在線式ups設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　課程名稱 電力電子技術(shù) </p><p>　　課題名稱 在線式UPS設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 &l

2、t;/p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　20XX年 X月 XX 日</p><p><b>

3、;　　湖南工程學(xué)院</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　課程名稱 　電力電子技術(shù) </p><p>　　題 目 在線式UPS設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級 電 氣 工 程 </p>

4、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務(wù)書下達日期 20XX年X月30日</p><

5、p>　　設(shè)計完成日期 20XX年X月 12 日</p><p><b>　　說明書目錄</b></p><p>　　UPS總結(jié)構(gòu)框圖…………………………7</p><p>　　單元電路設(shè)計 …………………………7</p><p>　　2.1降壓并濾波 ………………………………8</p><p

6、>　　2.2整流電路 ………………………………8</p><p>　　2.3穩(wěn)壓電路給蓄電池充電……………………9</p><p>　　2.4、逆變器及逆變電路………………………9</p><p>　　2.4.1逆變器采用正弦波PWM逆變器方式…………10</p><p>　　2.4.2 逆變電路………………………………11<

7、;/p><p>　　2.5斬波電路信號的產(chǎn)生……………………12</p><p>　　2.6變壓器變壓并濾波輸出…………………13</p><p>　　2.7 UPS切換開關(guān)……………………………14</p><p>　　三、課程設(shè)計總結(jié)及心得體會……………15</p><p>　　四、參考文獻………………………………17

8、</p><p>　　五、總體電路圖……………………………18</p><p>　　六、課程設(shè)計評分表………………………19</p><p><b>　　UPS總結(jié)構(gòu)框圖：</b></p><p>　　UPS結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，為在線式UPS的原理框圖，其基本原理是，當市電正常時，從輸入端輸入220V電壓，經(jīng)過變壓器將電壓

9、變小，在濾去雜波，整流成直流電壓，經(jīng)過斬波和穩(wěn)壓給蓄電池充電，以保證蓄電池充足的電量，再經(jīng)過PWM逆變電路將直流變?yōu)榻涣?，?jīng)過升壓變壓器變?yōu)樗枰碾妷海谟媒涣鳛V波濾去雜波。一旦市電發(fā)生變化或者停電，就由蓄電池工作，代替整流器輸出直流電，經(jīng)逆變成恒壓恒頻的交流，因此供電不受市電停電的影響。。在線式UPS無論市電是否正常，其功率流程都是 “市電—濾波一整流濾波(掉電時為電池)-逆變器-靜態(tài)開關(guān)-輸出”。只有當逆變器發(fā)生故障或過負荷時,才

10、通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到市電旁路，其功率流程是 “市電-靜態(tài)開關(guān)-輸出”。有的用戶還備有柴油發(fā)電機，可以在市電停電5^-10秒之內(nèi)投入 到UPS電源的輸入端，可以在長時間停電的情況下向用戶提供高質(zhì)量的正弦波 電源。</p><p>　　UPS應(yīng)包含交流濾波器，整流器，斬波器，穩(wěn)壓器，逆變器等等器件和線路。</p><p>　　圖1、UPS結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>&

11、lt;b>　　單元電路設(shè)計：</b></p><p><b>　　2.1降壓并濾波</b></p><p>　　圖如下，從電網(wǎng)上輸入220V交流電，經(jīng)過變壓器將電壓降低，再經(jīng)過交流濾波器L5，C10把雜波濾去。</p><p>　　圖2 變壓器與交流濾波</p><p><b>　　2.2整流

12、電路</b></p><p>　　變壓器T1交流電輸入，經(jīng)過整流電路將電壓轉(zhuǎn)換成直流給蓄電池充電，采用升壓斬波方式，由于整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進行濾波。本電路采用RL低通濾波器（通過串聯(lián)一個電感L1，濾除電流的高次諧波，并聯(lián)一個電容C1濾除電壓的高次諧波），以減小紋波電路，如圖3所示，這是一種能夠抑制輸入高次諧波干擾及改善功率因子的電路，采用PWM控制方式，由SG35

13、25的管腳1跟蹤控制，采用這種控制方式，能使輸入電流為正弦波，而輸入功率因子接近于1.由圖可知，經(jīng)二極管整流橋整流成直流。Q1導(dǎo)通時，電路C1放電，電感L1儲存能量，Q1關(guān)斷后，電感釋放能量，給電容充電及給負載提供能量。同時，整流電路前設(shè)置個熔斷器可以有效保護電路及其元器件不被損壞。</p><p><b>　　圖3整流與斬波電路</b></p><p>　　2.3穩(wěn)

14、壓電路給蓄電池充電</p><p>　　如下圖，斬波出來的電進入LM137后進行穩(wěn)壓，LM137的接地管腳連一個三極管，輸出端3連兩個電阻用來保護電路，后直接接二極管給電池充電，以連續(xù)的供給電流。</p><p><b>　　圖4 穩(wěn)壓充電電路</b></p><p>　　2.4、逆變器及逆變電路</p><p>　　2

15、.4.1 逆變器采用正弦波PWM逆變器方式</p><p>　　圖5所示為正弦波單相全橋逆變器電路。各個IGBT的柵極信號為180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的柵極信號互補，V3與V4柵極信號互補，控制方式采用三角波PWM方式，但UPS負載一般為電容輸入型，因輸出電流峰值高，使輸出電壓波形畸變，為此要采取相應(yīng)措施。目前采取措施是通過提高載波頻率，加快控制響應(yīng)，并應(yīng)用瞬時波形控制方式使輸出電壓接近正弦波。圖

16、5中直流側(cè)經(jīng)逆變器后，再接變壓器T2的一次側(cè)線圈，由變壓器二次側(cè)線圈輸出。</p><p>　　圖5 正弦波逆變器電路</p><p>　　2.4.2 逆變電路</p><p>　　SG3524為逆變器的核心電路如圖6所示：逆變頻率由R17和C7以及SG3524片內(nèi)振蕩器決定。SG3524的11和14腳的驅(qū)動輸出由9腳的高電位決定。逆變電路工作后，在整流和逆變輸出

17、成正比的電壓，調(diào)節(jié)R8的大小，C15濾波，回饋回SG3524的1腳，作為比較電壓同2腳的基準電壓進行比較，改變11和14腳輸出波形的占空比，使逆變器輸出的電壓穩(wěn)定在220V。</p><p>　　逆變原理分析：IGBT的G極觸發(fā)脈沖由SG3524的11，14腳提供。T2，T5同時觸發(fā)，T3，T4同時觸發(fā)。當T2，T5觸發(fā)時，交流輸出電壓上正下負；T3，T4觸發(fā)時，交流輸出電壓上負下正。當T2，T5關(guān)斷后，由于有電

18、感存在，電流通過D7,D10續(xù)流，當T3,T4關(guān)斷后，由,D8,D9來實現(xiàn)續(xù)流。電路中的電容C5和電感L2不僅能限制電壓、電流的躍變，還能為阻感負載提供無功能量。</p><p>　　SG3524的基準源屬于常規(guī)串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源，它由集成塊內(nèi)部的諧波發(fā)生器，PWM比較器等組件向外提供5V的工作電壓。由振蕩器先產(chǎn)生0.6V~3.5V的鋸齒波電壓Vj,再變換成矩形波電壓，送至觸發(fā)器、或非門，并由管腳3輸出。<

19、/p><p>　　SG3524的工作原理：開關(guān)電源輸出電壓經(jīng)取樣處理后送至放大器的反向輸入端，與基準電壓比較后，將產(chǎn)生的誤差電壓送到PWM比較器的一個輸入端，另一端接至鋸齒波發(fā)生器，由此可控制PWM的脈寬調(diào)制信號，最后依次通過或非門HF1,HF2功率放大器VQ1,VQ2輸出。</p><p>　　圖6 SG3524逆變電路</p><p>　　2.5斬波電路信號的產(chǎn)生&

20、lt;/p><p>　　此電路主要用來驅(qū)動IGBT斬波。產(chǎn)生PWM信號有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生PWM的專用芯片、單片機、PLC、可編程邏輯控制器等本電路采用直接產(chǎn)生PWM的專用芯片SG3525.該芯片的外圍電路只需簡單的連接幾個電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的PWM波，通過改變IN+輸入電阻就能改變輸出PWM波的占空比，故在IN+端接個可調(diào)電阻就能實現(xiàn)PWM控制。為了提高安全性，該芯片內(nèi)部還設(shè)有保護電路。它還

21、具有高抗干擾能力，是一款性價比相當不錯的工業(yè)級芯片。</p><p>　　為了減少不同電源之間的相互干擾，SG3525輸出的PWM經(jīng)過光電耦合之后才送至驅(qū)動電路。其電路圖如下圖 7所示：</p><p>　　圖 7 斬波IGBT驅(qū)動電路</p><p>　　工作原理：通過R12、R13、C8結(jié)合SG3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到SG3525的振蕩器。</p>

22、<p>　　其產(chǎn)生的PWM信號由OUTA、OUTB輸出，調(diào)節(jié)R15可以改變占空比。輸出的PWM信號通過二極管D6、D7送至光電耦合器U4，光耦后通過驅(qū)動電路對信號進行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動IGBT。此電路具有信號穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點。因此他適用于中小容量的PWM斬波電路。</p><p>　　2.6變壓器變壓并濾波輸出</p><p>　　經(jīng)過逆變后的交流電因為沒有達到

23、需求的電壓，在經(jīng)過變壓器T2的變壓，輸出的交流電高次諧波量較大，于是再采用一個交流濾波器進行濾波，使輸出的交流電穩(wěn)定于所需電能。</p><p><b>　　圖8 變壓濾波</b></p><p>　　2.7 UPS切換開關(guān)</p><p>　　UPS的切換開關(guān)是控制UPS電源和旁路電源供電的一種交流開關(guān)，當市電正常工作，主電路都應(yīng)從整流-斬

24、波-逆變中流過；當市電異?；蛲ｋ姡麟娐酚尚铍姵卮嬲鏖_始工作，只有當逆變器發(fā)生異?；蛘咭M行電路維修時開關(guān)才向旁路導(dǎo)通。這個切換開關(guān)由電磁繼電器構(gòu)成。</p><p>　　此繼電器由逆變輸出交流電供電，電磁開關(guān)將應(yīng)電磁力打到SB2，此時由整流-斬波-逆變電路供電；當逆變電路出現(xiàn)故障時，電流將斷開，繼電器的電磁鐵將不能產(chǎn)生電磁力，此時開關(guān)將自動打到SB1，這是由市電直接給負載供電；當要對電路進行檢修時，只要打開

25、開關(guān)S1即可讓電磁開關(guān)打到SB1。</p><p>　　圖9 UPS切換開關(guān)</p><p>　　三、課程設(shè)計總結(jié)及心得體會</p><p>　　電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信

26、息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換，而電力變換常分為四大類：交流變交流、直流變交流、直流變直流、交流變交流。交流變直流叫整流，直流變交流為逆變。具體來講，變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。</p><p>　　電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)深入到我們呢的日常生活中去了，其中UPS不間斷電源就是其中的重要應(yīng)用范圍。此次電力電子課程設(shè)計中，對UPS電源的設(shè)計就是本次設(shè)計的主要內(nèi)容。隨著UPS的廣泛使用

27、，在現(xiàn)代社會中的重要性越來越強，使用范圍越來越廣，目前，UPS在電力電子產(chǎn)品中已占市場相當大的份額，所以這次課程設(shè)計對我來說具有非常的實際意義，能從中讓我學(xué)習許多先進的知識和理論，將所學(xué)的知識進行升華，這將有利于我今后的工作。</p><p>　　UPS不間斷電源有許多實現(xiàn)方案，但在此次設(shè)計中，我采用的是適用于小功率的在線式不間斷電源，為了實現(xiàn)其功能，我首先想到的就是利用一個整流電路開始，在實際設(shè)計過程中，通過聯(lián)

28、系實際生活中UPS必須解決的相關(guān)問題，突然發(fā)現(xiàn)自己想漏了許多地方，比如在市電掉線的情況下也要保證穩(wěn)壓電源的有效輸出，必須要有很好的充電性能和充電回路，為了穩(wěn)定充電電壓，我專門設(shè)計了穩(wěn)壓電路，以保證充電的可靠性。整流過程我采用的升壓斬波式電路實現(xiàn)；在升壓斬波電路中，為了穩(wěn)定控制斬波電路中IGBT，我專門用SG3525芯片與光電耦合器來實現(xiàn)控制；逆變電路由SG3524逆變電路實現(xiàn)，采用由三角波PWM控制方式的正弦波逆變器；為實現(xiàn)由市電供電和

29、逆變器供電之間的轉(zhuǎn)換，必須要有一個轉(zhuǎn)換控制電路來實現(xiàn)。</p><p>　　此次設(shè)計最讓我領(lǐng)悟到了光學(xué)知識，光會做題是沒有用的，也沒有完全體現(xiàn)學(xué)習知識的意義，知識在于實際應(yīng)用，實踐是檢驗真理的唯一標準。雖然這學(xué)期電力電子技術(shù)這門課我們剛上完，所以對這次課程設(shè)計來說還算是趁熱打鐵，我將我所學(xué)的知識通過這次課程設(shè)計得到了升華。但是在知識的實際應(yīng)用中我不斷發(fā)現(xiàn)了自己的不足，通過這次設(shè)計，讓我全面系統(tǒng)的復(fù)習了電力電子技術(shù)

30、這門學(xué)科，也使我對其在實際生活中的應(yīng)用有了更深的了解；為了完成設(shè)計，我必須查閱許多相關(guān)資料，這也使我增長了知識面，學(xué)習到了教材書上很多沒有講到的內(nèi)容。另外，為了實現(xiàn)各單元電路的設(shè)計，必須熟練應(yīng)用各種軟件作出電路圖來實現(xiàn)相應(yīng)功能的模擬，這樣也讓我進一步熟悉相關(guān)軟件的操作，比如Protel99SE、EWB，Word等。最讓我感受深刻的是在不間斷電源設(shè)計中學(xué)習到了SG5324,SG5325芯片和光電耦合器的運用，這些是書上沒有寫過的，平時生活

31、中也不一定會用到，是這次課程設(shè)計才讓我學(xué)到了這些芯片的知識，受益匪淺。</p><p>　　像以前的課程設(shè)計一樣，此次電力電子課程設(shè)計也讓我受益頗深，領(lǐng)悟頗多。在此，我要感謝梁老師的精心指導(dǎo)，細致耐性的解答我的問題，由于梁老師正確的指導(dǎo)和寶貴的建議，使我這次課程設(shè)計進行的很順利，通過本次電力電子課程設(shè)計，讓我學(xué)到了許多書本之外的東西，我認為這是一次很有實際意義的課程設(shè)計，一次個人實踐能力的進一步突破。我喜歡它給我

32、帶來的這種快樂。希望在這次課程設(shè)計的基礎(chǔ)上能將以后的各種設(shè)計做的更好，更完善。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1．王兆安，黃俊主編，電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　2．薛永毅，王淑英，何希才，新型電源電路應(yīng)用實例，電子工業(yè)出版社，2001</p><p>

33、　　3. 陳汝全，電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊，機械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　4. 錢希森，小型UPS原理及應(yīng)用，科學(xué)出版社，2000</p><p>　　5. 張乃國，電源技術(shù)，中國電力出版社，1998</p><p>　　6. 李成章，現(xiàn)代電源及電路圖集，電子工業(yè)出版社，2001</p><p>　　7. 張乃國，UPS供電系

34、統(tǒng)應(yīng)用手冊，電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　8. 陳治明，電力電子器件，機械工業(yè)出版社，1992</p><p>　　9. 王其英，何春華編著，新型UPS工作原理與實用技術(shù)及選購指南，2006</p><p>　　電氣與信息工程系課程設(shè)計評分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________</p>

35、;<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(shè)計說明書的最后一頁。課程設(shè)計說明書裝訂順序：封面、任務(wù)書、目錄、正文、評分表）。</p><p>　　注意：如果有需要，下載此篇文檔后可以聯(lián)系我，我免費給你整個電路