，它也是目前絕大多數(shù)概念中的 UPS，