【正文】 供電的時(shí)間。由于任何時(shí)刻只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)電，從而導(dǎo)致功率器件的利用率較低，因此電壓型三相橋式逆變器一般不采用 導(dǎo)電方式，12?而采用 導(dǎo)電方式。（3）任何時(shí)刻有且只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)電，即一個(gè)上橋臂和一個(gè)下橋臂導(dǎo)電相鄰序號(hào)功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差 60176。如果取時(shí)間坐標(biāo)為相電壓階梯波的起點(diǎn)，并利用傅立葉分析，則不難求得逆變器輸出 A 相電壓的瞬時(shí)值 uan 為： （2and21=sit+in5tsi7t+U???? ??? ?? ?5）從式（25 ）分析可知， 導(dǎo)電方式的電壓型三相橋式逆變器的輸出相電80?壓波形中不含偶次和 3 次諧波，而只含有 5 次及 5 次以上的奇次諧波，且諧波幅值與諧波次數(shù)成反比，對(duì)于基波無(wú)初相角的矩形波線電壓，其一般表達(dá)式為： （26abd211=sinti5tsin7t+sitU???? ??? ?? ?） 當(dāng)三相逆變器按 導(dǎo)電方式工作時(shí)，這種調(diào)制方式要求逆變器中功率管0?的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為 方波，其有以下特征：12?（1）每相的上下橋臂均采用 控制且有 導(dǎo)通間隙。在 導(dǎo)通型的三相逆變器中，根據(jù)每隔 的各階段其等效電路以及相應(yīng)180? 60?相電壓、線電壓數(shù)值可以得出任何一相的相電壓波形為六個(gè)階梯波，各相相互差 ，線電壓為脈寬為 的矩形波。 ?（2）相鄰相的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互差 。V 3V 5V 4V 6V 2V 1V D 1 V D 3 V D 5V D 2V D 6V D 4U d / 2U d / 2N ’N+_UVW12圖 24 三相電壓型橋式逆變電路 逆變器每相的方波變換可采用 導(dǎo)電方式和 導(dǎo)電方式。若以圖 26 所示的逆變器直流電壓中心點(diǎn) N 為電位參考點(diǎn)，控制相應(yīng)的功率管使逆變器各相輸出相位為 120176。通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來(lái)達(dá)到這一目的。dU 逆變電路 逆變電路是 UPS 的核心部件之一，起著非常重要的作用。如圖 23 所示，當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。為了抑制高次諧波，改善輸入的功率因數(shù)，整流部分常設(shè)有功率因數(shù)校正電路。整個(gè)設(shè)計(jì)緊緊圍繞這兩個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行的：(1)蓄電池(包括充電器)是電網(wǎng)斷電或者電網(wǎng)電壓嚴(yán)重畸變時(shí)為負(fù)載供電的能量來(lái)源；(2)逆變器是UPS輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電的核心組成，也是整個(gè)UPS核心，采用冗余備用單元也是為了保證負(fù)載供電的不間斷； 整流電路 整流電路和逆變電路想對(duì)應(yīng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)是將（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC ）的裝置。10 系統(tǒng)整體方案 逆變器負(fù)載市電輸入檢測(cè)蓄電池充電電路蓄電池檢測(cè)電路蓄電池輔助電源P W M 波產(chǎn)生電路過(guò)流檢測(cè)單片機(jī)報(bào)警電路過(guò)壓檢測(cè)切換開(kāi)關(guān)整流器市電圖 22 在線式 UPS 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖UPS不間斷電源設(shè)計(jì)的基本原理是將輸入的交流電整流轉(zhuǎn)換為直流電，一方面為備用蓄電池充電，另一方面再將其逆變轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電。由此可見(jiàn)，對(duì)于在線式 UPS，無(wú)論市電是否正常，其輸出總是由逆變器提供，所以在市電故障的瞬間，UPS 的輸出不會(huì)有任何間斷。由于市電可能發(fā)生電壓波動(dòng)、斷電等故障，需要市電輸入檢測(cè)電路對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行分析，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到市電異常時(shí)，單片機(jī)控制切換電路進(jìn)行切換，使電路與市電斷開(kāi)連接，同時(shí)接通蓄電池，讓蓄電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載供電，從而保證負(fù)載不斷電。在線式 UPS 的輸出波形通常為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。要求設(shè)計(jì)出智能化 UPS 電源的系統(tǒng)硬件電路和軟件編程。擬采用的技術(shù)路線：（1）使用 IGBT 作為功率器件，設(shè)計(jì)三相逆變電路；8（2）以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)控制電路來(lái)控制三相 PWM 波產(chǎn)生控制信號(hào)；（3）用 AT89C51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) UPS 電源的過(guò)電壓、過(guò)電流等監(jiān)測(cè)；（4）設(shè)計(jì)的 UPS 電源能提供較好的交流電源，其輸出電源電壓：220V/AC，頻率：50Hz 本課題的要求本課題要求在熟悉 UPS 電源的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種新型的帶過(guò)電壓檢測(cè)和保護(hù)功能的智能化 UPS 電源。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要有：電容濾波的三相橋式不可控整流電路、用 IGBT 作為功率器件的三相橋式 SPWM 電壓型逆變電路、基于 555 定時(shí)器的蓄電池充電電路、輔助電源、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、過(guò)壓過(guò)流檢測(cè)電路等。要求設(shè)計(jì)出智能化 UPS 電源的系統(tǒng)硬件電路和軟件編程（2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)和查閱相關(guān)資料確定 1KW 在線式 UPS 逆變器控制方法，控制芯片的選取，逆變部分器件的選型（IGBT） ；（3）根據(jù)實(shí)際測(cè)試要求設(shè)計(jì)出 1KW 在線式 UPS 逆變器控制系統(tǒng)的主電路圖、輔助系統(tǒng)；（4）根據(jù)電路的要求設(shè)計(jì)出 1KW 在線式 UPS 逆變器的硬件接線圖、軟件流程圖以及選用的集成模塊； 本課題的思路采用由整體到局部再到整體的方式來(lái)完成設(shè)計(jì)。（1）設(shè)計(jì)出一種新型的帶過(guò)電壓檢測(cè)和保護(hù)功能的智能化 UPS 電源。另外，隨著微處理器和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，將其引入U(xiǎn)PS系統(tǒng)，研制智能UPS是UPS發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前UPS各大廠家都將UPS的監(jiān)控軟件作為產(chǎn)品竟?fàn)幜Φ囊粋€(gè)7重要籌碼。所謂智能UPS就是將傳統(tǒng)UPS通過(guò)與PC上位機(jī)相連的硬件接口，結(jié)合特殊設(shè)計(jì)的軟件(稱為監(jiān)控軟件)以提供電源和資料的雙重保護(hù)。因此，UPS監(jiān)控防護(hù)軟件是UPS的新發(fā)展，這種軟硬件的新搭配有助于大幅度提高UPS的功能，使其趨向人性化；同時(shí)大大拓寬了UPS在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。隨著UPS在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用不斷發(fā)展，UPS不再是單純供電、僅僅保護(hù)服務(wù)器，而是強(qiáng)調(diào)以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為保護(hù)對(duì)象。顯示方式從數(shù)碼顯示到液晶顯示，使得人機(jī)“對(duì)話”更加方便。PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)和功率晶體管及組合管、功率MOS管、IGBT等己被UPS普遍采用，從而降低了UPS的可聞噪聲，提高了效率和可靠性。人們希望將現(xiàn)代電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等UPS相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于UPS不間斷電源，使UPS電源供電系統(tǒng)變得越來(lái)越完善，對(duì)各種性質(zhì)的負(fù)載適應(yīng)性更強(qiáng)，產(chǎn)品種類更齊全。從國(guó)防、航天、科研到醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸，從銀行證券到商貿(mào)銷售，從通訊行業(yè)直至以信息高速公路為代表的新興信息產(chǎn)業(yè)(IT)，無(wú)不用到UPS不間斷電源。不但如此，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)力水平的提高各行各業(yè)的許多關(guān)鍵設(shè)備對(duì)電源的要求也是如此。但是，隨著微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)供電的質(zhì)量要求越來(lái)越高。由此可看出，UPS已當(dāng)之無(wú)魄成為當(dāng)代高科技成員，而且正隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。事實(shí)上許多功率電子節(jié)能設(shè)備往往是電網(wǎng)的污染源：向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的諧波電流，使得總的功率因素下降，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生毛刺尖峰甚至畸變。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，電源系統(tǒng)的綠色化概念被提出。微處理器軟硬件的引入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電源技術(shù)的高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化成為發(fā)展趨勢(shì)，UPS不間斷電源也不例外。 UPS 的發(fā)展前景UPS從當(dāng)初單一的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)式到今天多類型多品種動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、動(dòng)靜結(jié)合、在線式、后備式(離線式)、后備在線交叉式等。同時(shí)，其邏輯控制運(yùn)算是由軟件來(lái)進(jìn)行的，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種控制規(guī)律，甚至是比較復(fù)雜的控制算法的實(shí)現(xiàn)。而 SPWM 波的產(chǎn)生又是基于單片機(jī)或 DSP 的。目前常用的逆變器控制技術(shù)是 SPWM 技術(shù)，SPWM 是指按正弦規(guī)律變化的等效 PWM 波。 逆變器是在線式 UPS 的核心，在小容量機(jī)型中。為了解決這些問(wèn)題出現(xiàn)了在線式 UPS。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電廠專用的UPS廠家也主要集中在小功率產(chǎn)品，如合肥陽(yáng)光電源公司SL系列電力專用在線UPS有15kVA等功率的產(chǎn)品，正遠(yuǎn)電源公司RB 系列電力專用UPS有13kVA 等功率的產(chǎn)品。從目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上看，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商基本不能生產(chǎn)大型UPS，國(guó)內(nèi)的大型UPS市場(chǎng)幾乎全部被國(guó)外公司占領(lǐng)。此外， 山特、臺(tái)達(dá)、愛(ài)克賽等多家公司在UPS市場(chǎng)中也占有相當(dāng)份額。其中APC 公司研制的PEW1 000系列單相UPS擁有5~ 20 0kVA 的多個(gè)機(jī)種。2022年上半年APC 在國(guó)內(nèi)的主流產(chǎn)品仍是Back和Smart系列產(chǎn)品，其中Back系列有Back 500和Back 500 AVR兩種型號(hào)，Back 500 AVR是1999年的新產(chǎn)品，但因價(jià)格過(guò)高，銷量很少。由于UPS技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，國(guó)內(nèi)外各大電源公司、生產(chǎn)廠家以及科研院所都在對(duì)其進(jìn)行研究。4 UPS 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀歐美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的電廠專用UPS研制起步較早，具有產(chǎn)品線齊全、使用壽命長(zhǎng)、平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)(MTBF)、質(zhì)量過(guò)硬、售后服務(wù)全面等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，人們提出了三端口UPS。由于單相進(jìn)單相出給市電配電帶來(lái)極大困難，于是出現(xiàn)了三相入單相出(3/1)的UPS，其最大容量可達(dá)60KVA以上，這種單相輸出的UPS在切換到旁路時(shí)、滿負(fù)載情況下市電對(duì)應(yīng)的一相將嚴(yán)重超載，因此廠家推出了三相入三相出的UPS產(chǎn)品，而且有三相負(fù)載100%不平衡產(chǎn)品，如IPM, SOCOMEC, BORRI, MEISSNER, SAVIN,VICTRON等公司的UPS產(chǎn)品。UPS的裝機(jī)容量正不斷擴(kuò)大，并聯(lián)成為擴(kuò)大容量或者冗余系統(tǒng)的必然方法。一般來(lái)說(shuō)，從性能上講，在線式優(yōu)于后備式。其基本原理是：市電輸入經(jīng)整流器將交流電變成直流電，一方面給蓄電池組充電，另一方面為逆變器提供能量，再將直流電變成交流電經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載；當(dāng)逆變器發(fā)生故障時(shí)，另一路備用電源(旁路電源)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)向負(fù)載供電。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。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)，框圖如圖11所示。 UPS 的發(fā)展和現(xiàn)狀 UPS 的發(fā)展歷程最初的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。因?yàn)檫@些設(shè)備的電源一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定或者消失，就將造成非常大的損失，甚至無(wú)可挽回的損失。I1KW 在線式 UPS 逆變器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要 ..............................................IABSTRACT .........................................II1 緒論 .............................................2 引言 .................................................................................................................................................2 UPS 的發(fā)展和現(xiàn)狀 .........................................................................................................................2 UPS 的發(fā)展歷程 ......................................................................................................................2 UPS 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................................................................................................3 UPS 的發(fā)展前景 ......................................................................................................................5 UPS 研究的目的和意義 .................................................................................................................5 本課題的任務(wù)、 思路和要求 .......................................................................................................7 本課題的任務(wù) .........................................................................................................................7 本課題的思路 .........................................................................................................................7 本課題的要求 ...................