双变换在线式UPS(2000VA)设计分析.doc

目录 摘要 I 1.UPS的工作原理 1 2.系统整体设计原理框图 2 2.1整流/充电器方案设计 2 2.2逆变器设计方案 3 2.3旁路电源设计方案 4 3.整流/充电器的设计 5 3.1 整流/充电器主回路设计 5 3.1.1 整流变压器的设计 6 3.1.2 直流滤波电抗器和滤波电解电容的设计 6 3.1.3 主回路电路 7 3.2 整流/充电器控制设计 8 3.2.1整流/充电器的控制原理 8 3.2.2主控电路设计 9 3.2.3脉冲输出与同步电路设计 10 3.2.4测量与信号采集电路设计 11 3.2.5信号输出电路设计 12 3.2.6工作电源设计 12 4.PWM逆变器的设计 14 5.切换与控制技术 17 6.基于MATLAB的原理仿真 19 心得体会 22 参考文献 23 摘要 在线式UPS电源当市电电网供电正常，交流电源经输入滤波和整电路将交流变成直流，此直流电源当电池能量不足时给电池充电，同时供给逆变器，逆变器在PwM脉宽控制信号控制下，将直流变成功率放大的脉冲信号，并经枪出滤波器滤波变成所要的正弦波交流信号，经转换开关供给负载。因此，负载得到的是由逆变器直接提供的，电压的幅度、频率稳定度很高.而且波形崎变小的电源，只有当停电时间超过一定限度，电池电压下降到一定数值或者逆变器硬件出现故障时，控制电路发出信号，经转换开关转换，由市电经旁路通道向负载供电。 关键词：双变化在线式UPS 逆变器?保护电路双变换在线式UPS（2000VA）设计 1.UPS的工作原理 双变换在线式UPS工作原理如图1.1所示，当市电正常时，由市电经AC/DC、DC/AC两次变换后供电给负载，故称它为双变换在线式UPS。当市电异常时，它由蓄电池经过DC/AC变换供电，只有逆变器发生故障，才通过转换开关切换，市电直接旁路给负载供电。是一种一逆变器供电为主的工作方式，以图1.1说明它的工作工程。 当市电正常时，经滤波，分3路去控制后级电路：第1路是交流电整流变换为直流电，经充电器对蓄电池组进行浮充电；第2路是经过整流器和大容量滤波变为较为平稳的直流电，再由逆变器变换为稳压稳频的交流电，通过转换开关输送给负载；第3路是转换开关的控制，如果逆变器出现故障，在逻辑控制电路调控下，UPS转为市电直接给负载供电。 当市电出现故障（供电中断、电压过高或过低），UPS工作程序如下：关闭充电器，停止对蓄电池充电；逆变器改为由蓄电池供电，维持负载电能的持续性。 双变换在线式UPS优点是：不论市电正常与否都由UPS的逆变器供电，系统供电质量好，市电转换到电池供电可实现零切换时间；然而，它的功率传输要经过两次转换，系统效率低、成本高，整机以不控整流或晶闸管相控整流为主，输入功率因素较低，输入电流高次谐波可达30%，无功功率和谐波电流对电网的公害较大，不满足电源绿色化的要求。 2.系统整体设计原理框图 双变换在线式UPS设计的基本原理是将输入的交流电整流转换为直流电，一方面为备用蓄电池充电，另一方面再将其逆变转换为稳压稳频的交流电。设计的基本点有两个：一是UPS输出的稳定性，即输出电压和频率都必须保持稳定(在一定的额定精度内)；二是UPS输出的不间断性，即要能实现不间断供电。整个设计紧紧围绕这两个要点进行的： (1)蓄电池(包括充电器)是电网断电或者电网电压严重畸变时为负载供电的能量来源； (2)逆变器是UPS输出稳压稳频的交流电的核心组成，也是整个UPS核心，采用冗余备用单元也是为了保证负载供电的不间断； (3)旁路辅助电源(包括维修旁路电源和静态旁路电源)是为维修、检修UPS，或者逆变器故障的情况下实现不间断供电的辅助电源。 根据以上所述，提出如下设计原理框图： 图2.1 系统整体设计原理框图 下面以此原理框图从整流器/充电器、逆变器、旁路辅助电源三方面分析本设计方案。 2.1整流/充电器方案设计 本设计中整流器和充电器合二为一，这主要是从功率大这个因素考虑的。为实现大功率整流和充电的需要，设计中借助于可控整流器件SCR，采用三相全控桥式整流充电电路，从而大大提高了可靠性、降低了造价。控制电路采用16位INTEL96系列的80C196单片机，控制简洁、方便、可靠。 如图2.2所示，三相四线380V交流电压经空气开关KK、快速熔断器KRD、整流变压器降压隔离、再经三相全控桥式整流；整流输出经电感L、电容C滤波，LEM霍尔电流传感器，熔断器RD，接触器JQ接至220V蓄电池。微机(80C196单片机系统)控制回路由主控、测量、同步、脉冲输出、信号输入、信号输出及电源等部分组成。 图2.2 整流/充电器设计方案 2.2逆变器设计方案 逆变器的功率单元采用IGBT组成的三相桥式逆变电路；IGBT驱单元采用EXB