小功率ups供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案-文庫吧資料
2025-05-20 00:33本頁面
【正文】 蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作。 第四章 蓄電池部分蓄電池是UPS系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠性，然而蓄電池卻又是整個(gè)UPS系統(tǒng)中平均無故障時(shí)間最短的一種器件。對于24V蓄電池組，12=21V，12=27V，所以一般將充電電路的輸出電壓調(diào)整在27V左右。對于恒壓充電電路，一定要合理調(diào)整其輸出的充電電壓。220V市電經(jīng)降壓變壓器T后變?yōu)?7V交流電壓，該電壓經(jīng)整流橋及濾波電容C整流濾波后變?yōu)槠交?3V直流電壓。恒壓充電電路由降壓變壓器、整流橋模塊、集成穩(wěn)壓電路組成。如果蓄電池組在浮充過程中存在落后蓄電池（，相對于2V蓄電池）或浮充3個(gè)月后，宜進(jìn)行均衡充電過程，充6—8小時(shí)，然后轉(zhuǎn)回浮充電壓值。如果單體蓄電池電壓偏低，說明蓄電池充電不足、容量不夠。一般采用恒壓充電制，針對不同情況，可分為浮充充電和均衡充電兩種充電方式。充電方式：鉛酸蓄電池放電產(chǎn)物是硫酸鉛，若不及時(shí)轉(zhuǎn)化掉，會使蓄電池處于充電不足狀態(tài)，從而降低蓄電池放電容量和縮短蓄電池的使用壽命。過流充電會導(dǎo)致蓄電池極板彎曲，活性物質(zhì)脫落，造成蓄電池供電容量下降，嚴(yán)重時(shí)會損害蓄電池。充電電流：蓄電池充放電電流一般以C來表示，C的實(shí)際值與蓄電池容量有關(guān)，充電電流過大或過小都會影響蓄電池的使用壽命。充電電壓：由于UPS蓄電池屬于備用工作方式，在市電正常的情況下處于充電狀態(tài)，只有停電時(shí)才會放電，為延長電池的使用壽命，UPS的充電器一般采用恒壓限流控制方式，蓄電池充滿后即為浮充狀態(tài)。但是由于小型UPS中的蓄電池組電壓較低，功率開關(guān)器件耐壓值就算取4倍的直流電壓值也不過幾百伏，加上推挽式逆變電路的變壓器初級回路只有兩個(gè)功率開關(guān)管，因而其功率開關(guān)管的導(dǎo)通損耗比全橋電路的少，所以在小功率UPS供電系統(tǒng)中逆變電路部分選擇使用單相推挽式逆變電路。在VT2關(guān)斷而VT1未導(dǎo)通前這段時(shí)間，電路中“1”端和“2”端間的等效串聯(lián)電感通過VD1向電容C1釋放能量。在接下來的時(shí)刻，UG2＞0，UG1＜0，于是VT2導(dǎo)通，VT1截止。期間，C1放電，其路徑為C1+→VT1→變壓器初級繞組→C1 —，電容器C2充電，其路徑為E+→VT1→變壓器初級繞組→C2→E —，前面已經(jīng)假定，在UC1和UC2均不變的前提條件下，變壓器的初級兩端電壓U12=UC1= E/2。下面說明電路的工作原理。㈢單相半橋式逆變電路單相半橋式逆變電路是由直流電源E、分壓電容器C1和C功率開關(guān)器件VTVT2和輸出變壓器T等所組成，其電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。當(dāng)VT2導(dǎo)通而VT1截止期間，則變壓器初級電壓為U21=﹣U23=﹣E，變壓器的次級電壓為U45=N3E/N2，期間VT1的電壓為2E，當(dāng)VT2關(guān)斷VT1未導(dǎo)通時(shí)變壓器初級等效串聯(lián)電感的能量只能通過VD1向直流電源E反饋。工作原理：VT1和VT2交替導(dǎo)通，當(dāng)VT1導(dǎo)通而VT2截止期間，忽略管壓降，則變壓器初級電壓為U21=﹣U23=E，變壓器的次級電壓為U45=﹣N3E/N1,VT2承受的電壓為2E。使電路按上述方式周而復(fù)始地工作，則可在變壓器次級獲得交變的電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流變交流的功能。如果忽略兩個(gè)導(dǎo)通管的管壓降，則變壓器初級電壓為U1=E，變壓器次級電壓為U2=EN2/N1，其中N 1和N2為變壓器的初、次級匝數(shù)。它主要由直流電源E、輸出變壓器T、四個(gè)功率開關(guān)器件組成。 在逆變器中，完成直流變交流的電能前向主通道為逆變主電路，它主要由功率開關(guān)元件，變壓器及電解電容等構(gòu)成，通過控制功率開關(guān)元件有規(guī)律的通和斷，使電流按預(yù)期的途徑流通而實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換。儲能電池容量的選取當(dāng)負(fù)載功率確定后主要取決其后備時(shí)間的長短，這個(gè)時(shí)間因各企業(yè)情況不同而不同，主要由備用電源的接入時(shí)間來定，通常在幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)不等。開關(guān)電源原理圖：UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機(jī)和儲能電池。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān)，主機(jī)自檢故障后的自動旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對干擾的屏蔽。 凈化功能由儲能電池來完成，由于整流器對瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：整流、儲能、變換和開關(guān)控制。綜合討論上述三種整流濾波電路，均非常簡單，但是各有特點(diǎn)。上圖所示為單相全波整流電路原理圖及整流波形圖，不難看出，這是兩個(gè)單相半波整流器的組合，電路前增加變壓器，目的是為了使次級電壓可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求隨意變換。一般整流器后面都有電容濾波器，如上圖中C將脈動波變成直流波U c 。由于變化多端的市電輸入后，首先由整流器進(jìn)行加工，所以掌握整流器中電流的流向和一般計(jì)算方法，知道幾種整流的區(qū)別及特點(diǎn)，對于正確使用UPS和判斷故障是很重要的。以下對后備式供電系統(tǒng)中幾個(gè)主要電路及技術(shù)進(jìn)行分析和介紹。A以下；⑨ 電路簡單，可靠性高，價(jià)格低廉。再者，準(zhǔn)正弦波輸出時(shí)的逆變器工作在低頻狀態(tài)，而正弦波輸出逆變器工作在高頻狀態(tài)，所以相對于正弦波輸出，準(zhǔn)正弦波輸出使UPS逆變器的控制電路簡單易行，對逆變器開關(guān)器件的性能要求低，逆變效率和可靠性都高一些。市電正弦波的三個(gè)重要參數(shù)是頻率、峰值和有效值，準(zhǔn)正弦波的這三個(gè)參數(shù)可以做到與正弦波電壓完全相同，對于計(jì)算機(jī)輸入開關(guān)電源而言，它無異于真正的正弦波。對于計(jì)算機(jī)負(fù)載輸入開關(guān)電源而言，方波和準(zhǔn)正弦波都是可用的。㈡ 后備式 后備式又稱為非在線式不間斷電源（OffLine UPS），它只是“備援”性質(zhì)的UPS，市電直接供電給用電設(shè)備也為電池充電（Normal Mode），一旦市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電了，市電的回路會自動切斷，電池的直流電會被轉(zhuǎn)換成交流電接手供電的任務(wù)（Battery Mode），直到市電恢復(fù)正常，“UPS只有在市電停電了才會介入供電”，不過從直流電轉(zhuǎn)換的交流電是方波，只限于供電給電容型負(fù)載，如電腦和監(jiān)視器。其優(yōu)點(diǎn)是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純凈無雜訊，不受市電不穩(wěn)定的影響，可供電給“電感型負(fù)載”，例如電風(fēng)扇，只要在UPS輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的設(shè)備。技術(shù)不斷進(jìn)步、電路結(jié)構(gòu)不斷更新和完善以及多種電路結(jié)構(gòu)形式并存，各不同電路結(jié)構(gòu)形式的UPS都有各自的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用場合，當(dāng)前市場上普遍應(yīng)用的主流UPS是靜止變換型UPS，包括后備式、在線互動式、在線式，以下對這幾種電路形式的UPS的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作方式、主要電性能指標(biāo)和應(yīng)用對象做簡單說明。 UPS電源工作原理 UPS電源主要由主機(jī)及蓄電池、電池柜等組成，分為在線式、后備式及在線互動式等多種，根據(jù)頻率分高頻機(jī)和工頻機(jī)，它在機(jī)器有電工作時(shí)，就將市電交流電整流，并儲存在自己的電源中，一旦停止供電，它就能提供電源，使用電設(shè)備維持一段工作時(shí)間，保持時(shí)間可能是10分鐘、半小時(shí)等，延時(shí)時(shí)間一般由蓄電池的容量決定。比如“綠色UPS”在檢測到打印機(jī)長時(shí)間空閑后,就會把打印機(jī)的電源關(guān)閉。 UPS的智能化還表現(xiàn)在加強(qiáng)UPS的節(jié)能功能即所謂“綠色UPS”上?，F(xiàn)代的UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實(shí)現(xiàn)事件記錄、故障告警
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