課程設(shè)計(jì)---電腦在線(xiàn)式ups設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　課程名稱(chēng) 　電力電子技術(shù) </p><p>　　題 目 電腦在線(xiàn)式UPS設(shè)計(jì) </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </

2、p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2012 年 5月 23日</p><p>　　設(shè) 計(jì) 完成日期 2012 年 6 月 6 日</p><p>　

3、　一、UPS電源性能特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機(jī)和儲(chǔ)能電池。額定輸出功率的大小取決于主機(jī)部分，并與負(fù)載屬那種性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)閁PS電源對(duì)不同性能的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不同，通常負(fù)載功率應(yīng)滿(mǎn)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(shè)備，也不允許在滿(mǎn)負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)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(yùn)行的，

4、增加大功率負(fù)載，即使是在基本滿(mǎn)載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成主機(jī)出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。</p><p>　　特點(diǎn)：1.無(wú)論是市電供電正常時(shí)，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(lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響。</p><p>　　2.由于其工作方式是先對(duì)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(zhuǎn)化過(guò)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(zhuǎn)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(fù)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(dòng)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(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　UPS的結(jié)構(gòu)

6、原理如圖1所示。UPS是指當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱(chēng)市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。</p><p>　　UPS基本工作原理：當(dāng)市電正常時(shí)，由市電供電，同時(shí)市電通過(guò)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(dòng)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(fù)載供電，因此從負(fù)載側(cè)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(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　三、UPS電源總電路設(shè)計(jì)</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(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 整流電路</b></p><p>　　220V交流電源輸入，經(jīng)過(guò)整流電路將電壓轉(zhuǎn)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(chǎng)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(guò)整流電路部分整流成直流，經(jīng)過(guò)降壓斬波電路降壓，其實(shí)則為將固定的直流電通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)在此處采用降壓斬波電路。</p><p>　　斬波電路工作原理：當(dāng)t=0時(shí)，V導(dǎo)通，E向負(fù)載供電，u=E，i按指數(shù)曲線(xiàn)上升；當(dāng)t=t

10、1時(shí)，V關(guān)斷，i經(jīng)VD續(xù)流，u近似為零，i成指數(shù)曲線(xiàn)下降，為使i連續(xù)且脈動(dòng)小，通常使L值較大。 </p><p>　　圖3中，為在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。該電路由整流輸出端輸入，經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t，稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬式；（二），保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t不變，改變開(kāi)關(guān)周期T，稱(chēng)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(chēng)為混合型。此次選用脈沖調(diào)寬式。通過(guò)該電路產(chǎn)生方波控制斬波電路中V的開(kāi)斷，從而實(shí)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(guò)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(jìn)行蓄電過(guò)程并不放電，此時(shí)電路由市電提供電能；當(dāng)市電出現(xiàn)異常甚至斷電時(shí)，由蓄電池替其工作，為逆變電路提供電能，以保證負(fù)載的正常運(yùn)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(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)電路提供激勵(lì)信號(hào)，VT1、VT4和VT2、VT3在分別獲得激勵(lì)信號(hào)后，進(jìn)入輪流導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)。各IGBT的柵極信號(hào)為180度正偏，180度反偏，并且VT1和VT2的柵極信號(hào)互補(bǔ)，V

14、T3和VT4的柵極信號(hào)互補(bǔ)；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(shè)置濾波器。</p><p>　　直流電流經(jīng)過(guò)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(guò)變壓器變壓后供給負(fù)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(lái)調(diào)節(jié)脈寬的.在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線(xiàn)圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)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(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng),因此,無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)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(zhǔn)源屬于常規(guī)的串聯(lián)式線(xiàn)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(kāi)關(guān)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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，產(chǎn)生誤差電壓Vr，送至PWM比較器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)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(hào)Vb。由11、14號(hào)引腳輸出控制IGBT柵極，從而控制逆變電路，15號(hào)引腳經(jīng)開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)</p><p>　　電力電子是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，也是今后從業(yè)的主要方向之一，對(duì)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^(guò)這次課程設(shè)計(jì)也加深了我對(duì)該專(zhuān)業(yè)的了解。</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電子的使用與依賴(lài)已經(jīng)普及。電力電子技術(shù)是一種應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程。同時(shí)電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動(dòng)力，是保持電氣工程活力的重要源泉。我們此次設(shè)計(jì)的UPS在電力電子產(chǎn)品中已占有相當(dāng)大的份額，不管是家用電氣還是一些特殊地點(diǎn)的照明，都離不開(kāi)UPS的身影。兩個(gè)星期

19、的課程設(shè)計(jì)，帶給我的是巨大的實(shí)踐財(cái)富，與自我思考能力的提升，換之言可抵我半年的書(shū)本學(xué)習(xí)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)之初，看著手里的題目，完全不知道怎么與自己以前所學(xué)的知識(shí)搭上關(guān)系，頭腦一片空白。之后翻閱《電力電子技術(shù)》得知UPS實(shí)則就是不間斷電源，我沒(méi)有盲目的去網(wǎng)上查找該課題的答案，而是決定自己動(dòng)手解決這個(gè)問(wèn)題，畢竟該課程是我的專(zhuān)業(yè)方向，不能自我放棄。翻閱《電力電子技術(shù)》了解有關(guān)UPS結(jié)構(gòu)框圖與簡(jiǎn)易的UPS電

20、路，經(jīng)過(guò)自己在網(wǎng)上查找的復(fù)雜的UPS電路對(duì)比，忽然發(fā)現(xiàn)其實(shí)UPS電路不管難易，均是按我們書(shū)本上的結(jié)構(gòu)框圖連接起來(lái)的，復(fù)雜的只是多了旁系之路，多了我們沒(méi)見(jiàn)過(guò)的芯片而已。至此我便決定按照書(shū)本上的結(jié)構(gòu)框圖自我設(shè)計(jì)一個(gè)小功率不間斷電源。</p><p>　　提筆邊構(gòu)思邊繪制才發(fā)現(xiàn)事實(shí)與夢(mèng)想過(guò)于遙遠(yuǎn)，駭然發(fā)現(xiàn)一個(gè)小小的UPS電路就包括了我們《電力電子技術(shù)》中的整流知識(shí)、斬波電路、逆變電路；還有電路的濾波知識(shí)，模電的橋式電路

21、知識(shí)等等。深深的感受到什么叫寸步難行。為此我特意花時(shí)間翻閱了相關(guān)的知識(shí)部分，原來(lái)這些被我們遺忘的知識(shí)其實(shí)都是之前我們的重點(diǎn)知識(shí)，現(xiàn)在不得不感慨，這次設(shè)計(jì)概括的面度是何其廣泛。通過(guò)對(duì)書(shū)本知識(shí)的了解我開(kāi)始比較順暢的繪圖了，當(dāng)我按書(shū)本上的知識(shí)繪完之后，又意識(shí)到錯(cuò)誤出來(lái)了，往常我們學(xué)習(xí)時(shí)，哪位老師與我們講解過(guò)IGBT柵極的控制？哪次考試做題畫(huà)圖我們需要把IGBT柵極的連接也繪制出來(lái)，想下，我們都成錯(cuò)誤的習(xí)慣了，自認(rèn)為柵極在圖中就是如此丟那不需管

22、理，這也導(dǎo)致了我這次犯的錯(cuò)。仔細(xì)閱讀課本，柵極是需要另外的控制電路來(lái)控制它的開(kāi)斷，從而控制整個(gè)電路的開(kāi)斷。開(kāi)始與同學(xué)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(guò)此次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，讓我更深的了解與掌握了許多的課本以及課本外的知識(shí)，也讓我更清晰的了解現(xiàn)在該專(zhuān)業(yè)社會(huì)就業(yè)方向，全方面回顧了大學(xué)三年的大學(xué)知識(shí)，意識(shí)到了動(dòng)手的可貴。一味的學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)而不會(huì)運(yùn)用到實(shí)際中來(lái)，可以

23、很肯定以后站不住腳跟。這次課程設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)我們大三這年電力電子技術(shù)的考察，同時(shí)也是對(duì)我們動(dòng)手能力、自我思考能力的考察。我覺(jué)得結(jié)果雖然很重要，但真正最有意義的莫過(guò)于對(duì)未知的不斷探索，對(duì)自我的完全肯定與信任。此次課程設(shè)計(jì)也非常感謝老師的耐心指點(diǎn)，以及周?chē)瑢W(xué)的講解。人不該放棄于未知之途，未知不可怕，無(wú)知才是最可怕的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

24、p>　　[1] 黃俊，王兆安——電力電子變流技術(shù)（第3版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[2] 黃俊，王兆安——電力電子技術(shù)（第4版）.北京：機(jī)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(yīng)用實(shí)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(yīng)用實(shí)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(shù).北京：科學(xué)出版社,1992 </p><p>　　[6] 趙惠昌——電力電子學(xué).北京：兵器工業(yè)出版社,1994</p><p>　　[7] 張乃國(guó)——UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊(cè)</p><p>　　電氣工程及其自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)評(píng)分表&l

26、t;/p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　日 期： </p><p>　　注： ①表中標(biāo)*號(hào)項(xiàng)目是硬件制作或軟件編程類(lèi)課題必填內(nèi)容；</p><p>　?、诖吮硌b訂在課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的最后一頁(yè)。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)裝訂順序：封面、任務(wù)書(shū)、目錄、正文