UPS不間斷電源資料

.z1.緒論1.1引言現(xiàn)代社會中，電能是一種使用最為廣泛的能源，其應用程度是衡量一個國家開展水平的重要標志之一。隨著科學技術的開展，人類社會對電能的需求正日益增加，同時對電能質(zhì)量以及供電平安性的要求也越來越高。例如，在銀行、證券、通信、工業(yè)自動化生產(chǎn)線、辦公自動化、醫(yī)療、甚至物業(yè)管理等各行業(yè)中，供電故障將有可能對其帶來巨大的經(jīng)濟損失。特別是隨著Internet高速開展和信息化、網(wǎng)絡化建立步伐的加快，數(shù)據(jù)平安成為各行業(yè)普遍關注的問題，然而供電的故障對數(shù)據(jù)的平安性將無疑是致命的。使用不連續(xù)電源(UPS,UninterruptiblePowerSystem),確保關鍵用電設備的平安性是解決上述問題的最重要的方法之一。這也使得全社會對不連續(xù)電源的需求日益增加。1.2不連續(xù)電源UPS的分類和構(gòu)造所謂不連續(xù)電源就是當交流電網(wǎng)輸入發(fā)生異?；蛑袛鄷r，它可以繼續(xù)向負載供電，并能夠保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響。這種供電裝置稱為不連續(xù)電源裝置，或者稱為不連續(xù)供電系統(tǒng)，簡稱UPS(UninterruptiblePowerSystem)。不連續(xù)供電裝置依據(jù)其向負載提供的是交流還是直流可分成兩大類型，即直流不連續(xù)供電系統(tǒng)和交流不連續(xù)供電系統(tǒng)，但習慣上人們總是將交流不連續(xù)供電系統(tǒng)簡稱為UPS。正因為如此，本書也沿用這一習慣稱呼而將交流不連續(xù)電源簡寫為UPS。1.2.1動態(tài)UPS工作原理所謂動態(tài)UPS就是指供電不連續(xù)是靠動能來實現(xiàn)的，也就是早期的采用柴油發(fā)電機—電動機—發(fā)電機組來實現(xiàn)電能變換的裝置，其構(gòu)造如圖1-1所示。當電網(wǎng)供電正常時，交流電驅(qū)動交流電動機旋轉(zhuǎn)，從而帶動交流發(fā)電機和同軸的慣性K輪同速運轉(zhuǎn)，由發(fā)電機發(fā)電供應負載。當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動或*些尖峰干擾時，由于慣性飛輪的作用，較短時間的電壓波動或短時間干擾并不影響慣性飛輪的正常運轉(zhuǎn)，從而保證了負載上電壓的穩(wěn)定性；一旦電網(wǎng)供電連續(xù)，電動機就停頓運轉(zhuǎn)．這時發(fā)電機依靠同軸飛輪上所儲存的巨大動能而繼續(xù)發(fā)電，使負載的供電時間得以延長，以便現(xiàn)場工作人員保護現(xiàn)場。但在這種方案中，依靠動能儲存的飛輪延長市電斷電時的供電時間勢必受到限制。1.2.2靜止式UPS靜止式(靜態(tài))UPS與動態(tài)(旋轉(zhuǎn)式)UPS相比擬而言，沒有電動機、發(fā)電機和飛輪之類旋轉(zhuǎn)體，它通過由功率半導體器件組成的電能變換主電路對電能實現(xiàn)變換?，F(xiàn)在人們概念中的UPS均是靜止式UPS。靜止式UPS的經(jīng)典方案如圖1-2所示，其原理是：電網(wǎng)正常時，市電經(jīng)整流器變成直流，再經(jīng)逆變器將直流變成交流，后經(jīng)轉(zhuǎn)換開關送給負載；在電網(wǎng)異常時，由蓄電池給逆變器提供直流電能，經(jīng)逆變器變成交流后送給負載；當整流器、逆變器或蓄電池等單元出現(xiàn)故障時，可經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關將市電旁路給負載。圖1-1動態(tài)UPS構(gòu)造圖對靜止型UPS而言，按其工作方式又可分為在線式(online)和后備式(offline)兩種，但無論是后備式還是在線式UPS，其根本構(gòu)造大體一樣，只是在工作方式上和為負載供電的質(zhì)量上有一定的差異。下面就圖1-2來簡要說明在線式和后備式UPS的異同點，同時說明在線式和后備式的含義?！?〕在線式UPS工作過程在線式UPS的工作過程是，電網(wǎng)正常供電時，交流電經(jīng)輸入變壓器后，一方面經(jīng)充電器給蓄電池充電，另一方面經(jīng)整流器變成直流后送至逆變器，經(jīng)逆變器變成交流后再通過輸出變壓器，最后經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(K接4點)送給負載。此時的電能流向如下：電網(wǎng)輸入變壓器整流濾波逆變器輸出變壓器轉(zhuǎn)換開關負載充電器蓄電池組旁路B轉(zhuǎn)換開關K變壓器逆變器整流器變壓器AA轉(zhuǎn)換開關K變壓器逆變器整流器變壓器電網(wǎng)A△充電器蓄電池充電器圖1-2經(jīng)典型UPS構(gòu)造框圖電網(wǎng)供電異常時(過壓、欠壓、斷電)，保護電路(圖1-2中未畫出)將切斷輸入市電與UPS的聯(lián)系，讓蓄電池為逆變器提供直流電能，此時的能量流向如下：蓄電池組逆變器輸出變壓器轉(zhuǎn)換開關負載由上述可見，在線式UPS就是指電網(wǎng)正常供電時，電網(wǎng)一方面對蓄電池充電，另一方面經(jīng)過UPS內(nèi)部處理和變換后再送給負載；電網(wǎng)停電或供電異常時，由蓄電池向逆變器提供電能，保證負載供電不連續(xù)。在電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)為電網(wǎng)中斷、蓄電池供電時，負載供電沒有任何中斷。當然，這是UPS內(nèi)部無任何故障時的情況。假設UPS內(nèi)部任何一個單元出現(xiàn)故障，則控制電路可使轉(zhuǎn)換開關由K接A點轉(zhuǎn)換為B點，即實現(xiàn)旁路輸出。這樣的轉(zhuǎn)換一是有轉(zhuǎn)換時間(供電有連續(xù))，二是此時市電必須不中斷，否則負載供電就無保障了。為了使轉(zhuǎn)換過程不影響負載工作，應該使轉(zhuǎn)換時間盡可能短，考慮到較大的濾波電容的儲能作用，轉(zhuǎn)換時間一般應小于3ms。目前，功率稍大一些的UPS為了縮短轉(zhuǎn)換時間，大都采用靜態(tài)無觸點電子開關，這就大大縮短了轉(zhuǎn)換時間?！?〕后備式UPS工作過程后備式UPS的工作過程是：電網(wǎng)供電正常時，電網(wǎng)一方面經(jīng)變壓器至充電器給蓄電池組充電；另一方面經(jīng)變壓器和旁路開關(K接B點)送給負載。此時的電能流向如下：電網(wǎng)變壓器轉(zhuǎn)換開關負載充電器蓄電油組供電異常時，控制電路立即切斷電網(wǎng)與負載的聯(lián)系，同時起動逆變器并使K由接B轉(zhuǎn)為接A，繼續(xù)由蓄電池提供電能向負載供電。此時的電能流向如下：蓄電池組逆變器輸出變壓器轉(zhuǎn)換開關負載這時的能量流向和在線式是一樣的，只是轉(zhuǎn)換為蓄電池輸送電能這個過程和在線式UPS有區(qū)別，即在線式UPS當電網(wǎng)異常轉(zhuǎn)為蓄電池提供電能時不存在轉(zhuǎn)換時間，而后備式UPS存在一定的轉(zhuǎn)換時間，這種轉(zhuǎn)換時間和在線式UPS中的轉(zhuǎn)換旁路時間一樣，一般希望其愈短愈好。通過上述可見，后備式UPS就是指電網(wǎng)正常供電時，電網(wǎng)通過旁路開關直接送給了負載，同時也給UPS的蓄電池充電。送給負載的是沒有經(jīng)過UPS加工和處理的電網(wǎng)的電，供電質(zhì)量明顯不及在線式UPS的供電質(zhì)量好。在電網(wǎng)供電出現(xiàn)異常時，才啟動UPS內(nèi)部的逆變器工作，將蓄電池提供的直流電能變成交流電能后送給負載。后備式UPS和在線式UPS雖然其根本構(gòu)造大致一樣，但在電網(wǎng)正常供電時，在線式UPS的輸出較后備式UPS的輸出交流電質(zhì)量好，這主要是說在線式UPS的輸出是穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的，而后備式UPS最多對輸出采取粗穩(wěn)壓而沒有穩(wěn)頻等其他處理功能。不但如此，在電網(wǎng)供電異常、蓄電池組開場向逆變器提供能量時，在線式UPS沒有轉(zhuǎn)換時間，后備式UPS是有一定的轉(zhuǎn)換時間的。因此從工作方式和供電質(zhì)量上看，電網(wǎng)供電時和電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)為蓄電池組提供電能的轉(zhuǎn)換過程，在線式UPS的性能優(yōu)于后備式。有的后備式UPS的生產(chǎn)廠家加了電網(wǎng)濾波裝置，有的在輸出變壓器上增加了一些抽頭，以實現(xiàn)對輸出的簡單穩(wěn)壓，使其產(chǎn)品的性能有所改善，但終究和在線式還有一定差距。但后備式UPS約造價低于在線式UPS，因此小容量的后備式UPS也得到了廣泛的應用。1.3本設計技術參數(shù)本文設計的是靜止型不連續(xù)電源，而在線式和后備式相比，有著明顯的優(yōu)勢，所以本文設計在線式的UPS。其技術性能如下：輸入電壓：三相四線制380V、50Hz交流電壓輸入電壓*圍：380V土10％輸入頻率*圍：50Hz土5％輸出電壓：單相220V、50Hz交流電壓電壓穩(wěn)定度：220V土2％頻率穩(wěn)定度：50Hz土0.5％蓄電池組：采用12v、38A﹒h全密封電池16塊滿載工作時：蓄電池組能維持15min2.UPS總體構(gòu)造和整流、逆變主電路2.1UPS總體構(gòu)造10KVAUPS電源的總體構(gòu)造框圖如圖2-1所示。在圖2-1中：1.主電路、調(diào)整電路、正弦脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動電路構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使UPS輸出電壓穩(wěn)定、輸出波形失真小。2.主電路設置很大的濾波電容器，可以吸收來自電網(wǎng)的各種干擾信號，從而提高UPS的抗干擾性。3.設置了充電電路，為蓄電池充電。4.設置了完善的保護系統(tǒng)，是電力電子模塊、蓄電池得到可靠的保護。5.設置了轉(zhuǎn)換開關，一旦逆變器出現(xiàn)故障，便使逆變器輸出轉(zhuǎn)換為市電輸出。電網(wǎng)正常供電時，電網(wǎng)一方面通過主電路先整流，再逆變成標準正弦交流電壓后，經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關輸出；同時，電網(wǎng)又通過充電電路變成直流電壓向蓄電池充電。電網(wǎng)中斷供電時，蓄電池通過逆變器變成標準正弦交流電壓，該電壓又經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關輸出。逆變器出現(xiàn)故障時，UPS通過轉(zhuǎn)換開關進展旁路輸出，并停頓逆變器工作。2.2UPS整流、逆變主電路的設計10KVA—UPS主電路的功能是將非標準正弦波電壓變換為標準正弦波電壓。它主要由輸入濾波器、三相電源變換器、三相不控整流橋、阻容吸收裝置、單相倍頻逆變橋、輸出變壓器，其電路如圖2-2所示。2.2.1三相電源變壓器三相電源變壓器的功能是：1.將UPS與市電隔離。2.220V變換為110V(防止IGBT擊穿)。圖2－1UPS總體構(gòu)造框圖三相不控整流橋〔〕三相不控整流橋〔〕由三個整流管模塊構(gòu)成,它的功能是將三相交流電壓變換為單相脈動直流電壓。其輸出電壓平均值近似由公式2.1決定。110V=269V(2.1)圖2-2UPS整流、逆變主電路單相倍頻逆變橋單相倍頻逆變橋如圖2-3所示，它的功能是將直流電壓或變成單相正弦脈寬電壓。它由四塊IGBT模塊組成，輸入端接整流器。輸出端通過接負載。IGBT模塊的柵極分別接驅(qū)動脈沖。圖2－3單相倍頻逆變橋其工作過程如下1.在期間與為，與為0，與導通，與截止，變壓器初級電壓沿著12路徑流動，故==2.在期間與為,與為0，截止，變壓器的初級電流沿著21流動，將變壓器中儲存的能量消耗在電路電阻中。由于、導通，變壓器的1、2兩端被短路，故＝0＝0期間重復上述過程。3.在期間與為0V，與為，、導通，變壓器初級電流沿著21路徑流動。由于、導通，故==4.在期間與為0V，與為，截止，變壓器初級電流沿著12路徑流動，將變壓器中儲存的能量消耗在電路電阻中。由于、導通，變壓器的1、2兩端被短路，故＝0＝0；期間重復上述過程。對輸出電壓進展博氏級數(shù)展開，輸出電壓基波分量為：=sin輸出電壓中最低次諧波的頻率為：+，-。其中，為驅(qū)動脈沖的兩倍，為調(diào)頻，一般為50H：。電力電子模塊的主要參數(shù)如下：1〕＝(1.652.64)×＝(1.652.64)×269＝444710V選擇為600V2)=考慮到蓄電油放電終廠時，仍能維持滿載輸出；另外考慮到占空比為0.3時，也能維持滿載輸出，則＝210000/(0.31610.5)=396A選擇為400A3)=(1.52.5)=1.52.5)5=7.512.5V故可選擇為15V阻容吸收裝置阻容吸收裝置由、、、、、組成。假設單相倍頻逆變器輸入端出現(xiàn)過電壓，過電壓首先通過向充電，由于電容器兩端電壓不能突變，故過電壓被吸收。IGBT模塊導通時，電容器通過、IGBT模塊放電，限制了放電電流，從而保護了IGBT模塊。3.控制電路在UPS中控制電路的功能主要是：1.產(chǎn)生驅(qū)動IGBT模塊的脈沖。2.對IGBT模塊進展瞬時保護.控制電路由正弦脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動電路、電壓調(diào)節(jié)電路、波形調(diào)節(jié)電路組成。其電路如圖3-1所示。圖3-1控制電路3.1正弦脈寬調(diào)制電路正弦脈寬調(diào)制電路的功能是產(chǎn)生四組正弦脈寬驅(qū)動信號。它是由誤差放大器、三角波發(fā)生器、比擬器、同相器、倒相器、延時電路及控制門組成。(1)正弦脈寬驅(qū)動信號的產(chǎn)生三角波發(fā)生器是由集成運放及電容器構(gòu)成。壓控振蕩器輸出信號經(jīng)過2分頻后，通過、加在反相端(6腳)，在輸出端輸出三角波。由于集成運放采用單電源，故6v直流偏置電壓通過加在的同相端，于是輸出的三角波在6v根底上進展變化，其波形如圖3-2(a)所示。輸出的三角波一路加在比擬器反相端(8端)；另一路通過由、及運放構(gòu)成的倒相器后輸出反三角波。由于采用單電源，6v偏置電壓也通過，加在運放同相端(3腳)，故反三角波也是在6v根底上進展變化，其波形如圖3-2(a)中虛線所示。反三角波信號加在比擬器的反相端(10腳)。圖3-2波形圖由交流誤差放大器輸出端(8腳)輸出的正弦波電壓加在比擬器同相端(9腳、11腳)。假設正弦波電壓大十二角波電壓，比擬器輸出端(14腳)為高電位；假設正弦波電壓小于三角波，比擬器輸出端(14腳)為低電位。其輸出波形如圖3-2(b)所示。假設正弦波電壓大于反三角波電壓，比擬器輸出端為高電位；假設正弦波電壓小于反三角波電壓，比擬器輸出端為低電位。其輸出波形如圖3-2(c)所示。(2)由兩組驅(qū)動信號變成四組驅(qū)動信號由于單相逆變橋由四個橋臂組成，放需要四組驅(qū)動情號·的驅(qū)動脈沖與的驅(qū)動脈沖相位相反。·的驅(qū)動脈沖與的驅(qū)動脈沖相位相反。為了將兩組驅(qū)動脈沖變?yōu)樗慕M驅(qū)動脈沖，特采用兩組同相器及兩組反相器，同相器與反相器均由異或門組成，異或門有一個輸入端接低電位，則構(gòu)成同相器；異或門有一個輸入端接高電位，則構(gòu)成反相器。其電路如圖3-2所示。比擬器輸出端(14腳)輸出信號通過同相器時，其輸出脈沖相位不變，波形如圖3-2(b)所示；輸出信號經(jīng)過反相器時，其輸出脈沖相位相反，波形如圖3-2(d)所示；比擬器輸出端(13腳)輸出信號經(jīng)過同相器時，其輸出脈沖相位不變，波形如圖3-2(c)所示；輸出信號經(jīng)過反相器時，其輸出脈沖相位相反，波形如圖3-2(e)所示。3.2驅(qū)動電路驅(qū)動電路的功能是為IGBT提供正、負柵壓，保護IGBT模塊，隔離主電路與控制電路的電聯(lián)系。它由達林頓驅(qū)動器和E*跳41混合驅(qū)動器組成，其電路如圖3-1所示。(1)達林頓驅(qū)動器在圖3-1中，采用的是ULN2004AN集成芯片，它是達林頓驅(qū)動器，其外形及內(nèi)部構(gòu)造示意圖如圖3-3所示。圖圖3－3達林頓驅(qū)動器由于E*B841混合驅(qū)動器的輸入端需要的輸入功率比擬大，而與門輸出脈沖的功率比擬小，缺乏以驅(qū)動E*B841混合驅(qū)動器正常工作，故需要設置達林頓驅(qū)動器以放大驅(qū)動脈沖的功率。(2)E*B841混合驅(qū)動器E*B841混合驅(qū)動器內(nèi)部構(gòu)造示意圖如圖3-1所示，它內(nèi)部包含光電鍋合器、驅(qū)動器、過載保護電路。光電耦合器的作用是隔離主電路與控制電路之間電的聯(lián)系。驅(qū)動器的作用是放大驅(qū)動脈沖功率。驅(qū)動信號為時，E*B841輸出端3腳為高電位，驅(qū)動電流沿3腳IGBT模塊輸入電容1腳流動，向電容器充電，逐漸上升；當上升到IGBT的開啟電壓時，IGBT模塊導通，IGBT隨幅度上升而逐漸進入深度飽和。驅(qū)動信號為“0”時，E*B841輸出端3腳與1腳之間出現(xiàn)－5v電壓，輸入電容通過3腳、1腳放電；當下降到IGBT的截止電壓時，IGBT模塊截止。IGBT模塊截止后，發(fā)射極與柵極之間承受反向電壓，維持IGBT模塊截止。瞬時保護電路的作用是保護IGBT模塊。IGBT模塊的過載能力低，瞬時過載便可使之損壞，故需要設置瞬時保護電路。它由過流檢測電路、低速切斷電路組成，其功能是將過載電流限制在平安工作區(qū)域。該電路采用延遲搜索方法進展保護。所謂“延遲搜索〞，就是實時檢測UBT模塊兩端電壓：假設超出設定電壓值，先將柵極電壓從15v降至*一設定值(如10V)，延時10s左右再進展檢測；如故障消失，自動將柵極電壓恢復到15V；如放降未消失，自動將柵壓降至0V以下，關斷IGBT模塊。3.3調(diào)整電路閉環(huán)負反應調(diào)整電路的功能是穩(wěn)定UPS輸出電壓、改善UPS輸出波形。它是由調(diào)整電路、SPWM電路、驅(qū)動電路及主電路組成。調(diào)整電路包括波形調(diào)整電路、電壓調(diào)整電路。(1)波形調(diào)整電路波形調(diào)整電路由檢測電路、給定電壓、誤差放大器組成。檢測電路在這里指的是交流電壓檢測電路，它由降壓變壓器、電阻分壓器、組成。設變壓器的變比為n，則變壓器次級電壓為：＝電阻分壓器輸出電壓為：令則上式表示：檢測電壓與UPS電源輸出電壓成正比。該電壓通過及校正網(wǎng)絡(、、)加到誤差放大器的反相端。給定電壓是由SigmaPWM1300L集成芯片提供。給定信號通過14腳加在8分頻器輸入端，經(jīng)過8分頻后變成100Hz對稱脈沖加在外接2分頻器輸入端，經(jīng)過2分頻后變成50Hz對稱脈沖，由12腳、13腳接回集成芯片。800Hz、100Hz、50Hz脈沖同時加在階梯波發(fā)生器輸入端，在其輸出端獲得16階梯波。由12腳輸入的50Hz脈沖經(jīng)過變換器變成同頻率窄脈沖，加在電子開關的控制端。電子開關輸入端接固定6v直流電壓。每當階梯波過零時，電子開關閉合，6v直流電壓便加在階梯波上，使階梯波向上提高6v。階梯波通過濾波器變成光滑正弦波輸出。正弦波電壓通過、，加在誤差放大器反相端。設給定電壓為。誤差放大器的功能是放大給定電壓與測量電壓之差，以提高閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)精度。誤差放大器是由中8腳、9腳及10腳，電阻、，電容器、構(gòu)成的比例積分放大器。靜態(tài)時，比例積分支路、不起作用。由于〞與相位相反，故誤差放大器輸出電壓為：＝〔－〕式中，K3為誤差放大器的放大倍數(shù)。在圖3-1中，、是校正環(huán)節(jié)，12v電源、及構(gòu)成直流偏置電壓，它們的作用是抑制失調(diào)電壓。閉環(huán)波形調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖如圖3-4所示。因中是誤差放大器的增益，是正弦脈寬調(diào)制器的傳遞函數(shù)，是逆變器的傳遞函數(shù)，F(xiàn)是檢測電路的反應系數(shù)。根據(jù)圖3-4可以看出：圖3－4閉環(huán)波形調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖＝(－)令K＝××K為環(huán)路總增益。則＝由于＝F,只要反應系數(shù)F是常數(shù)，則檢測電壓與UPS的輸出電壓波形一樣，即檢測電壓波形＝輸出電壓波形由于負反應足夠大，故則檢測電壓波形輸出電壓波形因此，UPS輸出電壓波形與給定電壓波形一樣。由于給定電壓是標準正弦波，故UPS輸出電壓也是標準正弦波。(2)電壓調(diào)整電路電壓調(diào)整電路由檢測電路、給定電壓、誤差放大器及跟蹤器組成。其中檢測電路這里指的是直流電壓檢測電路，它由降壓變壓器、整流電路、電阻分壓器、、組成。給定電壓是由12V電源、電位器、電阻構(gòu)成的分壓器提供的。4.轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)換開關的功能是實現(xiàn)市電供電與逆變器供電之間的轉(zhuǎn)換。它由主電路、觸發(fā)電路及控制電路組成，其電路如圖4-1、4-2所示。4.1轉(zhuǎn)換開關的主電路轉(zhuǎn)換開關分為手動開關和自動開關兩種。正常情況下，負載通過自動轉(zhuǎn)換開關由一種電源供電切換為另—種電源供電。當自動轉(zhuǎn)換開關損壞或在緊急情況下，便采用手動轉(zhuǎn)換開關。自動轉(zhuǎn)換開關由兩個交流電子開關、組成，每一個交流電子開關均由兩只晶間管(和、和)反向并聯(lián)而成，其電路如圖4－1所示。在正常情況下，交流電子開關工作、電子開關不工作，逆變器輸出電壓通過加在負載上。其工作過程如下。設逆變器電壓為：＝sin圖4-1轉(zhuǎn)換開關圖4-2轉(zhuǎn)換開關的主電路為止半周時，兩端加的是正向電壓，兩端加的是反向電壓，、的控制極雖然均加上正向電壓，但是只有導通。故＝0.7V，＝-0.7V，。為負半用時，兩端加的是正向電壓，兩端加的是反向電壓，的控制極又加上正向電壓，故導通、截止。因此有＝0.7V，＝-0.7V，。以后便以為周期重復上述過程。逆變器出現(xiàn)故障時，交流電子開關上作，交流電子開關不工作，市電電壓通過旁路閘刀開關，電子開關加到負載。其工作過程如下。設市電電壓為：＝sin為正半用時，兩端加的是正向電壓，兩端加的是反問電壓，、的控制極雖然均加上正向電壓，但是只有導通。故擴＝0.7V，＝-0.7V，。為負半周時，兩端加的是正向電壓，兩端加的是反向電壓，的控制極又加上正向電壓，故導通、截止。故＝0.7V，＝-0.7V，。以后便以為周期重復上述過程。假設逆變器與自動轉(zhuǎn)換開關出現(xiàn)故障，則采用于動轉(zhuǎn)換開關。閉合時，市電通過旁路閘刀開關及加在負載上。假設旁路閘刀損壞，則采用手動轉(zhuǎn)換開關。閉合時，可以直接將市電加到負載。手動轉(zhuǎn)換開關所處位置如圖4-1所示。4.2觸發(fā)電路觸發(fā)電路的功能是為主電路中晶間管的控制極提供正向電壓。觸發(fā)電路由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、變換器等三局部組成。如圖4-2所示。(1)脈沖發(fā)生器如圖4-2所示，脈沖發(fā)生器是由555時基芯片，電阻、，電容器及二極管、組成。18V電壓經(jīng)過、、濾波，再經(jīng)過變成穩(wěn)定12V電壓加在555時基芯片的8腳與1腳之間。其工作過程如下。設電路初始狀態(tài)是555時基芯片輸出端(3腳)為“1”12V電源通過、向電容器充電，電容器兩端電壓從略低于4V開場·當4V＜＜8V時，555時基芯片輸出狀態(tài)不變，其內(nèi)部晶體管仍截止，電容器繼續(xù)充電，繼續(xù)升高?！ぎ斢嫞?V時，555時基芯片輸出狀態(tài)發(fā)生跳變，輸出端由“1〞，變?yōu)椤?〞，其內(nèi)部晶體管導通。電容器通過二極管、電阻、7腳，內(nèi)部晶體管放電，電容器兩端電壓降?！ぎ?V＜＜8V時，555時基芯片輸出狀態(tài)不變，其內(nèi)部晶體管仍導通,電容器繼續(xù)放電，下降?！ぎ敗＃?V時，555時基芯片輸出狀態(tài)發(fā)生跳變，輸出端由“0”變?yōu)椤?”555時基芯片輸出波形如圖4-3。圖4-3波形圖(2)脈沖分配器脈沖分配器的功能是將單列脈沖變成互差的雙列脈沖。脈沖分配器有兩路輸出，這兩路輸出的上作過程一樣，故下面只分析其中一路的工作過程，即由、組成的分配器的工作過程。如圖4-2所示，脈沖發(fā)生器輸出信號經(jīng)過、分壓后加在晶體管的基極，該信號又經(jīng)過、分壓后加在晶體管的基極。·假設555時基芯片3腳為低電位，晶體管截止晶體管導通晶體管導通。通過變壓器B—2初級的電流沿下面路徑流動：18V電源“十”、“6”“7”地18V電源“－〞變壓器次級感應出對應的電壓，同時晶體管導通。晶體管截止。·假設555時基芯片3腳為低電位，晶體管截止，晶體管導通。通過變壓器B—2初級的電流沿下面路徑流動：18V電源“十”、“6”“5”地18V電源“-〞變壓器次級感應出對應的電壓，此時晶體管截止一晶體管截止、晶體管以后便重復上述過程。(3)變換器變換器的功能是將脈沖變成對應百流電壓。變換器由一樣的四組電路組成，每組電路的工作過程一樣。下面分析其中一組電路的工作過程，即由組成的變換器的工作過程?！ぞw管導通，截止時，通過變壓器初級的電流沿下面路徑流動：18V“十”、、“6”“7”地‘18V“—〞變壓器次級感應出電壓，1端為“+〞、2端為“-〞。通過變壓器砍級的電流沿下面路徑流動：“1〞“2〞“1〞“2〞該電流向電容器充電?！ぞw管導通、截止時，通過變壓器初級的電流沿下面路徑流動；18V“+〞、“6”“5”地18V“-〞，變壓器次級感應出電壓，2端為“+〞、1端為“-〞。通過變壓器次級的電流沿下面路徑流動：“2”“1”“2〞“1〞該電流向電容器充電。由上述可見，由于脈沖電壓不斷向電容器充電，故將脈沖變?yōu)閷绷麟妷?.3控制電路控制電路的功能是：·逆變器正常工作時，為脈沖分配器(、)提供工作電壓，切斷脈沖分配器(、)的工作電壓。·逆變器出現(xiàn)故障時，為脈沖分配器(、)提供工作電壓，切斷脈沖分配器(、)的工作電壓?？刂齐娐酚删w管、、、、及相應電阻、卑容組成，其電路如圖35所示。電路的工作過程如下?！つ孀兤鞴ぷ髡r，在圖7．35中，A點電位為“1”晶體管導通晶體管截止晶體管截止，18v直流電壓無法通過、、加到脈沖變壓器B—2的中心抽頭6腳與地之間．由與組成的脈沖分配器停頓工作，其門極無觸發(fā)電壓而停頓工作。晶體管導通晶體管導通，18v直流電壓通過，加到脈沖變壓器B—1的中心抽頭6腳到地之間，由與組成的脈沖分配器正常工作．因其控制極獲得觸發(fā)電壓而正常工作。·于是逆變器輸出電壓通過轉(zhuǎn)換開關加負載上。逆交器出現(xiàn)故障時，圖4-2中A點電位為“0”晶體管截止晶體管截止，18v直流電壓無法通過加到脈沖變壓器B—1的中心抽頭6腳與地之間，由與組成的脈沖分配器、由組成的變換器便停頓下作，轉(zhuǎn)換開關因其控制極無觸發(fā)電壓而停頓工作。晶體管截止晶體管導通晶體管導通，18v直流電壓通過、加到脈沖變壓器B—2的中心抽頭6腳與地之間，由與組成的脈沖分配器、由組成的變換器便正常工作，轉(zhuǎn)換開關因其門極獲得觸發(fā)電壓而正常工作。于是市電電壓便通過轉(zhuǎn)換開關加到負載上。5.充電電路充電電路的功能是在市電正常時對蓄電池組進展充電，并對蓄電池組進展日常維護性浮充充電，以滿足蓄電池組自故電的要求。在充電初期，以恒流方式充電；在充電后期，以恒壓方式充電；最后以浮充方式充電。充電電路是由主電路和控制電路組成，其電路如圖5-1所示。圖5－1充電電路5.1充電電路的主電路由圖可看出，主電路是由單相整流橋、升壓式開關電路組成，其簡化電路如下圖。圖中是整流橋輸出電壓，是輸出端電壓，T是與的并聯(lián)是限流電感,D是隔離二極管。T的柵極信號如圖5-2所示。圖5-2簡化電路及波形(1)工作過程·在期間場效應管T的柵極加上電壓，并且＞，故T導通，電源電壓幾乎全部加在限流電感兩端，即設=時，則的波形如圖5-2所示。電源中電能被轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍軆Υ嬖谙蘖麟姼蠰中,二極管D截止，輸出電壓等于蓄電池電壓?！ぴ谄陂g場效應管T的柵極加上的電壓為0V，故了截止，通過限流電感L中的電流呈下降趨勢，它兩端產(chǎn)生反電勢，其極性是右“+、左“-〞。該電勢與電源電壓順串，通過二極管D向蓄電池充電，蓄電池兩端電壓逐漸升高。即＝+逐漸減小，其波形如下圖。以后便以周期T重復上述過程，于是蓄電池兩端電壓逐漸升高，其電解液的密度逐漸增加。(2)輸出電壓的計算在電流連續(xù)的情況下根據(jù)能量轉(zhuǎn)換觀點，整流橋輸出能量全部轉(zhuǎn)換為蓄電池化學能＝則＝＝令a=占空比則＝上式說明：由于1－a＜l，故＞，故該電路稱為升壓式充電電路。由于a(1-a)，故改變占空比a便可以改變充電電壓.5.2充電電路的控制電路控制電路的功能是為主電路提供占空比可以改變的驅(qū)動脈沖?？刂齐娐肥怯擅}寬調(diào)制器和外部電路構(gòu)成。脈寬調(diào)制器采用的是雙排列8腳集成芯片3845，集成芯片如圖5-3所示。(1)高壓保護3845集成芯片內(nèi)部的輸入端〔7腳、5腳〕設置了34V齊納二極管，保證其內(nèi)部電路在34V以內(nèi)工作，防止高壓可能帶來的損壞。(2)欠壓鎖定器欠壓鎖定器跨接在集成芯片輸入端，當集成芯片輸入端電壓低于7.9V時，欠壓鎖定器將芯片內(nèi)部電路鎖定，停頓芯片工作，整個電路消耗電流僅為1mA，保證集成芯片在極低電流情況下啟動。當集成芯片輸入端電壓高于8.4v時，欠壓鎖定器將集成芯片內(nèi)部電路開啟，整個電路處于正常工作狀態(tài)，電路消耗的電流為15mA。圖5－33845內(nèi)部電路框圖(3)基準量源基準量源是線性穩(wěn)壓器，輸出電壓5V，輸入電流50mA。其功能是：為芯片內(nèi)部其他部件提供工作電壓；其電壓經(jīng)過分壓后，變?yōu)?.5V，為誤差放大器同相端提供基淮電壓；同時，由8腳輸出5V電壓供外部電路使用。(4)誤差放大器誤差放大器的功能是放大電壓誤差信號。它是由基淮電壓(2.5V)，檢測電壓及補償網(wǎng)絡、運算放大器組成，其電路如圖5－4所示。由圖可看出，基準電壓(2.5V)接在運放的同相端，輸出檢測接在運放的反相端，補償網(wǎng)絡(、)接在運放的反相端與輸出端之間。通過改變、的值來改變閉環(huán)增益和頻響。由圖5-4可看出，輸出信號為：圖5-4誤差放大器〔5〕電流傳感比擬器它的功能是將電流信號與誤差放大器輸出信號進展比擬，在比擬器輸出端獲得脈沖信號。其波形見圖5-5所示。由圖5-5可知，假設不變，輸出脈沖寬度取決于上升率。假設通過場效應管的電流大，上升到所需要的時間就短，輸出脈沖窄；反之，輸出脈沖寬。假設電流信號升率不變，比擬器輸出端脈沖寬度取決于電壓誤差放大器輸比信號的大小。假設大，上升到所需要的時間長，比擬器輸出端脈沖就寬；反之，比擬器輸出脈沖窄。圖5-5波形圖根據(jù)圖5-1的根本功能，可將其等效為圖5-6。由圖5-6可見，功率MOSFET的柵極接有取樣電阻R，其兩端電壓信號經(jīng)濾波后，作為電流傳感比擬器的同相端輸入信號。假設由電壓放大器加到電流傳感比擬器，反相端的信號不變，則功率MOSFET管流過的電流必然受到限制；假設因*種原因變大，則功率MOSFET管流過的電流隨之變大。但由于受電流傳感比擬器反相端1V穩(wěn)壓管的限制，其值圖5－6圖5-1的等效電路圖不可能超過1V，所以功率MOSFET管流過的電流是有上限的，即該電路具有限流功能。5.3充電過程充電初期，蓄電池兩端電壓較低，分壓器兩端電壓也低，穩(wěn)壓控制器(TL431)的控制電壓小于其開啟電壓，穩(wěn)壓控制器截止，電壓信號不能通過光電耦合器加到3845芯片的l腳。場效應管的電流通過向充電，形成電流信號加到比擬器U的同相端。比擬器反相端接固定電壓，是由誤差放大器輸出端的電位通過2R、R分壓形成的。假設充電電流大，則通過場效應管的電流也大，電流信號上升快，上升到所需要的時間短，比擬器U輸出的負載脈沖窄，非門輸出的正脈沖也窄，場效應管導通時間短，電感中儲能少，充電電流減小。反之亦然，故維持值流充電。蓄電池兩端電壓隨充電時間增長而逐漸上升，分壓器兩端電壓隨之上升。當蓄電池兩端電壓到達220V時，穩(wěn)壓控制器導通，電壓信號通過光電精合器加到3845芯片的1腳。此時，包含誤差放大器輸出固定信號及光電精合器輸出的可變信號。假設充電電壓升高，分壓器兩端電壓隨之升高，的控制電壓升高，C、A兩端電壓降低，光電耦合器輸出電壓降低，電壓信號隨之降低，上升到所需要的時間短，比擬器U輸出負脈沖窄，非門輸出正脈沖也窄，場效應管導通時間短，主電路輸出電壓降低，充電電壓隨之降低。反之亦然，故維持恒壓充電。6.保護電路目前，雖然功率開關器件容量提高很快，性能也有極大改善，尤其是可承受