課程論文-ups電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子裝置及系統(tǒng)課程論文</p><p><b>　　UPS電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　　姓名： 左立剛 </p><p>　　學(xué)號(hào)： 031040522 </p><p>　　指導(dǎo)老師：

2、 陳坤燚 </p><p>　　日期：2013年11月3日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 前 言3</b></p><p>　　1.1 UPS介紹4</p><p>　　1.1.1 UPS發(fā)展過(guò)程4</p&g

3、t;<p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況6</p><p>　　1.2.1 UPS研究的目的6</p><p>　　1.2.2 UPS研究意義7</p><p>　　1.2.3國(guó)內(nèi)外供電電網(wǎng)現(xiàn)狀7</p><p>　　1.3 UPS系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)8</p><p>　　1.3.1 輸入指標(biāo)8<

4、;/p><p>　　1.3.2 輸出指標(biāo)8</p><p>　　1.3.3 電池指標(biāo)8</p><p>　　1.3.4 其他指標(biāo)9</p><p>　　1.3.5 系統(tǒng)特點(diǎn)9</p><p>　　第2章 系統(tǒng)背景知識(shí)及理論基礎(chǔ)10</p><p>　　2.1 電網(wǎng)中斷及不穩(wěn)定情況10&l

5、t;/p><p>　　2.1.1供電間斷原因11</p><p>　　2.1.2 電網(wǎng)諧波危害11</p><p>　　2.1.3 電力系統(tǒng)在低頻率運(yùn)行13</p><p>　　2.2 UPS系統(tǒng)功能概述13</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作原理14</p><p>　　2.3.1 蓄

6、電池技術(shù)14</p><p>　　2.3.2 不間斷供電原理15</p><p>　　2.4 逆變器原理16</p><p>　　2.4.1、逆變電路主要性能參數(shù)16</p><p>　　2.4.2 三相橋式逆變電路及其控制方式18</p><p>　　2.5 PWM型三相橋式逆變電路19</p>

7、;<p>　　2.6 主要器件介紹20</p><p>　　2.6.1 晶閘管SCR20</p><p>　　2.6.2場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET20</p><p>　　2.6.3 絕緣柵晶體管IGBT20</p><p>　　2.6.4運(yùn)算放大器LM32421</p><p>　　2.6.5 變壓

8、器21</p><p>　　2.6.6 壓敏電阻22</p><p>　　2.7 各功能模塊電路介紹22</p><p>　　2.7.1 整流電路22</p><p>　　2.7.2 其余電路23</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體框圖

9、25</p><p>　　3.2 逆變電路結(jié)構(gòu)25</p><p>　　3.3 PWM脈寬調(diào)制25</p><p>　　3.4 驅(qū)動(dòng)電路27</p><p>　　3.5 過(guò)流保護(hù)28</p><p>　　第4章 系統(tǒng)仿真29</p><p>　　4.1 系統(tǒng)仿真29</p

10、><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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)。 </p><

11、;p>　　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(xiàn)工作的能量輸入；逆變器為UPS提供在線(xiàn)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U

12、PS定期檢修或故障維修時(shí)提供旁路電源。 </p><p>　　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。</p><p>　　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)DC-AC的逆變過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)頻率50HZ的220V交流電壓輸出。</p><p>　　關(guān)鍵字：UPS電源，斷電續(xù)用，電力電子，

13、智能網(wǎng)絡(luò)化，在線(xiàn)式第1章 前 言</p><p>　　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)。</p><p><b>　　1.1 UPS介紹</b></p><p>　　UPS不間斷電源為在線(xiàn)式UPS

14、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)

15、載加到滿(mǎn)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)

16、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</p><p>　　1.1.1 UPS發(fā)展過(guò)程</p><p>　　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。

17、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。</p><p>　　圖1-1 UPS內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著電力電子

18、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，其典型框圖如圖所示。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。</p><p>　　圖1-2 UPS工作流程<

19、/p><p>　　靜態(tài)UPS的工作方式有在線(xiàn)式和后備式，兩者主體結(jié)構(gòu)大體相同，只是后者在市電正常時(shí)工作在旁路(Bypass)，而前者只有當(dāng)逆變器故障或過(guò)載時(shí)才由旁路電源供電。一般來(lái)說(shuō)，從性能上講，在線(xiàn)式優(yōu)于后備式;從容量上講，后備式一般不大于3KVA，而在線(xiàn)式不受此限制，目前單機(jī)容量可以做到600KVA以上。</p><p>　　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

20、法。比如M.G, EXIDE等公司的UPS機(jī)內(nèi)信號(hào)用微機(jī)處理、通訊采用普通信號(hào)，而SIEL公司采用光纖通訊，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)UPS的同相同幅、均負(fù)載的功能。</p><p>　　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(mǎn)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1

21、00%不平衡產(chǎn)品。為改善后備式UPS的供電質(zhì)量，人們研制了凈化UPS，即將凈化電源加在旁路電源上。 </p><p>　　近期又出現(xiàn)了不間斷蓄電池系統(tǒng)UBS，見(jiàn)圖所示。它結(jié)合了動(dòng)態(tài)UPS和靜態(tài)UPS的優(yōu)點(diǎn)，只是噪聲稍大，主要應(yīng)用于特殊場(chǎng)合，如野外、地下室等環(huán)境惡劣的場(chǎng)所。</p><p>　　圖1-3 UPS普通應(yīng)用</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況&l

22、t;/p><p>　　1.2.1 UPS研究的目的</p><p>　　早期的UPS產(chǎn)品因電子技術(shù)及相關(guān)技術(shù)水平、工藝水平等方面的限制，備用時(shí)間短，智能性差，所以主要作為計(jì)算機(jī)的備用電源，其它行業(yè)涉及較少，因而普及率很低，受其所限，發(fā)展速度不快。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。這是因?yàn)樵谖⑿陀?jì)算機(jī)特別是企、事業(yè)單位的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間供

23、電的中斷，將會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的丟失和程序的破壞，有時(shí)甚至?xí)勾疟P(pán)盤(pán)面及磁頭遭到損壞，造成難以彌補(bǔ)的損失。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。于是高性能、高可靠性UPS越來(lái)越受到人們的關(guān)注。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(xiāo)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)，無(wú)不用到UPS，從此UPS不再只是工業(yè)，計(jì)算機(jī)業(yè)的寵兒，而真正被社會(huì)

24、，被各行各業(yè)所接受，所容納。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)UPS的要求越來(lái)越高：不但要求供電質(zhì)量高，而且要求智能化，這也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(lèi)更齊全。 實(shí)際上，UPS經(jīng)過(guò)近四十年的發(fā)展

25、至今，性能指標(biāo)基本相似，不同點(diǎn)在于功能上的拓寬、創(chuàng)新及可靠性的高低。PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)和功率晶體管及組合管、場(chǎng)效應(yīng)MOSFET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。特別是自80年代以來(lái)，微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程的迅猛發(fā)展，并引入U(xiǎn)PS領(lǐng)域，大大拓寬了UPS的功能。顯示方式從數(shù)碼顯示到液晶顯示，使得人機(jī)“對(duì)話(huà)”更加方便。利用CPU的強(qiáng)大處理功能，可做到自動(dòng)診斷、自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)、自動(dòng)打印

26、運(yùn)行記錄，起到監(jiān)控、管理系統(tǒng)的作用。</p><p>　　1.2.2 UPS研究意義</p><p>　　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。用戶(hù)希望UPS保護(hù)的對(duì)象不再是特定的運(yùn)算設(shè)備為主，而是讓網(wǎng)絡(luò)在電源出現(xiàn)異常時(shí)，仍然可以繼續(xù)工作而不中斷。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

27、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。智能UPS就是在這種形勢(shì)要求下發(fā)展起來(lái)的所謂智能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(chēng)為監(jiān)控軟件)以提供電源和資料的雙重保護(hù)。因此監(jiān)控軟件是UPS智能化的關(guān)鍵部分。目前UPS各大廠家都將UPS的監(jiān)控軟件作為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要籌碼。UPS不間斷電源本身是集數(shù)字與模擬技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、微處理器及軟件編程等技術(shù)于

28、一體的密集型電子產(chǎn)品。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)。UPS的發(fā)展，并由此推動(dòng)與之相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這也是我選擇本設(shè)計(jì)題目的初衷。</p><p>　　目前我國(guó)所用的UPS大多是國(guó)外的產(chǎn)品，進(jìn)口產(chǎn)品品種齊全，功能完善，但是用戶(hù)在使用和維修等方面有許多不便，而且價(jià)格昂貴。最近幾年，雖然國(guó)內(nèi)UPS生產(chǎn)廠家不但增多，但是由于技術(shù)水平的限制，產(chǎn)品還是以傳統(tǒng)模擬

29、式為主，所以期待著高性能的國(guó)產(chǎn)UPS電源的出現(xiàn)</p><p>　　雖然目前UPS技術(shù)已經(jīng)比較成熟，帶負(fù)載的能力大多還是可以滿(mǎn)足要求的，但是，對(duì)于整個(gè)逆變器來(lái)講，其采用不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器使得UPS的整機(jī)性能和穩(wěn)定性也不盡相同，因此本文研究的UPS系統(tǒng)本著讓UPS系統(tǒng)帶負(fù)載能力更強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載突然變化命令UPS的工作更加穩(wěn)定，同時(shí)保證UPS整機(jī)適合其發(fā)展趨勢(shì)為原則進(jìn)行展開(kāi)的。 </p><p

30、>　　1.2.3國(guó)內(nèi)外供電電網(wǎng)現(xiàn)狀</p><p>　　表1-1 國(guó)內(nèi)外供電情況對(duì)比</p><p>　　由上表中可以看出我國(guó)很難保證用電端的供電質(zhì)量，研究一種高可用的UPS供電系統(tǒng)是我國(guó)當(dāng)前以及今后的方向之一。</p><p>　　1.3 UPS系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1.3.1 輸入指標(biāo)</p><p

31、><b>　　A.額定電壓</b></p><p><b>　　B 電壓范圍</b></p><p><b>　　C 頻率</b></p><p><b>　　D 輸入方式</b></p><p><b>　　E 功率因數(shù)</b>

32、;</p><p>　　1.3.2 輸出指標(biāo)</p><p><b>　　A.電壓</b></p><p><b>　　B 電壓失真度</b></p><p><b>　　C 頻率</b></p><p><b>　　D 過(guò)載能力</b&

33、gt;</p><p><b>　　E 功率因數(shù)</b></p><p><b>　　F 峰值因數(shù)</b></p><p><b>　　G 整機(jī)效率</b></p><p>　　1.3.3 電池指標(biāo)</p><p><b>　　A.類(lèi)型<

34、/b></p><p><b>　　B 內(nèi)置電池節(jié)數(shù)</b></p><p><b>　　C 額定電壓</b></p><p><b>　　D 備用時(shí)間</b></p><p><b>　　E 充電時(shí)間</b></p><p>

35、;　　1.3.4 其他指標(biāo)</p><p><b>　　A.安全規(guī)范</b></p><p><b>　　B 電磁兼容滿(mǎn)足</b></p><p><b>　　C 電涌保護(hù)</b></p><p><b>　　D 抗擾性保護(hù)</b></p>

36、<p>　　E 1.MTBF系統(tǒng)</p><p><b>　　F 噪音（1M）</b></p><p>　　1.3.5 系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>　　對(duì)于一套高質(zhì)量UPS供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它應(yīng)具有如下特性:</p><p><b>　　(l)高可靠性 </b></p><p

37、>　　系統(tǒng)應(yīng)具有能提供365×24連續(xù)提供高質(zhì)量的UPS逆變電源的供電能力。這就意味著，在UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中，既不允許出現(xiàn)任何瞬間供電中斷/停電事故，也不允許出現(xiàn)由普通的市電經(jīng)交流旁路直接向用戶(hù)負(fù)載供電的情況。為此，要求UPS供電系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足如下要求:</p><p>　　由于UPS單機(jī)本身的故障率低，因此目前大型UPS產(chǎn)品的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)為20萬(wàn)～40萬(wàn)小時(shí)。 </p&g

38、t;<p>　　采用具有高度容錯(cuò)功能的“N+1”型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性(“1+l”型冗余并機(jī)系統(tǒng)的典型MTBF值可達(dá)140萬(wàn)～200萬(wàn)小時(shí))。</p><p>　　在整套UPS供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在單點(diǎn)瓶頸故障隱患。</p><p>　　允許在UPS逆變電源連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行不停電的維護(hù)和檢修操作。</p><p>　

39、　萬(wàn)一在用戶(hù)設(shè)備端出現(xiàn)短路故障時(shí)，應(yīng)將故障的影響縮小到盡可能小的范圍。</p><p><b>　　(2)高抗干擾性</b></p><p>　　UPS供電系統(tǒng)能使設(shè)備獲得高“可利用率”，并可為其創(chuàng)造優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境。</p><p>　　大量的運(yùn)行實(shí)踐表明:電源干擾問(wèn)題是造成設(shè)備的“可利用率”下降的重要原因之一。在此需說(shuō)明的是:電源干擾不僅來(lái)源

40、于普通的市電電網(wǎng)，它還來(lái)源于設(shè)計(jì)不完善的UPS本身及用戶(hù)的設(shè)備本身。這是因?yàn)榕渲迷贗DC和MDC機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器、磁盤(pán)陣列機(jī)和交換機(jī)等均內(nèi)置有開(kāi)關(guān)電源，這種整流濾波型非線(xiàn)性負(fù)載會(huì)向UPS供電系統(tǒng)反射3～23次低次諧波干擾，可能帶來(lái)降低話(huà)音質(zhì)量的惡果。實(shí)踐證明，過(guò)大和過(guò)頻地出現(xiàn)電源干擾，輕者會(huì)導(dǎo)致的傳輸速率下降，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟包率增大等隱性故障，從而導(dǎo)致設(shè)備被迫進(jìn)入“降額使用”狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。</p><

41、p>　　由此可見(jiàn)，高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)UPS供電系統(tǒng)所能提供的電源質(zhì)量提出更為嚴(yán)格的要求。</p><p>　　系統(tǒng)背景知識(shí)及理論基礎(chǔ)</p><p>　　UPS系統(tǒng)應(yīng)世界科技發(fā)展局勢(shì)要求，特別是信息技術(shù)的高速發(fā)展，迫切需要保證電能質(zhì)量，在電能發(fā)生不穩(wěn)定或者中斷時(shí)，能及時(shí)保障用戶(hù)的利益。而就在飛速發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)品和電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)生了UPS這一貼近生活，應(yīng)用廣泛的科技產(chǎn)

42、品。</p><p>　　2.1 電網(wǎng)中斷及不穩(wěn)定情況</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力資源的需求日益增長(zhǎng)，用戶(hù)對(duì)電力系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。供電的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和滿(mǎn)足用戶(hù)需求的重要問(wèn)題。</p><p>　　我國(guó)作為裝機(jī)容量和年發(fā)電量均居世界第二位的電力大國(guó)，由于國(guó)土遼闊、動(dòng)力資源與用電中心相距遙遠(yuǎn)、城鄉(xiāng)家用電器設(shè)備的大

43、量普及，對(duì)用戶(hù)端電力電壓的穩(wěn)定性提出了更高的要求。保障供電的穩(wěn)定性也是改善內(nèi)外部投資環(huán)境、滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的生活水平以及提升綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。</p><p>　　我國(guó)最早的電廠由英商旗昌洋行于1882年開(kāi)辦的，最初為粵恒電燈公司，被官商合股收購(gòu)。我國(guó)市電起初主要在殖民地使用，大部分為日本的殖民地，其中東北的電網(wǎng)最大，約占全國(guó)的50%。在不同地區(qū)，110V和220V市電都有使用的經(jīng)歷。至解放前，我國(guó)還是多種電壓

44、和頻率并存，主要是與發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)國(guó)制式有關(guān)。新中國(guó)成立后，統(tǒng)一了全國(guó)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)為220V 50Hz。一方面是由于我國(guó)沿襲前蘇聯(lián)的制式;另一方面，因?yàn)槲覈?guó)國(guó)土幅員遼闊，供電半徑要比美洲國(guó)家大，出于降低能耗，減少農(nóng)村、山區(qū)用電成本的目的，我國(guó)采用的是比美洲發(fā)達(dá)國(guó)家更高的市電電壓制度。220V電壓與110V電壓相比的優(yōu)點(diǎn)：第一，傳輸耗電小，減少了能量損耗第二，傳輸相同電量，在損耗相同的情況下，使用的導(dǎo)線(xiàn)橫截面積要小一倍，節(jié)約了

45、大量的金屬資源第三，相對(duì)減少了變壓器的工作負(fù)荷，使變電這一關(guān)鍵而又脆弱的節(jié)點(diǎn)有了更多的安全保障第四，對(duì)偷盜電力設(shè)備的行為客觀上產(chǎn)生了遏制。</p><p>　　圖2-1 UPS簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1供電間斷原因</p><p>　　1）交流輸入電源突然發(fā)生停電。造成這種突然停電的原因較多，</p><p>　　供電線(xiàn)路檢

46、修計(jì)劃停電</p><p>　　電力設(shè)備在運(yùn)行一定周期后，需停電進(jìn)行檢修維護(hù)。</p><p>　　供電線(xiàn)路突發(fā)性故障停電</p><p>　　電從發(fā)電廠經(jīng)過(guò)輸電線(xiàn)路，變配電站一直到用戶(hù)家中的許多環(huán)節(jié)，任一環(huán)節(jié)出了故障，遭到外力破壞，或遇到不可抗拒的自然災(zāi)害，都會(huì)造成停電事故。如果突然出現(xiàn)大面積的停電，很可能是由于線(xiàn)路突發(fā)故障導(dǎo)致停電， </p>&l

47、t;p><b>　　欠費(fèi)停電</b></p><p>　　如客戶(hù)未在規(guī)定繳費(fèi)期內(nèi)及時(shí)交費(fèi)，有關(guān)部門(mén)會(huì)根據(jù)相關(guān)依據(jù)對(duì)其采取停電的措施</p><p><b>　　低壓故障停電</b></p><p>　　有人私自增加電器設(shè)備，超容量使用引起變壓器、開(kāi)關(guān)、電度表等電器元件燒壞?？傞l、分閘等內(nèi)部設(shè)備故障，樓內(nèi)線(xiàn)斷線(xiàn)、空氣開(kāi)

48、關(guān)跳閘等都會(huì)造成停電。</p><p>　　2）交流輸入電源發(fā)生瞬間停電。</p><p>　　3）電源裝置發(fā)生故障而中斷供電</p><p>　　2.1.2 電網(wǎng)諧波危害</p><p><b>　　1、諧波的產(chǎn)生</b></p><p>　　諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線(xiàn)性負(fù)載所致.當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)

49、載時(shí),與所加的電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系,就形成非正弦電流,從而產(chǎn)生諧波.諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù),根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉分析原理證明,任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量.諧波是正弦波,每個(gè)諧波都具有不同的頻率、幅度與相角.諧波可以區(qū)分為偶次諧波與奇次諧波,第3、5、7次編號(hào)的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波,如基波為50Hz時(shí),2次諧波為100Hz,3次諧波則是150Hz.一般地講,奇次諧波引起的

50、危害比偶次諧波更多更大.在平衡的三相系統(tǒng)中,由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系,偶次諧波已經(jīng)被消除了,只有奇次諧波存在.對(duì)于三相整流負(fù)載,出現(xiàn)的諧波電流是6n次諧波,例如5、7、11、13、17、19等,變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波.</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,變頻器有間接變頻器和直接變頻器之分.間接變頻器將工頻電流通過(guò)整流器變成直流,然后再經(jīng)過(guò)逆變器將直流變換成可控頻率的交流.而直接變頻器是將工頻電流直接變換成可控頻率的交流,

51、沒(méi)有中間的直流環(huán)節(jié).它的每相都是一個(gè)兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆電路.正反兩組按一定周期相互切換,在負(fù)荷上就獲得了交變輸出的電壓U0,U0的幅值決定于各整流裝置的控制角,頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率.目前應(yīng)用較多的還是間接變頻器. 間接變頻器有三種不同的結(jié)構(gòu)方式:</p><p>　　(1)用可控整流器變壓,用逆變器變頻,調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行,兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合;</p>

52、<p>　　(2)用不可控整流器整流斬波器變壓,用逆變器變頻,這種變頻器整流環(huán)節(jié)用斬波器,用脈寬調(diào)壓:</p><p>　　(3)用不可控整流器整流,用PWM逆變器變頻,這種變頻器只有采用可控關(guān)斷式器件(如IGBT等),輸出波形才會(huì)非常逼近正弦波。</p><p>　　無(wú)論哪一種變頻器,都大量使用了晶閘管等非線(xiàn)性電力電子元件,不管采用哪種整流方式,變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式都不

53、是連續(xù)的正弦波,而是以脈動(dòng)的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流,這種脈動(dòng)電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動(dòng)電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上,使電壓發(fā)生畸變,經(jīng)過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)分析可知,這種非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成.</p><p><b>　　2、諧波的危害</b></p><p>　　一般來(lái)講,變頻器對(duì)容量相對(duì)較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯,而對(duì)容量小的系

54、統(tǒng),諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視,它對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染.諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的,主要表現(xiàn)在:</p><p>　　(1)諧波對(duì)供電線(xiàn)路產(chǎn)生了附加損耗.由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),使線(xiàn)路電阻隨頻率增加而提高,造成電能的浪費(fèi);由于中性線(xiàn)正常時(shí)流過(guò)電流很小,故其導(dǎo)線(xiàn)較細(xì),當(dāng)大量的三次諧波流過(guò)中性線(xiàn)時(shí),會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞;</p><p>　　(2)諧波影響各種電氣設(shè)備的

55、正常工作.對(duì)如發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)和噪聲;對(duì)斷路器,當(dāng)電流波形過(guò)零點(diǎn)時(shí),由于諧波的存在可能造成高的di/dt,這將使開(kāi)斷困難,并且延長(zhǎng)故障電流的切除時(shí)間;</p><p>　　(3)諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振.工頻下,系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多,不會(huì)產(chǎn)生諧振,但諧波頻率時(shí),感抗值成倍增加而容抗值成倍減少,這就有可能出現(xiàn)諧振,諧振將放大諧波電流,導(dǎo)致電容器等設(shè)備被

56、燒毀;</p><p>　　(4)諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,這就使上述危害大大增加,甚至引起嚴(yán)重的責(zé)任事故;</p><p>　　(5)諧波將使得繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作,并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差;諧波對(duì)其他系統(tǒng)及電力用戶(hù)危害也很大:如對(duì)附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者出現(xiàn)噪聲,降低通信質(zhì)量,重者丟失信息,使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作;影響電子設(shè)備工作精度,

57、使精密機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低;設(shè)備壽命縮短,家用電器工況變壞等.</p><p>　　2.1.3 電力系統(tǒng)在低頻率運(yùn)行</p><p>　　電力系統(tǒng)低頻運(yùn)行是非常危險(xiǎn)的,因?yàn)殡娫磁c負(fù)荷在低頻率下重新平衡很不牢固,也就是說(shuō)穩(wěn)定性很差,甚至產(chǎn)生頻率崩潰,會(huì)嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行,并對(duì)發(fā)電設(shè)備和用戶(hù)造成嚴(yán)重?fù)p壞,主要表現(xiàn)為以下幾方面:</p><p>　　（1）引起汽輪機(jī)

58、葉片斷裂。在運(yùn)行中,汽輪機(jī)葉片由于受不均勻汽流沖擊而發(fā)生振動(dòng)。在正常頻率運(yùn)行情況下,汽輪機(jī)葉片不發(fā)生共振。當(dāng)?shù)皖l率運(yùn)行時(shí),末級(jí)葉片可能發(fā)生共振或接近于共振,從而使葉片振動(dòng)應(yīng)力大大增加,如時(shí)間過(guò)長(zhǎng),葉片可能損傷甚至斷裂。</p><p>　　(2)使發(fā)電機(jī)出力降低,頻率降低,轉(zhuǎn)速下降,發(fā)電機(jī)兩端的風(fēng)扇鼓進(jìn)的風(fēng)量減小,冷卻條件變壞,如果仍維持出力不變,則發(fā)電機(jī)的溫度升高,可能超過(guò)絕緣材料的溫度允許值,為了使溫升不超過(guò)

59、允許值,勢(shì)必要降低發(fā)電機(jī)出力。</p><p>　　(3)使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降。因?yàn)轭l率下降時(shí),會(huì)引起機(jī)內(nèi)電勢(shì)下降而導(dǎo)致電壓降低,同時(shí),由于頻率降低,使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低,同軸勵(lì)磁電流減小,使發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)一步下降。</p><p>　　(4)對(duì)廠用電安全運(yùn)行的影響。當(dāng)?shù)皖l運(yùn)行時(shí),所有廠用交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都相應(yīng)的下降,因而火電廠的給水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等輔助設(shè)備的出力也將下降,從而影響電廠的

60、出力。其中影響最大的是高壓給水泵和磨煤機(jī),由于出力的下降,使電網(wǎng)有功電源更加缺乏,致使頻率進(jìn)一步下降,造成惡性循環(huán)。</p><p>　　(5)對(duì)用戶(hù)的危害:頻率下降,將使用戶(hù)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,出力降低,從而影響用戶(hù)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。另外,頻率下降,將引起電鐘不準(zhǔn),電氣測(cè)量?jī)x器誤差增大,安全自動(dòng)裝置及繼電保護(hù)誤動(dòng)作等。</p><p>　　2.2 UPS系統(tǒng)功能概述</p>

61、<p>　　系統(tǒng)預(yù)期實(shí)現(xiàn)當(dāng)市電輸入出現(xiàn)故障，突然停電時(shí)，UPS替代市電實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間的對(duì)負(fù)載持續(xù)供電，保證負(fù)載正常工作。</p><p>　　在市電質(zhì)量較差時(shí)，通過(guò)整流濾波電路，提高改善市電質(zhì)量，保證負(fù)載輸入穩(wěn)定，或者在市電不穩(wěn)定時(shí)，切換UPS系統(tǒng)回路，使用備用回路或放電回路，用電池儲(chǔ)備電能在一定時(shí)間內(nèi)替代市電輸出，輸出穩(wěn)定的正弦電，保證生產(chǎn)工作一定時(shí)間內(nèi)正常進(jìn)行，減少因電網(wǎng)崩潰帶來(lái)的損失。</p&

62、gt;<p>　　UPS是針對(duì)中國(guó)電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對(duì)電源的可靠性要求，克服中、大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣的問(wèn)題，以全新的數(shù)字技術(shù)研制出的第三代工頻純?cè)诰€(xiàn)式智能型UPS。直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)等。</p><p>　　UPS和直流電源是企業(yè)重要的供電保障設(shè)備，傳統(tǒng)的維護(hù)管理包括：①日常巡檢外觀，定期更換

63、電池、濾波電容、風(fēng)機(jī)等易損件，大修時(shí)做電池活化等；②改造或采用換代設(shè)備，使用高級(jí)工具測(cè)試電池性能。這種管理方式企業(yè)投入成本高，維護(hù)人員工作量大，不易實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，設(shè)備事故預(yù)防能力低。實(shí)施在線(xiàn)維護(hù)管理可避免傳統(tǒng)方式的不足之處，獲得良好效益。</p><p>　　UPS的中文意思為“不間斷電源”，是英語(yǔ)“Uninterruptible Power Supply”的縮寫(xiě)，它可以保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在停電之后

64、繼續(xù)工作一段時(shí)間以使用戶(hù)能夠緊急存盤(pán)，使用戶(hù)不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　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。</p><p>　　(1)蓄電池是電網(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，是UPS實(shí)

65、現(xiàn)其功能的重要保證。</p><p>　　(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； </p><p>　　(3)旁路輔助電源是為維修、檢修UPS，或者逆變器故障的情況下實(shí)現(xiàn)不間斷供電的輔助電源。</p><p>　　2.3.1 蓄電池技術(shù)</p><p>　　蓄電池

66、技術(shù)的存在是UPS系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的根本，自從1859年法國(guó)科學(xué)家普朗特以鉛為電極制成鉛酸蓄電池以來(lái)，鉛酸蓄電池經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展與完善，已經(jīng)成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電池，鉛酸蓄電池由于其成本低、容量大、安全可靠等特點(diǎn)，在通訊、鐵路、軍事、電動(dòng)汽車(chē)、光伏發(fā)電等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為社會(huì)生產(chǎn)和人類(lèi)生活中不可缺少的設(shè)備。蓄電池充電本質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，蓄電池充電裝置實(shí)際上是一個(gè)充電電源，該充電電源通過(guò)一定的控制算法使得輸

67、出電壓和輸出電流與蓄電池充電曲線(xiàn)相吻合。目前，常用的充電電源主要有以下三種：相控電源、線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源。 </p><p>　　(1)相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它將市電直接經(jīng)過(guò)整流濾波后輸出直流，通過(guò)改變可控硅整流器的導(dǎo)通相位角，來(lái)控制電源的輸出電壓。相控電源所使用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積龐大，由此造成相控電源本身體積龐大、效率低下。而且該類(lèi)電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、可靠性低。目前相控電源已經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢(shì)

68、。 </p><p>　　(2)線(xiàn)性電源是另一種常見(jiàn)的電源，它是通過(guò)串聯(lián)調(diào)整管，可以連續(xù)控制的電源。線(xiàn)性電源的功率調(diào)整管工作在放大區(qū)，通過(guò)的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上的損耗功率較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并需要裝配體積很大的散熱器。 </p><p>　　(3)開(kāi)關(guān)電源的研究發(fā)展歷史比較短，在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始了相關(guān)的研究，并于當(dāng)時(shí)研制出了DC／DC變換器，這為開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展奠定了

69、基礎(chǔ)。七十年代，出現(xiàn)了使用高頻變換技術(shù)的整流器，它使交流電不經(jīng)過(guò)工頻變換器，而是直接整流再逆變?yōu)楦哳l交流，再整流濾波變?yōu)樗璧闹绷鳌?</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展，尤其是大功率高壓場(chǎng)效應(yīng)管等新型高頻開(kāi)關(guān)器件的出現(xiàn)，使得功率變換器的開(kāi)關(guān)頻率得到很大的提高，減小了功率變換器中的變壓器體積和重量，從而大大減小了開(kāi)關(guān)電源的體積和重量。 </p><p>　　開(kāi)關(guān)電源由最

70、初的低頻開(kāi)關(guān)電源發(fā)展到高頻開(kāi)關(guān)電源，其開(kāi)關(guān)頻率越來(lái)越高，控制技術(shù)也越來(lái)越完善，在蓄電池充電裝置的設(shè)計(jì)中，正是由于開(kāi)關(guān)電源的性能越來(lái)越完善，已逐步成為充電功率主電路設(shè)計(jì)的首選。</p><p>　　2.3.2 不間斷供電原理</p><p>　　圖2-2 UPS工作原理框圖</p><p>　　對(duì)比圖2-1和圖2-2得知</p><p>　　

71、(1)在交流輸入電源正常的情況下，整流器一方面為逆變器提供直流輸入電壓，同時(shí)另一方面向蓄電池充電，使蓄電池儲(chǔ)存能量；一旦交流輸入電壓發(fā)生異?；驍嚯?、或者整流器發(fā)生故障時(shí)，整流器就無(wú)直流輸出，這時(shí)蓄電池自動(dòng)代替整流器向逆變器提供直流輸入電壓，逆變器仍能正常工作。當(dāng)市電恢復(fù)正?；蛘哒髌鞴收吓懦?，恢復(fù)整流器供電，這樣負(fù)載得到連續(xù)供電，不會(huì)產(chǎn)生間斷供電的現(xiàn)象。</p><p>　　(2)當(dāng)逆變器發(fā)生故障時(shí)，很明顯，圖

72、2-1所示結(jié)構(gòu)的UPS就不能實(shí)現(xiàn)負(fù)載的不間斷供電。</p><p>　　解決的辦法有兩個(gè)：一是提供逆變器的備用單元；二是提供靜態(tài)旁路輔助電源。具體來(lái)說(shuō):如果有逆變器的備用單元，當(dāng)逆變器故障時(shí)，通過(guò)快速開(kāi)關(guān)立即切換至備用單元，保證負(fù)載的不間斷供電，這時(shí)負(fù)載得到的仍是穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電；b.如果有靜態(tài)旁路輔助電源，當(dāng)逆變器故障時(shí)，通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)迅速切換至靜態(tài)旁路電源，向負(fù)載供電，不過(guò)，這時(shí)負(fù)載得到的是市電，供電質(zhì)量比較差

73、，無(wú)穩(wěn)壓穩(wěn)頻性能，但保證了負(fù)載不間斷供電。一旦逆變器故障排除，即可恢復(fù)運(yùn)行。</p><p>　　(3)如果市電交流輸入不正常的同時(shí)，逆變器又發(fā)生故障，這時(shí)要保證負(fù)載的不間斷供電，可采用既有逆變器備用單元，又有靜態(tài)旁路電源的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)交流輸入恢復(fù)正常或者逆變器故障排除，通過(guò)靜態(tài)旁路電源向負(fù)載供電；或者通過(guò)逆變器向負(fù)載供電。這種方案可保證負(fù)載的供電不間斷。</p><p>　　(4)電源裝

74、置根據(jù)實(shí)際情況需要定期檢修，這時(shí)必須斷開(kāi)逆變器和靜態(tài)旁路，但仍然要保證負(fù)載供電的不間斷，這時(shí)可采用增加維修旁路電源的方案。當(dāng)電源裝置維修時(shí)，通過(guò)維修旁路開(kāi)關(guān)切換至維修旁路電源，此電源取自市電；一旦維修完畢，即切換至逆變器供電或靜態(tài)旁路電源供電。</p><p>　　綜上所述，不間斷供電的原理實(shí)質(zhì)就是從電源裝置的組成結(jié)構(gòu)上考慮如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載的不間斷供電:采用冗余結(jié)構(gòu)或者其他可靠性設(shè)計(jì)方案。</p>&l

75、t;p><b>　　2.4 逆變器原理</b></p><p>　　逆變器是在線(xiàn)式交流UPS不間斷電源的核心，因?yàn)樵谠诰€(xiàn)式UPS系統(tǒng)中，無(wú)論市電正常與否，逆變電路都必須正常工作，除非逆變器發(fā)生故障，這是在線(xiàn)式UPS的特點(diǎn)決定的。因此，逆變器的設(shè)計(jì)在整個(gè)UPS設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。</p><p>　　逆變是將直流電變?yōu)榻涣麟?實(shí)現(xiàn)逆變的電路稱(chēng)為逆變電路。UPS不間

76、斷電源的交流輸出側(cè)直接和負(fù)載相連，其中的逆變電路屬于無(wú)源逆變。</p><p>　　在許多場(chǎng)合，電網(wǎng)提供的50Hz工頻電源不能滿(mǎn)足負(fù)載的特殊需要。UPS不間斷電源的負(fù)載就是那些對(duì)電源的電壓和頻率的穩(wěn)定性、波形畸變等有著嚴(yán)格的要求，且絕不允許瞬時(shí)停電的特殊負(fù)載。逆變器的主要功能就是將整流/充電器輸出的直流電壓變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻CVCF的交流電。</p><p>　　2.4.1、逆變電路主要性能參

77、數(shù)</p><p>　　描述逆變器性能的參量和技術(shù)條件很多，這里僅就評(píng)價(jià)逆變器時(shí)常用的技術(shù)參數(shù)做一扼要說(shuō)明。</p><p>　　（1）使用環(huán)境條件 </p><p>　　逆變器正常使用條件：海拔高度不超過(guò)1000m，空氣溫度0～+40℃。    </p><p>　?。?）直流輸入電源條件&

78、#160;</p><p>　　輸入直流電壓波動(dòng)范圍：蓄電池組額定電壓值的±15%。</p><p>　?。?）額定輸出電壓 </p><p>　　在規(guī)定的輸入電源條件下，輸出額定電流時(shí)，逆變器應(yīng)輸出的額定電壓值。電壓波動(dòng)范圍：?jiǎn)蜗?20V±5%，三相380±5%。   </p>&

79、lt;p>　?。?）額定輸出電流 </p><p>　　在規(guī)定的輸出頻率和負(fù)載功率因數(shù)下，逆變器應(yīng)輸出的額定電流值。  </p><p>　　（5）額定輸出頻率 </p><p>　　在規(guī)定的條件下，固定頻率逆變器的額定輸出頻率為50Hz：   頻率波動(dòng)范圍：50Hz±2%。

80、60;  </p><p>　　（6）最大諧波含量 </p><p>　　正弦波逆變器，在阻性負(fù)載下，輸出電壓的最大諧波含量應(yīng)≤10%。   </p><p><b>　?。?）過(guò)載能力 </b></p><p>　　在規(guī)定的條件下，在較短時(shí)間內(nèi)，逆變

81、器輸出超過(guò)額定電流值的能力。逆變器的過(guò)載能力應(yīng)在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)下，滿(mǎn)足一定的要求。 </p><p><b>　?。?）效率 </b></p><p>　　在額定輸出電壓、輸出、電流和規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)下，逆變器輸出有功功率與輸入有功功率(或直流功率)之比。 </p><p>　　（9）負(fù)載功率因數(shù) 

82、</p><p>　　逆變器負(fù)載功率因數(shù)的允許變化范圍，推薦值0.7―1.0。   </p><p>　?。?0）負(fù)載的非對(duì)稱(chēng)性 </p><p>　　在10%的非對(duì)稱(chēng)負(fù)載下，固定頻率的三相逆變器輸出電壓的非對(duì)稱(chēng)性應(yīng)≤10%。 </p><p>　?。?1）輸出電壓的不對(duì)稱(chēng)度 <

83、;/p><p>　　在正常工作條件下，各相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，輸出電壓的不對(duì)稱(chēng)度應(yīng)≤5%。  </p><p><b>　?。?2）起動(dòng)特性 </b></p><p>　　在正常工作條件下，逆變器在滿(mǎn)載負(fù)載和空載運(yùn)行條件下，應(yīng)能連續(xù)5次正常起動(dòng)。 </p><p><b>　?。?3）

84、保護(hù)功能 </b></p><p>　　逆變器應(yīng)設(shè)置：短路保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)及缺相保護(hù)。 </p><p>　?。?4）干擾與抗干擾 </p><p>　　逆變器應(yīng)在規(guī)定的正常工作條件下，能承受一般環(huán)境下的電磁干擾。逆變器的抗干擾性能和電磁兼容性應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 </p>

85、<p><b>　?。?5）噪聲 </b></p><p>　　不經(jīng)常操作、監(jiān)視和維護(hù)的逆變器，應(yīng)≤95db；   經(jīng)常操作、監(jiān)視和維護(hù)的逆變器，應(yīng)≤80db。   </p><p><b>　?。?6）顯示 </b></p><p>

86、;　　逆變器應(yīng)設(shè)有交流輸出電壓、輸出電流和輸出頻率等參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，并有輸入帶電、通電和故障狀態(tài)的信號(hào)顯示。   </p><p>　　在光伏/風(fēng)力互補(bǔ)系統(tǒng)選用逆變器時(shí)，首要的是確定逆變器如下幾個(gè)最主要的技術(shù)參數(shù)： </p><p>　　輸入直流電壓范圍，如DC24V、48V、110V、220V等； 額定輸出電壓，如三相380V，還是單相2

87、20V； 輸出電壓波形，如正弦波、梯形波或方波。</p><p>　　2.4.2 三相橋式逆變電路及其控制方式</p><p><b>　　1、電路原理：</b></p><p>　　逆變最基本的電路就是橋式電路。三相橋式逆變電路原理電路如圖3-1所示。</p><p>　　圖中的開(kāi)關(guān)S1--6代表實(shí)際電路中的

88、電力電子功率開(kāi)關(guān)器件。只要開(kāi)關(guān)按照一定的規(guī)律斷開(kāi)和閉合就能將直流電變?yōu)榻涣麟姟?lt;/p><p>　　圖2-3三相橋式逆變電路原理圖</p><p>　　在實(shí)際電路中，開(kāi)關(guān)的切換(換相)通過(guò)換相電路或控制脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。換相是逆變電路中一個(gè)十分重要的概念，因?yàn)閷?shí)際電路中的電力電子開(kāi)關(guān)器件并不是理想開(kāi)關(guān)，它們的開(kāi)通和關(guān)斷必須在一定的控制條件下進(jìn)行。無(wú)論是全控型還是半控型電力電子器件,只要給控制極適

89、當(dāng)?shù)男盘?hào)，就可以使其導(dǎo)通；但是關(guān)斷時(shí)的情況就不同,全控型器件可以用控制極信號(hào)使其關(guān)斷，而半控型的器件，必須采用一定的外部條件或措施才能使其關(guān)斷。對(duì)于有自關(guān)斷能力的器件來(lái)說(shuō)，換相可通過(guò)自身來(lái)完成，稱(chēng)為器件換相；否則要借助其他手段來(lái)實(shí)現(xiàn)換相，如電網(wǎng)換相、負(fù)載換相、電容換相。</p><p>　　在本UPS不間斷電源設(shè)計(jì)中，逆變器的直流輸入側(cè)來(lái)自整流器的整流輸出或者蓄電池的直流輸出，屬于電壓源，因此本設(shè)計(jì)中的逆變電路屬

90、于電壓型逆變電路。它一般采用導(dǎo)電模式，即在一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)臂導(dǎo)通。</p><p><b>　　2.控制方式</b></p><p>　　電壓型逆變電路的典型控制方式有相控和PWM控制兩種。</p><p>　　相控是指控制觸發(fā)脈沖的相位，即脈沖觸發(fā)時(shí)刻來(lái)改變輸出電壓脈沖的寬度，從而得到調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的作用。這種控制方式輸出電壓為矩形波，其中含

91、有較多的諧波，對(duì)負(fù)載有不利的影響；且功率因數(shù)不高，調(diào)節(jié)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。</p><p>　　采用PWM控制方式能夠較好地克服上述缺點(diǎn)。</p><p>　　PWM即脈沖寬度調(diào)制控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使之輸出一系列幅值相等、寬度不等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。按照一定的規(guī)則，對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變輸出電壓的大小，又可改變輸出頻率。理論和實(shí)

92、踐證明PWM逆變電路具有很強(qiáng)的諧波抑制能力。同時(shí)，它還具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　(1)逆變輸出波形接近正弦波；</p><p><b>　　(2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；</b></p><p><b>　　(3)功率因數(shù)高。</b></p><p>　　隨著自關(guān)斷器件的出現(xiàn)并成熟后，PWM控制技術(shù)得

93、到了很快的發(fā)展，PWM型逆變電路獲得了廣泛的應(yīng)用。如今，PWM控制技術(shù)己成為電力電子技術(shù)中一個(gè)非常重要的組成部分，它對(duì)提高電力電子裝置的性能，推動(dòng)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著巨大作用。</p><p>　　2.5 PWM型三相橋式逆變電路</p><p>　　正因?yàn)镻WM控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，逆變電路越來(lái)越多地采用PWM控制方式。</p><p>　　下面詳述PW

94、M逆變器的基本原理。</p><p>　　在采樣控制理論中，有一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。這個(gè)結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面以正弦脈寬調(diào)制SPWM為例說(shuō)明PWM控制的基本原理。</p><p>　　(a） (b)</p><p>　　圖2-

95、4 PWM控制的基本原理示意圖</p><p>　　如圖2-4所示，在圖2-4a中，將正弦半波分成N等份，把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于n/N，但幅值不等，脈沖頂部不是水平直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果此脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，并且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積即沖量相等，就得到了如圖2

96、-4b所示的脈沖序列。這就是PWM波形。從中可看出PWM各脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，此PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦負(fù)半周，可用同樣的方法得到相應(yīng)的PWM波形。這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，成為SPWM波形。</p><p>　　在PWM波形中，要改變等效輸出正弦波的幅值只要按同一比例改變各脈沖的寬度即可。</p><p>

97、　　2.6 主要器件介紹</p><p>　　2.6.1 晶閘管SCR</p><p>　　晶閘管是最早出現(xiàn)得可控器件。其功率最大，使用最廣泛，在電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中占有很重要的地位。普通型SCR電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，自身電壓降1.5V，開(kāi)通僅需要在控制級(jí)上加一個(gè)小觸發(fā)脈沖，然后想要關(guān)斷這種器件必須用電感、電容和輔助開(kāi)關(guān)器件組成強(qiáng)迫環(huán)流電路。由于工作頻率低，關(guān)斷電路復(fù)雜，效率低

98、，功耗大，因此在PWM調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波還不夠完善，而且噪音較大。目前UPS中，主要把SCR器件用作整流器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)。如圖2-5</p><p>　　圖2-5 SCR外形圖</p><p>　　2.6.2場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET</p><p>　　功率MOSFET是一種全控型三端器件。其開(kāi)關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，線(xiàn)性控制能力強(qiáng)，采用電壓控制，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)

99、控制，因此常常作為開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)能量變換。一般來(lái)說(shuō)，MOSFET驅(qū)動(dòng)電路比BJT簡(jiǎn)單。MOSFET的缺陷是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力低，承載能力和工作電壓低。功率MOSFET晶體管多用于電壓為500V以下的低功率高頻率能量變換裝置。由于器件受功率的限制，因此只應(yīng)用與小型UPS的斬波器或逆變器中。如圖2-6</p><p>　　圖2-6 MOSFET外形圖</p><p>　　2.6.3

100、絕緣柵晶體管IGBT</p><p>　　IGBT是一種新發(fā)展起來(lái)的復(fù)合型電力電子器件，既有單極性電壓驅(qū)動(dòng)的MOSFET得優(yōu)點(diǎn)，又有雙極性器件BJT耐高壓、電流大的優(yōu)點(diǎn)。其開(kāi)關(guān)速度顯然較功率MOSFET低，但遠(yuǎn)高于BJT，又因?yàn)樗请妷嚎刂破骷?，故控制電路?jiǎn)單、穩(wěn)定性好。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)1000KHZ，它具有電壓控制和極短的開(kāi)關(guān)時(shí)間。在UPS中，普遍用于逆變器和斬

101、波器，也有的用于整流器。</p><p>　　2.6.4運(yùn)算放大器LM324</p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部包含4組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，兩組運(yùn)算放大器相互獨(dú)立，引腳及內(nèi)部方框圖如圖2-7所示，LM324具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電路中。</p>&

102、lt;p>　　圖2-7 運(yùn)算放大器</p><p><b>　　2.6.5 變壓器</b></p><p>　　變壓器采用普通工頻變壓器，初級(jí)為12V,次級(jí)為220V,外形見(jiàn)圖2-8。</p><p>　　圖2-8 變壓器</p><p>　　2.6.6 壓敏電阻</p><p>　　

103、壓敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)VSR，是一種對(duì)電壓敏感的非線(xiàn)性過(guò)電壓保護(hù)半導(dǎo)體元件。它在電路中用文字符號(hào)“RV”或“R”表示，圖2-9是外形圖，圖2-10為電路圖形符號(hào)。</p><p>　　圖2-9 壓敏電阻外形圖 圖2-10 電路圖形符號(hào)</p><p>　　2.7 各功能模塊電路介紹</p><p>　　2.7.1 整流電路</p><p>

104、;　　整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過(guò)整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習(xí)慣上稱(chēng)單向脈動(dòng)性直流電壓。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖2-11 全波整流電路</p><p&

105、gt;　　圖2-12 輸入曲線(xiàn)與輸出曲線(xiàn)</p><p>　　圖2-11為全波整流電路，圖2-12是輸入曲線(xiàn)與輸出曲線(xiàn)，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電。通過(guò)二極管的單相導(dǎo)通的特性，使輸出曲線(xiàn)全在正半軸，輸出脈動(dòng)直流電流。</p><p>　　整流變壓器在設(shè)計(jì)中的作用有三：</p><p>　　(1)它可擴(kuò)大整流電路中晶閘管控制角的調(diào)節(jié)范圍，提高調(diào)節(jié)性能。</

106、p><p>　　(2)起隔離作用。它使整流電路與電網(wǎng)電源隔離開(kāi)來(lái)，使它們之間不發(fā)生電的直接聯(lián)系，這樣可減輕電網(wǎng)對(duì)整流/充電電路的干擾和影響，同時(shí)也減少了整流/充電電路對(duì)電網(wǎng)上其他用電設(shè)備的干擾。</p><p>　　(3)降壓作用。整流變壓器將電網(wǎng)電壓變換成與負(fù)載相匹配的電壓，這有助于提高晶閘管整流器的性能。一般情況下，整流器的副邊次級(jí)電壓低于原邊初級(jí)電壓，因此這里的整流變壓器屬降壓變壓器。它

107、的接線(xiàn)方式要與同步變壓器接線(xiàn)相配合，以滿(mǎn)足主回路電路與同步電壓之間的相位關(guān)系。</p><p>　　2.7.2 其余電路</p><p>　　濾波電路 ：濾波的方法一般采用無(wú)源元件電容或電感,利用其對(duì)電壓,電流的儲(chǔ)能特性達(dá)到濾波的目的. 由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)

108、載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。 </p><p>　　濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容器C接在最前面）和電感輸入式（電感器接在最前面）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源

109、中（而且當(dāng)電流很大時(shí)，用電感器與負(fù)載串聯(lián)）</p><p>　　開(kāi)關(guān)機(jī)控制：開(kāi)關(guān)機(jī)控制電路由繼電器作為執(zhí)行部件，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，限幅放大器輸出的信號(hào)對(duì)地短路，后級(jí)電路停止工作達(dá)到關(guān)機(jī)目的。</p><p>　　前置驅(qū)動(dòng)：前置驅(qū)動(dòng)電路為電壓跟隨器，組成此電路不起放大作用，只為驅(qū)動(dòng)功率放大電路，為功率管提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流。</p><p>　　功率放大電路：功率放大電路

110、是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。功率放大電路采用簡(jiǎn)單的OCL功放電路。 </p><p>　　升壓變壓器：升壓變壓器為普通的工頻變壓器，，壓敏電阻標(biāo)稱(chēng)值為220V，此電阻為過(guò)壓保護(hù)電阻，防止電壓過(guò)高傷及人身安全。</p><p>　　輸出切換電路：有雙刀雙擲的繼電器，線(xiàn)圈工作電壓為DC220V，當(dāng)輸入的AC220V電壓存在時(shí)，雙刀雙擲的繼電器吸合輸出

111、自動(dòng)切換到常用電源，不存在時(shí)，輸出切換到由升壓電路提供的電源。</p><p>　　電源檢測(cè)：當(dāng)輸入電源AC220V存在時(shí)，光電耦合器導(dǎo)通，控制繼電器吸合，升壓電路停止工作，當(dāng)無(wú)電源輸入AC220V存在時(shí)，此時(shí)失壓告警電路開(kāi)始報(bào)警。</p><p>　　失壓報(bào)警電路：失壓報(bào)警電路由2個(gè)多諧振蕩電路組成，音頻振蕩電路，振蕩頻率約為2kHz。間隙振蕩電路周期為2Hz，通過(guò)隔離后調(diào)制音頻信號(hào)，并

112、擁有報(bào)警音控制電路。</p><p>　　過(guò)流保護(hù)電路：過(guò)流保護(hù)電流由取樣電阻、三極管放大電路、檢波電路、電壓比較電路和鎖存電路組成。放大電路，將對(duì)取樣電阻的電壓進(jìn)行放大，調(diào)整放大電路的靜態(tài)點(diǎn)。檢波電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓。過(guò)流保護(hù)指示電路，LED點(diǎn)亮?xí)r過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體框圖</

113、p><p>　　圖3-1系統(tǒng)整體框圖</p><p>　　系統(tǒng)由直流穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定輸入，直流穩(wěn)壓電源向逆變電路和SPWM信號(hào)產(chǎn)生電路提供穩(wěn)壓電流，電流通過(guò)逆變主電路，將輸入的直流逆變?yōu)榻涣?，并通過(guò)濾波電路得到預(yù)期正弦交流輸出，同時(shí)過(guò)流保護(hù)電路對(duì)整體電路提供保護(hù)，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)主要由逆變主電路，SPWM信號(hào)產(chǎn)生電路，驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)流保護(hù)電路等構(gòu)成。</p><p&