9-在线互动式不间断电源设计范例.doc

 皖 西 学 院 课程设计任务书 系 别： 机电学院 专 业： 电气 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 在线互动式不间断电源（UPS）设计 起 迄 日 期: 2014.12.22- 2014.12.28 课程设计地点: 指 导 教 师: 刘世林 下达任务书日期: 2014年 12月19日 课 程 设 计 任 务 书 1．本次课程设计应达到的目的： 通过本次课程设计，让学生巩固所学的电力电子技术相关内容，加深对电力电子器件和电路工作原理的理解，并学会将所学的知识应用到实际中，达到在应用中掌握知识的目的。 2．本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）： 选用合适的电力电子元器件，设计一个在线互动式不间断电源，主要要求如下： （1）输出电压V，负载； 2）变压器的二次侧电压U2为220V。 课 程 设 计 任 务 书 3．对本课程设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： （1） 选定供电方案； 2）设计主电路，选择主电路的参数； 3）设计整流器的相控触发电路； 4）设计保护电路及计算其相关参数。 课 程 设 计 任 务 书 5．本课程设计课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2014年 11月日月日月日月日 一．在线互动式不间断电源原理 　　1、当市电电源的电压处在175~264V之间时，在UPS电源的逻辑控制电路的作用下，开关 K0闭合时，位于UPS输出通道上的作为转换开关使用的小型继电器的常闭触点接通，使得不稳定的市电电源直接送到负载上。因为微机开关电源所允许的市电电压工作范围在150~264V之间，所以，用户的微机是可以正常运行的。　　2、当市电电源的电压处在150~175V之间时，市电输入电压偏低，在UPS电源的逻辑控制电路的作用下，将开关K0开启，K1闭合。输入的幅值偏低的市电电源在经升压处理后（一般从升压绕组所输出的电压是市电输入电压的1.1~1.5倍），会将一个幅度较高（172~195V）的市电电源经转换开关送到负载。　　3、当市电电源的电压处在264~276V之间时，为防止出现由于将较高的市电电压直接送往负载而损坏用户负载的事故发生，在UPS的逻辑控制电路作用下，开关K0断开，K2闭合。这样，降压绕组所输出的市电电压（一般为市电输入电压的0.9倍，此时的输出电压为：230~250V），便会经转换开关送往负载，从而达到用户负载安全运行的目的。　　4、当市电电源的电压处在上述的150~276V范围内时，在线互动式UPS除了向用户的负载提供220V±20%的电源外，还经身兼逆变器/充电器两种控制功能的变换器向电池组充电，以便在市电工作不正常时，提供足够的直流能量。　　综上所述，我们可以看到：当市电供电正常时，送往用户负载的电源实际上是一路稳压精度很差的市电电源。而且，在此过程中，还需比较频繁地重新调整输入开关K0、K1和K2的工作状态。为了降低成本，在“在线互动式”UPS中常采用小型继电器来作调控开关K0、K1和K2.小型继电器在执行上述调控过程时，它们的触点切换时间为4ms左右。这种切换控制方式所带来的弊端之一是：会造成UPS对负载的供电产生瞬态中断，从而在负载的输入端造成瞬态扰动或高压尖峰干扰，从而造成微机误动作。未解决这一问题，目前，有的厂家利用可控硅所构成的“静态开关”来代替原有的小型继电器开关K0、K1和K2。从应用技术是角度来看，可将这种UPS电源在执行市电输入电压调压时可能产生的供电时间的中断降低到零，从而明显地改进了在线互动式UPS的输出特性。然而，事情总是一分为二的。如果把这种在线互动式UPS连到被谐波严重“污染”的电网中时，则会由于这种被“污染”的正弦波电源可能出现多个。  图1、在线互动式不间断不间断原理图 二、主电路的设计结构 　　图2所示为新型单极倍频SPWM软开关DC/AC逆变器主电路原理图。图3为其主要工作波形。该电路在硬开关SPWMDC/AC逆变器的基础上添加了电容C1，C2，C3，C4，Cr1，Cr2，CE1，CE2电感Lr1，Lr2，其中电容C1=C2=C3=C4，Cr1=Cr2，电感Lr1=Lr2，大容量电解电容CE1=CE2视为恒压源。这些元件为电路中的4只功率管实现零电压开关（ZVS）创造了条件。  　　图2 主电路结构 图3主电路主要工作波形三、设计整流器的相控触发电路 相控触发电路  3.1整流器的相控触发电路