中小功率应急电源系统设计

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1、湖南文理学院课程设计报告课程名称：专业课程设计院部：电气与信息工程学院专业班级：自动化07101班学生姓名：指导教师：完成时间：2010.12.26报告成绩：评阅意见：评阅教师日期中小功率应急电源系统设计一、前言社会发展越信息化、现代化，就越依赖于电，突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会的正常运转造成破坏。特别是对于一级负荷中特别重要的负荷，一旦事故中断供电，将会造成重大的政治影响或经济损失，然而电力故障突发性强，往往不以人们的意志为转移，因为无论供电部门管理得再严格，电网设施再先进，断电也在所难免。因此除正常的电网供电电源外，

2、还必须增设应急电源。常用的应急电源可有下列几种:a.独立于正常电源的发电机组；b.供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路；c.蓄电池供电的不间断电源(UPs)和应急电源。但多年来，运行经验表明，电气故障是无法限制在某个范围内部的，电力部门从未保证过不断电。因此，应急电源应是与电网在电气上独立的各种电源，即柴油发电机和蓄电池。其中蓄电池供电的有不间断电源装置(UPS)和允许短时电源中断的应急电源装置(EPS)两种。柴油发电机组至今已经有五、六十年的历史了，然而，随着社会的进步，需求的提高，这种传统的做法也暴露出许多的问题。如柴油机

3、发电机噪音大，排烟中含有有害气体，污染大气等。但是的它的发电容量大，在大容量的场合，依然有应用。UPS是不间断电源，但是它一般用于计算机、办公设备等场合，对环境要求比较高。鉴于上述的两种备用电源的局限性，EPS应用而生。EPS（EmergencyPowrSupply）全称应急电源供电系统。它在紧急的情况作为重要负荷的第二或第三电源供给，不同程度上替代UPS和柴油发电机组产品。逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，到目前为止它已经历了三个发

4、展阶段。第一代逆变电源的特点是采用晶闸管作为逆变器的开关器件，第二代逆变电源的特点是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件模块相继实用化，极大地推动了逆变电源的发展。第三代逆变电源的特点是采用了数字控制技术，使逆变电源的性能得到提高。数字技术的引入，使得第二代逆变电源对非线性负载的适应性不强以及动态性能不好的缺点到解决。1.1、设计内容⑴研究应急电源的主要拓扑结构⑵正确设计系统控制电路及各功能电路⑶对系统工作原理进行分析，完成主要程序流程图及关键程序的设计1.2、设计的基本要求对应急电源的系统结构及

5、具体性能进行综合比较研究，确定中小功率应用电源系统拓扑结构，设计一款输出功率为10KW等级的应急电源。1.3、设计目的通过解决实际问题，巩固和加深在专业课程中所学的理论知识，基本掌握单片机应用电路、电力电子技术等的一般设计方法，提高电路的设计和实验能力，加深对单片机软硬知识、电力电子器件及工作原理的理解。利用所学的专业理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高学生的综合应用能力。训练学生综合应用已学课程的基本知识，独立进行专业课程设计和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测和以单片机核心的电路设计

6、的基本方法和技术。通过设计，能培养学生综合运用其所学知识的能力、独立分析问题与解决问题的能力，能培养其创新意识与能力；学到许多实际设计与应用方面的基本知识与基本技能（如理论分析、实验与仿真研究、文献检索与阅读、计算机操作与语言文字表达等），为以后的工作打下良好的基础。二、中小功率（10KW）电源具体设计方案2.1问题分析中小功率应急电源在现代家庭、小型企业及银行等得到广泛应用,其发展也很迅速，本设计采用目前较为流行的主电路双向拓扑结构。2.2、总体设计思想与一般的EPS电路不同，主电路均采用双向拓扑。主电路原理框图如下：负载蓄电池组双

7、向DC/DC电路滤波电路双向PWM变换器AT89S52控制、检测、告警市电负载接触器其工作原理是:(1)当电网正常时，市电输入电压一路直接向负载供电，一路经双向pWM变流器全控整流后再由双向DC/DC电路降压，给蓄电池充电。(2)当电网出现故障时，接触器开关关断，切断负载与电网的连接，蓄电池放电，经双向DC/DC电路升压后，由双向PWM变流器逆变将直流电压转化成交流电压，供给负载。可见，双向PWM变流器，既可以实现市电正常时的整流和功率因数校正，也可以实现市电故障时的逆变;双向DC/DC电路，即可以实现在市电正常时的降压功能给蓄电池充

8、电，也可以实现市电故障时的升压功能。这样就简化了EPS电路结构，很好地解决了传统EPS电路的缺陷。2.3、中小功率电源的原理图如下：系统主电路图2.3.1、双向DC/DC变流器的工作原理双向DC/DC变流器由电感L，IG