單相2KVA ups不間斷電源

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學電力電子技術電力電子技術課程設計（論文）課程設計（論文）題目：題目：單相單相2KVA2KVA UPSUPS電源初步設計電源初步設計院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣12123 3 學學 號：號： 120303068 學生姓名：學生姓名： 王述睿王述睿 指導教師：指導教師： 起止時間：起止時間：202014-12-29至至2015-1-9本科生課程設計（論文）I課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 電氣本科生課程設計（論文）II注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯2

2、0% 以百分制計算學 號120303068學生姓名王述睿專業(yè)班級電氣123課程設計（論文）題目單相單相2KVA UPS電源初步設計電源初步設計課程設計（論文）任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)實現(xiàn)功能實現(xiàn)功能為了滿足一些重要用電設備的連續(xù)供電，先將交流電直流成直流電，一路給蓄電池充電，一路經(jīng)逆變器變成恒壓恒頻的交流電。設計任務設計任務1、方案的經(jīng)濟技術論證。2、整流濾波電路設計。3、逆變電路設計。4、通過計算選擇器件的具體型號。5、驅動電路設計或選擇。6、蓄電池選擇；7、繪制相關電路圖。8、進行 matlab 仿真。9、完成設計說明書。要求要求

3、1、 文字在 4000 字左右。2、 文中的理論分析與計算要正確。3、 文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。技術參數(shù)技術參數(shù)1、輸入單相交流電220V。2、輸出電壓交流單相220V恒定。3、輸出交流電頻率恒定50HZ。4、輸出容量不小于2kVA。5、市電斷電后工作時間不小于30分鐘。進度計劃第 1 天：集中學習；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：主電路設計；第 5 天：選擇器件；第 6 天：確定變壓器變比及容量；第 7 天：確定平波電抗器；第 8 天：觸發(fā)電路設計；第 9 天：總結并撰寫說明書；第 10 天：答辯指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總

4、成績： 指導教師簽字： 年 月 日本科生課程設計（論文）III摘 要UPS，即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統(tǒng)設備。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用；當市電中斷時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變零切換轉換的方法向負載繼續(xù)供應 220V 交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。隨著科學技術的發(fā)展，計算機技術、信息技術發(fā)展，通信

5、技術的發(fā)展，國民經(jīng)濟、國防軍工、政府部門的各個領域要保障計算機信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全、可靠運行，各行各業(yè)都需要保障計算機信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全，這個時候 UPS 不間斷電源便成了各個領域迫切的需求。由于將網(wǎng)絡通信和電源監(jiān)控軟件調控技術完善的結合起來而形成的智能化 UPS 電源的出現(xiàn)，它不僅能使用戶可以從任何計算機網(wǎng)絡結點上監(jiān)控 UPS 的運行，而且還可利用電源監(jiān)控軟件對用戶的計算機操作系統(tǒng)和所運行的程序及數(shù)據(jù)提供全面的保護。論文中的 UPS 電路簡單的體現(xiàn)了 UPS 電源的基本功能，實現(xiàn) DCAC 的逆變過程，最終實現(xiàn)頻率 50HZ 的 220V 交流電壓輸出。關鍵詞：UPS 不間斷電源；蓄電池；逆變

6、；整流本科生課程設計（論文）IV目 錄第 1 章 緒論 .11.1 UPS 不間斷電源技術概況 .11.2 本文設計內容 .2第 2 章 2KVA UPS 電源電路設計.32.1 2KVA UPS 電源總體設計方案 .32.2 具體電路設計 .42.2.1 主電路設計.42.2.2 保護電路設計.82.2.3 UPS電路參數(shù)計算與選擇.102.3 系統(tǒng)仿真 .102.3.1 Matlab仿真軟件簡介.102.3.2 Matlab仿真模型建立.112.3.3 Matlab仿真波形及數(shù)據(jù)分析.12第 3 章 課程設計總結 .14參考文獻 .15本科生課程設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 UPS

7、 不間斷電源技術概況所謂不間斷電源系統(tǒng)，就是當停電時能夠接替市電持續(xù)供應電力的設備，含有儲能裝置，后備動力來自電池組，由于電子元器件反應速度快，停電的瞬間在48 毫秒內或無中斷時間下繼續(xù)供應電力。停電會造成計算機硬盤的劃傷，丟失數(shù)據(jù)，而用 UPS 供電就會避免這些麻煩。它可以提供穩(wěn)定的電壓輸出，且在市電停電時，UPS 內部的電池立即供電。由于它能預防因停電造成的損失，目前已被廣泛采用。UPS 電源系統(tǒng)設備技術是指依托先進功率轉換技術、數(shù)字控制技術、高頻開關變換技術、脈寬調制技術、電磁兼容技術、冗余并機技術、智能充放電技術、網(wǎng)絡技術、驅動技術和新工藝技術等的一門綜合技術。傳統(tǒng) ups 廠家在這些

8、地方采用的 ups 電源往往是具備適應工業(yè)自然環(huán)境的 ups電源產品，而不是適應工業(yè)電氣環(huán)境，感性動力負載特性的真正工業(yè)動力設備用不間斷電源。 在電信、金融等行業(yè)的采購規(guī)模與以前相比出現(xiàn)了穩(wěn)步增長期間，有專業(yè)機構作出的調查表明，由于這兩個行業(yè)的硬件投資比重會逐漸減少，加上這兩個行業(yè)的 ups 電源保有率較高，因此其 ups 電源需求不太可能出現(xiàn)大的增長，預計未來的市場份額將逐漸下降。相反，一些以往占市場比重不大的行業(yè)如制造業(yè)、交通業(yè)、能源業(yè)等對 ups 電源的需求呈現(xiàn)出快速增長的勢頭，特別是制造業(yè)中，中小企業(yè)的大規(guī)模崛起，更成為帶動 ups 電源市場增長的新動力源泉。 近幾年來 UPS 電源系

9、統(tǒng)在 IT 行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，被人們譽為計算機信息的保護神。工業(yè)動力 ups 電源系統(tǒng)設備市場銷售額隨著工業(yè)自動化成套設備和設備更新改造的飛速發(fā)展，工業(yè)動力大功率 ups 電源系統(tǒng)設備市場在 2000年后開始發(fā)展，2003 年出現(xiàn)加速，平均增長率達到 16%，2006 年 1 至 9 月更是達到 18%。隨著重工業(yè)化時期的來臨，中國工業(yè)化、城市化進程加快，全球產業(yè)鏈加速向中國轉移。依據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析其數(shù)據(jù)特征，我們預測工業(yè)動力ups 電源系統(tǒng)設備市場未來五年的銷售額平均增長率將達到 17.5%，潛力巨大。本科生課程設計（論文）21.2 本文設計內容本次設計內容是單相 2KVA U

10、PS 電源，使其滿足一些重要用電設備的連續(xù)供電，先將交流電直流成直流電，不僅能夠不間斷供電，還要能夠對負載實現(xiàn)抗干擾供電，工作穩(wěn)定性高，電源穩(wěn)定性高。一路給蓄電池充電，一路經(jīng)逆變器變成恒壓恒頻的交流電。使其在市電中斷供電時能夠替代市電為負載供電。單相 2KVA UPS 電源設計包括方案的經(jīng)濟技術論證、整流濾波電路的設計、逆變電路的設計、蓄電池容量的確定及選擇、電路保護系統(tǒng)的設計、通過計算選擇器件的具體型號驅、動電路的選擇或設計以及繪制相關電路圖。本科生課程設計（論文）3第 2 章 2KVA UPS 電源電路設計2.1 2KVA UPS 電源總體設計方案在正常情況下，即電源由市電提供，市電經(jīng)過整

11、流器整流為直流，存儲到蓄電池中作為備用電源，而后再經(jīng)逆變器轉變成交流電提供給負載。但是由于逆變器容易發(fā)生故障，所以在電路旁側加一旁路電源，以便解決當逆變器發(fā)生故障不能將市電輸送給負載的難題。系統(tǒng)如圖。圖 2.1 UPS 電源設計方框圖各部分電路說明如下：1、整流電路：把交流電能轉換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，2、儲能電路：本設計方案要求采用蓄電池儲能。3、逆變電路：在驅動信號的控制下，將直流電源轉換成頻率和電壓可以任意調節(jié)的交流電源。4、旁路電源：作備用裝置使用。本科生課程設計（論文）42.2 具體電路設計2.2.1 主電路設計 1 整流電路 作品設計的

12、整流電路采用單相橋式全控整流電路，如圖 2.2 所示。在單向橋式半控整流電路中，VT1 和 VD4 組成一對橋臂，VD2 和 VT3 組成另一對橋臂。在u 正半周（即 a 點電位高于 b 點電位），若 4 個管子均不導通，負載電流 id 為零，ud 也為零，VT1、VD4 串聯(lián)承受電壓 u，設 VT1 和 VD4 的漏電阻相等，則各承受 u的一半。若在觸發(fā)角處給 VT1 加觸發(fā)脈沖，VT1 和 VD4 即導通，電流從電源 a端經(jīng) VT1、R、VD4 流回電源 b 端。當 u 過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1 和 VD4 關斷。 在 u 負半周，仍在觸發(fā)延遲角處觸發(fā) VD2 和 VT3，

13、VD2 和 VT3 導通，電流從電源 b 端流出，經(jīng) VT3、R、VD2 流回電源 a 端。到 u 過零時，電流又降為零，VD2 和 VT3 關斷。此后又是 VT1 和 VD4 導通，如此循環(huán)地工作下去。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 22U 和 2U。 由于在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，故該電路為全波整流。在 u 一個周期內，整流電壓波形脈動 2 次，脈動次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙脈波整流電路。 圖 2.2 單相橋式全控整流電路本科生課程設計（論文）5 圖 2.3 單相全控橋時代店祖師的電路及波形數(shù)量關系：角的移相范圍為 180本科生課程設計（論文）6保證電

14、流連續(xù)的最小電感：L=0.693 整流電路中，主要應用的是晶閘管進行的整流，而晶閘管和二極管的最大不同之處是晶閘管工作需要一些附加條件 當晶閘管承受反向電壓時，無論門集是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不導通。 當晶閘管承受正向電壓時，僅在門集有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導通。 晶閘管一旦導通，門集便失去控制作用，無論門集觸發(fā)電流是否還純在，晶閘管都保持導通。 若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 綜上，我們需要給晶閘管加以觸發(fā)電路， 圖 2.4 觸發(fā)電路2 逆變電路 電壓型逆變電路直流側并聯(lián)大電容來緩沖無功功率。從直流電源側看，電源為只

15、有低阻抗的電壓源，輸出交流電壓接近矩形波，而輸出交流電流接近于正弦波。由于電壓型逆變電路直流側電壓極性不允許改變，回饋無功能量時，只能改變電流方向，所以應加反饋二極管，這是為滯后的負載電流提供反饋到電源的通路所必需的。 半橋逆變電路原理圖如圖所示，它有兩個橋臂，每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。在直流側有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個電容的連接點便成為直流電源的中點。負載連接在直流中點和兩個橋臂連接點之間。本科生課程設計（論文）7 圖 2.5 電壓型逆變 圖 2.6 逆變電路輸出波形本科生課程設計（論文）8整體電路市電經(jīng)過三相橋式全控整流電路進行整流，將交流電轉換成直流電，給蓄電

16、池充電，同時經(jīng)過逆變器將直流轉換回交流給負載供電，此時負載得到的交流電壓比市電電壓質量高，即使市電發(fā)生質量問題，也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓穩(wěn)頻的功能，因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。同時，如果主回路發(fā)生故障，有旁路電源做為備用，這樣，便提高了供電的可靠性。電容耐壓一般閘管額定電壓 1.11.5 倍2.2.2 保護電路設計 有些用戶會認為，UPS 的負載能力越大，對負載的保護效果會越好，于是 在購買時選用了高價格高負載能力的產品。而用戶在實際應用時的負載只是 UPS額定的 30%甚至更少，其實這樣亦會影響到 UPS 的使用壽命，畢竟其所帶的電池組很多時候都不能完全正常地進行工作

17、。當然也不是說 100%的額定負載是最好的，如果這樣，UPS 出現(xiàn)任何小問題都會造成很大的損壞，實際操作表明選擇 50%80%的負載為最佳。1：過電壓保護 晶閘管的過電壓能力較差，當它承受超過反向擊穿電壓時，會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作失常，且多次硬開關也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護措施。 對于晶閘管的過電壓保護可參考主電路的過電壓保護，我們使用阻容保護，電路圖如圖 圖 2.7 過電壓保護電路本科生課程設計（論文）9晶閘管阻容吸收元件參數(shù)可按表表 2.1 所提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，電容耐壓一

18、般閘管額定電壓 1.11.5 倍表 2.1 2：晶閘管的過電流保護 常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關過電流保護。 快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開本科生課程設計（論文）10關時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。 對于晶閘管的過電流保護，電路中加快速熔斷器。當電路發(fā)生過流故障時，它能在晶閘管過熱損壞之前熔斷，切斷電流通路，以保證晶閘管的安全?？焖偃蹟嗥鞯娜垠w采用一定的銀質熔絲，周圍充英砂填料，構成封閉式熔斷器。選擇快熔，要考慮一下幾點： （1）快熔的額定電壓應大于線路正

19、常工作電壓； （2）快熔的額定電流應大于或等于內部熔體的額定電流；（3）熔體的額定電流是有效值。 對于快速熔斷器的選擇，要選擇晶閘管額定平均電流的 1.2-1.5 倍。2.2.3 UPS 電路參數(shù)計算與選擇 計算分析和查找有關資料選擇如下器件： 1. 蓄電池選擇 IFR32900e 型 12V 15AH 蓄電池。 2. 整流電路晶閘管選擇 3CT3 型。 3. 整流電感選擇 80mH 的。 4. 整流變壓器選擇變 S11-1000/10 型。 5. 逆變電路晶閘管選擇 3CT20 型。 6. 對整流電路過電壓保護電路中選電容 0.1F，電阻為 100 歐姆。對逆變電路電容選擇 0.15F，電阻

20、 80 歐姆。 7. 電流保護電路選擇 117KSZ 型快速熔斷器2.3 系統(tǒng)仿真2.3.1 Matlab 仿真軟件簡介MatLab 控制系統(tǒng)仿真軟件是當今國際控制界公認的標準計算軟件，1999 年春 MatLab 5.3 版問世，使 MATLAB 擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結構、更友善的面向對象、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應用開發(fā)工具。特別是 SIMULINK 這一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境的出現(xiàn)，使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設的非線性因素、隨機因素，從而即使學生沒有對非線性動態(tài)系統(tǒng)進行分析研究的數(shù)學基礎，仍可通本科生課程設計（論文）

21、11過仿真來認知非線性對系統(tǒng)動態(tài)的影響。MATLAB 程序中的基本數(shù)據(jù)單元稱為陣列，是一個分為行與列的數(shù)據(jù)集合。變量被看作是只有一行一列的陣列。MATLAB 語言不需要對變量進行事先聲明，也不需要指定變量類型，它會自動根據(jù)所賦予變量的值或對變量所進行的操作來確定變量的類型。2.3.2 Matlab 仿真模型建立 整流部分圖 2.8 單相橋式全控整流電路逆變部分圖 2.9 電壓型逆變電路本科生課程設計（論文）122.3.3 Matlab 仿真波形及數(shù)據(jù)分析整流部分設置觸發(fā)信號 1 的初相位為 0s（即 0），觸發(fā)信號 2 的初相位為 0.01s（即180），此時的仿真結果如圖 5（a）所示；設置

22、觸發(fā)信號 1 的初相位為0.005s（即 90），觸發(fā)信號 2 的初相位為 0.015s（即 270），此時的仿真結果如圖 圖 2.10 帶阻感性負載單相橋式全控整流電路的仿真模型 逆變部分利用 MATLAB 為基礎，用電子器件 IGBT 管，單相半橋電壓型逆變電路圖進行建模和仿真。由以上工作原理概論的分析可得其主電路仿真圖如本科生課程設計（論文）13 圖 2.11 整流電路輸出波形本科生課程設計（論文）14第 3 章 課程設計總結本次課設題目是 2KVA 單相 UPS 電源初步設計。剛開始，我很困惑，不知從何下手，經(jīng)過大量資料的翻閱，大概得到了整體電路設計的方案。但是定量的要求卻完全達不到，后來經(jīng)過老師所給材料，找到突破口。經(jīng)歷了一次又一次的失敗，我積累了許多寶貴的經(jīng)驗。在經(jīng)過了數(shù)天的努力，終于達到了本次課設題目的要求，完成了本次課程設計。課設的過程是艱辛的，但是收獲是巨大的。首先，我們再一次的加深鞏固了對已有的知識的理解及認識；其次，我們第一次將課本知識運用到了實際設計，使得所學知識在更深的層次上得到了加深。再次，因為