在线式UPS设计

成绩□优□良□中□及格□不及格课程设计课程名称电力电子技术课程设计课题名称单相在线式UPS设计专业电气工程及其自动化班级电气学号姓名指导老师梁锦2016年7月8日电气信息学院课程设计任务书课题名称单相在线式UPS设计姓名专业电气工程班级学号指导老师梁锦课程设计时间2016年6月27日-2016年7月8日一、任务及要求要求设计一款UPS，自主选择设计方案，自取课题名称，画出电路，说明原理，给出仿真方法。一款典型UPS：单相交流市电输入125—265V，频率50±10Hz输出电压：220V±5%，输出频率：50±1%Hz电池类型：阀控式免维护密封铅酸蓄电池后备时间：半载10分钟输出功率1KVA，功率因数0.9IGBT逆变技术，SPWM技术，软开关技术，智能充电，雷击和浪涌保护二、进度安排第一周：星期一：课题内容介绍和下达设计任务；星期二：查找资料；星期三：思考设计方案；星期四：确定设计方案，画出草图，自取课题名称；星期五：电路设计，画图第二周：掌握电路原理，完善电路设计，确定课题名称，仿真，建仿真模型，分析仿真结果，打印出图纸，剪裁图纸，书写设计报告；星期五：答辩及资料整理三、参考资料1．王兆安．电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，20102．钱希森．小型UPS原理及应用．科学出版社，20003．陈汝全．电子技术常用器件应用手册．机械工业出版社，19984．李成章．中小型UPS不间断电源及直流稳压电源．电子工业出版社，19905．林飞．电力电子应用技术MATLAB仿真．中国电力出版社，2009目录第1章总体方案设计···················11.1设计思路·······················11.2设计框图·······················1第2章MATLAB软件仿真分析·············22.1主电路图绘制·····················22.2电路仿真结果分析···················2第3章UPS主电路设计··················43.1降压并滤波······················43.2整流电路和斩波电路··················43.3稳压电路给蓄电池充电·················53.4逆变电路·······················53.5变压器变压并滤波输出·················63.6UPS切换开关·····················7第4章总结·······················7附录A参考文献·····················8附录B总电路图·····················8附录C评分表······················9-1-第1章总体方案设计1.1设计思路UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类：后备式UPS是我们最常用的，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域；在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。由于在线式UPS性能良好，因此我选择其设计方案。1.2设计框图滤波整流电路斩波电路逆变电路变压器交流滤波蓄电池稳压电路控制电路输入220v市电交流输出电压-2-第2章MATLAB软件仿真分析2.1主电路图绘制2.2电路仿真结果分析1.整流电路的波形如下图1所示，交流电经过整流桥变成220v的直流电。图1-3-2.斩波电路的仿真结果如图2所示：图23.逆变电路的仿真波形如图3：图34.输出电源波形如图4：图4-4-第3章UPS主电路设计3.1降压并滤波如下图5所示，从电网上输入220V交流电，经过变压器将电压降低，再经过滤波器把杂波滤去。图53.2整流电路和斩波电路变压器T1交流电输入，经过整流电路将电压转换为直流给蓄电池充电，采用升压斩波方式，由于整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。如图6所示：图6-5-3.3稳压电路给蓄电池充电如图7所示，斩波出来的电进入LM137后进行稳压，LM137的接地管脚连一个三极管，输出端3连接两个电阻用来保护电路，后直接接二极管给电池充电，以连续的给电流。图73.4逆变电路如图8所示为正弦波单相全桥逆变器电路。各个IGBT的栅极信号为180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的栅极信号互补，V3与V4栅极信号互补，控制方式采用三角波PWM方式，但UPS负载一般为电容输入型，因输出电流峰值高，使输出电压波形畸变，为此要采取相应措施。目前采取措施是通过提高载波频率，加快控制响应，并应用瞬时波形控制方式使输出电压接近正弦波。图5中直流侧经逆变器后，再接变压器T2的一次侧线圈，由变压器二次侧线圈输出。-6-图83.5变压器变压并滤波输出经过逆变后的交流电因为没有达到需求的电压，在经过变压器T2的变压，输出的交流电高次谐波量较大，于是再采用一个交流滤波器进行滤波，使输出的交流电稳定于所需电能。图9-7-3.6UPS切换开关UPS的切换开关是控制UPS电源和旁路电源供电的一种交流开关，当市电正常工作，主电路都应从整流-斩波-逆变中流过；当市电异常或停电，主电路由蓄电池代替整流开始工作，只有当逆变器发生异常或者要进行电路维修时开关才向旁路导通。这个切换开关由电磁继电器构成。图10第4章总结电力电子技术的应用范围已经深入到我们的日常生活中去了，其中UPS不间断电源就是其中的重要应用范围。此次电力电子课程设计中，对UPS电源的设计就是本次设计的主要内容。随着UPS的广泛使用，在现代社会中的重要性越来越强，使用范围越来越广，目前，UPS在电力电子产品中已占市场相当大的份额，所以这次课程设计对我来说具有非常的实际意义，能从中让我学习许多先进的知识和理论，将所学的知识进行升华，这将有利于我今后的工作。课程设计就是将课本上的所学结合实践，有助于巩固我们的学习。这学期电力电子技术这门课我们刚上完，所以对这次课程设计来说还算是趁热打铁，我将我所学的知识通过这次课程设计得到了升华。但是在知识的实际应用中我不断发现了自己的不足，通过这次设计，让我全面系统的复习了电力电子技术这门学科，也使我对其在实际生活中的应用有了更深的了解；为了完成设计，我必须查阅许多相关资料，这也使我增长了知识面，学习到了教材书上很多没有讲到的内容。-8-附录A参考文献1．王兆安．电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，20102．钱希森．小型UPS原理及应用．科学出版社，20003．陈汝全．电子技术常用器件应用手册．机械工业出版社，19984．李成章．中小型UPS不间断电源及直流稳压电源．电子工业出版社，19905．林飞．电力电子应用技术MATLAB仿真．中国电力出版社，2009附录B总电路图-9-电力电子技术课程设计评分标准环节项目评价优良中及格不及格实践环节（70%）原理图及主电路设计（20%）控制电路设计（10%）驱动电路设计（10%）纪律和出勤情况（30%）设计报告（30%）总电路原理图的设计质量,解决问题能力及答辩情况,设计报告内容完整、规范，图纸正确、清晰，设计步骤规范、正确，设计结果可行（30%）综合评价课程设计成绩评定为：□优□良□中□及格□不及格指导老师签名：________________日期：________________