課程設計---電腦在線式ups設計

1、<p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　課程名稱 　電力電子技術 </p><p>　　題 目 電腦在線式UPS設計 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學生姓名 學號 </

2、p><p>　　指導老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務書下達日期 2012 年 5月 23日</p><p>　　設 計 完成日期 2012 年 6 月 6 日</p><p>　

3、　一、UPS電源性能特點簡單介紹</p><p>　　UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機和儲能電池。額定輸出功率的大小取決于主機部分，并與負載屬那種性質(zhì)有關，因為UPS電源對不同性能的負載驅動能力不同，通常負載功率應滿足UPS電源70％的額定功率。UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備，也不允許在滿負載狀態(tài)下長期運行。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運行的，

4、增加大功率負載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作，都會造成主機出故障，嚴重時將損壞變換器。</p><p>　　特點：1.無論是市電供電正常時，還是市電中斷由電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，這就從根本上消除了來自電網(wǎng)的電壓波動和干擾對負載的影響。</p><p>　　2.由于其工作方式是先對電池充電，然后再由逆變器將電池的電能逆變變成交流，因此在電能的轉化過程中有一部分電能將被損失掉。

5、</p><p>　　3.UPS輸入電壓范圍 指保證UPS不轉入電池逆變供電的市電電壓范圍。在此電壓范圍內(nèi)，逆變器（負載）電流由市電提供，而不是電池提供。</p><p>　　4.UPS頻率輸入范圍 UPS能自動跟蹤市電、保持輸出電壓與輸入電壓同步的頻率范圍。</p><p>　　二、UPS 系統(tǒng)結構框圖</p><p>　　UPS的結構

6、原理如圖1所示。UPS是指當交流輸入電源（習慣稱市電）發(fā)生異常或斷電時，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響的裝置。</p><p>　　UPS基本工作原理：當市電正常時，由市電供電，同時市電通過整流器整流為直流，給蓄電池充電，可保證蓄電池的電量充足。一旦市電異常乃至停電，即由蓄電池自動代替整流器向逆變器供電，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負載供電，因此從負載側看，供電不受市

7、電停電的影響。</p><p>　　UPS電源由交流輸入濾波電路及整流電路、蓄電池充電回路、PWM逆變電路、控制電路等組成。</p><p>　　圖1 UPS結構原理圖</p><p>　　三、UPS電源總電路設計</p><p>　　電路圖如圖所示，主要由市電供電及穩(wěn)壓調(diào)整電路、逆變電路等組成</p><p>　　

8、四、部分單元電路設計</p><p><b>　　4.1 整流電路</b></p><p>　　220V交流電源輸入，經(jīng)過整流電路將電壓轉換成直流給蓄電池充電。電路如圖2所示，這是一種不可控整流電路，常用于小功率單相交流輸入的場合。</p><p>　　圖2 整流電路</p><p><b>　　4.2

9、 斬波電路</b></p><p>　　電流經(jīng)過整流電路部分整流成直流，經(jīng)過降壓斬波電路降壓，其實則為將固定的直流電通過電力電子開關的作用變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。直流斬波電路分為降壓斬波電路、升壓斬波電路這兩種最基本的電路，本次課程設計在此處采用降壓斬波電路。</p><p>　　斬波電路工作原理：當t=0時，V導通，E向負載供電，u=E，i按指數(shù)曲線上升；當t=t

10、1時，V關斷，i經(jīng)VD續(xù)流，u近似為零，i成指數(shù)曲線下降，為使i連續(xù)且脈動小，通常使L值較大。 </p><p>　　圖3中，為在V關斷時給負載中的電感電流提供通道，設置了續(xù)流二極管VD。該電路由整流輸出端輸入，經(jīng)過整流后輸出給電源充電以及向后續(xù)電路供電。</p><p><b>　　圖3 斬波電路</b></p><p>　　4.3 斬波電

11、路控制電路</p><p>　　波電路有三種控制方式：（一）,保持開關周期T不變，調(diào)節(jié)開關導通時間t，稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬式；（二），保持開關導通時間t不變，改變開關周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型；（三），t和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。此次選用脈沖調(diào)寬式。通過該電路產(chǎn)生方波控制斬波電路中V的開斷，從而實現(xiàn)控制斬波電路。</p><p>　　圖4 斬波控制電路</p&g

12、t;<p><b>　　4.4 充電電路</b></p><p>　　蓄電池的電流由斬波電路輸出，經(jīng)過濾波電路將電流中的雜波濾除，保證充電的穩(wěn)定性及電流的高質(zhì)量。蓄電池在市電正常的情況下也工作，只進行蓄電過程并不放電，此時電路由市電提供電能；當市電出現(xiàn)異常甚至斷電時，由蓄電池替其工作，為逆變電路提供電能，以保證負載的正常運行，提高了電路抗干擾的能力。</p>&l

13、t;p>　　圖5 濾波及蓄電池充電</p><p>　　4.5逆變器及逆變電路</p><p>　　逆變有電壓型逆變電路和電流型逆變電路。此次課程設計選用電壓型單相全橋逆變電路。如圖6，功率晶體管由基極驅動電路提供激勵信號，VT1、VT4和VT2、VT3在分別獲得激勵信號后，進入輪流導通或截止狀態(tài)。各IGBT的柵極信號為180度正偏，180度反偏，并且VT1和VT2的柵極信號互補，V

14、T3和VT4的柵極信號互補；逆變電路輸出電壓中除了基波外還含有一定的諧波成分，所以需設置濾波器。</p><p>　　直流電流經(jīng)過逆變電路逆變由輸出端輸出獲得交流電，再經(jīng)交流濾波電路去除其雜波，經(jīng)過變壓器變壓后供給負載。 </p><p><b>　　圖6 逆變電路</b></p><p>　　4.6 逆變器控制電路</p>&l

15、t;p>　　逆變器控制電路采用芯片SG3524控制，SG3524是電流控制PWM控制器,所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的.在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較,從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化.由于結構上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng),因此,無論開關電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應特性都有提高,是目前比較理想的新型控制器.SG3524采用定頻PWM

16、電路，DIP-16型封裝，管腳排列如圖7所示：</p><p>　　圖7 SG3524管腳排列圖</p><p>　　SG3524的基準源屬于常規(guī)的串聯(lián)式線性直流穩(wěn)壓電源，它向集成塊內(nèi)部的斜波發(fā)生器、PWM比較器、T型觸發(fā)器等。其開關電源輸出電壓經(jīng)取樣后接至誤差放大器的反相輸入端，與同相端的基準電壓進行比較后，產(chǎn)生誤差電壓Vr，送至PWM比較器的一個輸入端，另一個則接鋸齒波電壓，由此可控

17、制PWM比較器輸出的脈寬調(diào)制信號Vb。由11、14號引腳輸出控制IGBT柵極，從而控制逆變電路，15號引腳經(jīng)開關接12V電源形成可控電路。</p><p>　　圖8 逆變控制電路</p><p>　　五、課程設計總結與體會</p><p>　　電力電子是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)課，也是今后從業(yè)的主要方向之一，對電力電子了解的多少，熟練與掌握的多少也決定以后

18、我們?nèi)松淖呦颉Ｍㄟ^這次課程設計也加深了我對該專業(yè)的了解。</p><p>　　隨著社會的發(fā)展，人們對電子的使用與依賴已經(jīng)普及。電力電子技術是一種應用于電力領域的電子技術，電力電子技術廣泛用于電氣工程。同時電力電子技術的不斷進步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力，是保持電氣工程活力的重要源泉。我們此次設計的UPS在電力電子產(chǎn)品中已占有相當大的份額，不管是家用電氣還是一些特殊地點的照明，都離不開UPS的身影。兩個星期

19、的課程設計，帶給我的是巨大的實踐財富，與自我思考能力的提升，換之言可抵我半年的書本學習。</p><p>　　課程設計之初，看著手里的題目，完全不知道怎么與自己以前所學的知識搭上關系，頭腦一片空白。之后翻閱《電力電子技術》得知UPS實則就是不間斷電源，我沒有盲目的去網(wǎng)上查找該課題的答案，而是決定自己動手解決這個問題，畢竟該課程是我的專業(yè)方向，不能自我放棄。翻閱《電力電子技術》了解有關UPS結構框圖與簡易的UPS電

20、路，經(jīng)過自己在網(wǎng)上查找的復雜的UPS電路對比，忽然發(fā)現(xiàn)其實UPS電路不管難易，均是按我們書本上的結構框圖連接起來的，復雜的只是多了旁系之路，多了我們沒見過的芯片而已。至此我便決定按照書本上的結構框圖自我設計一個小功率不間斷電源。</p><p>　　提筆邊構思邊繪制才發(fā)現(xiàn)事實與夢想過于遙遠，駭然發(fā)現(xiàn)一個小小的UPS電路就包括了我們《電力電子技術》中的整流知識、斬波電路、逆變電路；還有電路的濾波知識，模電的橋式電路

21、知識等等。深深的感受到什么叫寸步難行。為此我特意花時間翻閱了相關的知識部分，原來這些被我們遺忘的知識其實都是之前我們的重點知識，現(xiàn)在不得不感慨，這次設計概括的面度是何其廣泛。通過對書本知識的了解我開始比較順暢的繪圖了，當我按書本上的知識繪完之后，又意識到錯誤出來了，往常我們學習時，哪位老師與我們講解過IGBT柵極的控制？哪次考試做題畫圖我們需要把IGBT柵極的連接也繪制出來，想下，我們都成錯誤的習慣了，自認為柵極在圖中就是如此丟那不需管

22、理，這也導致了我這次犯的錯。仔細閱讀課本，柵極是需要另外的控制電路來控制它的開斷，從而控制整個電路的開斷。開始與同學商量以及網(wǎng)上電路的借鑒，讓我了解了控制電路，也嘗試著去繪制。</p><p>　　通過此次電力電子技術課程設計，讓我更深的了解與掌握了許多的課本以及課本外的知識，也讓我更清晰的了解現(xiàn)在該專業(yè)社會就業(yè)方向，全方面回顧了大學三年的大學知識，意識到了動手的可貴。一味的學習書本知識而不會運用到實際中來，可以

23、很肯定以后站不住腳跟。這次課程設計不僅僅是對我們大三這年電力電子技術的考察，同時也是對我們動手能力、自我思考能力的考察。我覺得結果雖然很重要，但真正最有意義的莫過于對未知的不斷探索，對自我的完全肯定與信任。此次課程設計也非常感謝老師的耐心指點，以及周圍同學的講解。人不該放棄于未知之途，未知不可怕，無知才是最可怕的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

24、p>　　[1] 黃俊，王兆安——電力電子變流技術（第3版）.北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[2] 黃俊，王兆安——電力電子技術（第4版）.北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[3] 薛永毅，王淑英，何希才——新型電源電路應用實例，電子工業(yè)出版社，2001.10</p><p>　　[4] 何希才，張明莉編著——新型

25、穩(wěn)壓電源及應用實例，電子工業(yè)出版社2004.2</p><p>　　[5] 張立，趙永健——現(xiàn)代電力電子技術.北京：科學出版社,1992 </p><p>　　[6] 趙惠昌——電力電子學.北京：兵器工業(yè)出版社,1994</p><p>　　[7] 張乃國——UPS供電系統(tǒng)應用手冊</p><p>　　電氣工程及其自動化課程設計評分表&l

26、t;/p><p>　　指導教師簽名： </p><p>　　日 期： </p><p>　　注： ①表中標*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內(nèi)容；</p><p>　?、诖吮硌b訂在課程設計說明書的最后一頁。課程設計說明書裝訂順序：封面、任務書、目錄、正文