ups系统中蓄电池充电的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文好，具有高度的灵活性和移植性，还可实现网络监控使电力电子装置真正智能化。1.2UPS的技术现状及发展UPS(UninterruptiblePowerSupply)即不间断电源，主要用于给计算机、计算机网络、精密仪器仪表、数据处理、自动化生产或其他电力电子等设备提供不间断电力供应。典型的UPS的结构图如图1.1所示，当市电输入正常时，UPS将市电整流通过逆变器或直接稳压后提供给负载使用，此时的UPS就是一台交流稳压器，同时向机内蓄电池充电；当市电发生中断时，UPS立即将蓄电池的电能通过逆变器向负载供电，使负载维持正常工作。随着科技的发展和社会的进步，信息处理量的加大等

2、，人们对用[2]电质量的要求越来越高，UPS的功能已经不仅仅是不中断供电，还要求高品质供电。输输SS2入整逆出U变流D变变交S1流公用电网电源压器器压（市电）器器CVCF负蓄载充电电池器组图1.1典型UPS结构图1.2.1UPS系统及分类UPS的分类方法很多：按输出波形分为方波、梯形波和正弦波；按有无机械运动分为动态UPS和静态UPS，动态UPS是依靠一个大飞轮存储的动能来维持不间断供电，静态UPS是以蓄电池储能，应用电力变换技术实现不间断供电；根据UPS的电路结构、不间断供电的方式及人们的习惯，UPS又分为后备式、在线互动式、双变换[3]在线式和双变换电压补偿在线式四种类型。（1）后备式

3、UPS后备式（Offline）UPS，又称离线式UPS，是静态UPS的最初形式，它是以市电供电为主的UPS，其工作原理如图1.2所示。2华中科技大学硕士学位论文滤波转换开关输入输出充电器电池逆变器市电正常市电故障图1.2后备式UPS系统框图当市电电压处于175～264V的正常值时，UPS首先通过低通滤波器对电网的高频干扰进行适当的衰减、抑制处理，然后分成两路去控制后级电路的正常运行。一路到充电器对UPS内的蓄电池组进行充电，另一路到交流旁路通道上的简单稳压电路（如变压器抽头调压式稳压电路），经过转换开关向负载供电（转换开关一般由小型快速继电器或接触器构成，转换时间为2～4ms），转换开关由

4、UPS逻辑控制电路控制，逆变器处于空载运行时不向外输出能量。当市电供电故障（如：市电电压低于175V或高于264V）或供电中断时，UPS将按下述方式运行：充电器停止工作，转换开关在切断交流旁路通道的同时将负载同逆变器输出端相连，逆变器将蓄电池中存储的备用直流电变换为50Hz/220V交流电，维持对负载的电能供应。根据负载要求，逆变器输出电压可设计成正弦波、方波或准方波。后备式UPS的优点是结构简单、可靠性高、效率高、成本低；缺点是供电波形质量较差、频率适应性差、市电转换逆变器工作转换时间较长（4～10ms）。一般后备式UPS功率多在2kVA以下。（2）双变换在线式UPS双变换在线式（onl

5、ine）UPS工作原理如图1.3所示，当市电正常时，由市电经AC/DC、DC/AC两次变换后给负载供电，故称它为双变换在线式UPS。当市电异常时，由蓄电池经过DC/AC变换供电，是一种以逆变器供电为主的形式。只有当逆变器发生故障时，才通过转换开关切换，将市电直接通过旁路给负载供电。图1.3说明它的工作过程。3华中科技大学硕士学位论文旁路市电输出滤波整流器逆变器开关充电器电池市电正常电池工作旁路工作图1.3双变换在线式UPS系统框图当市电正常时，输入经滤波后分成三路去控制后级电路：第一路通过整流器变换为直流电，再经充电器对蓄电池组进行充电；第二路经过整流器和大电容滤波变成较为平稳的直流电，再

6、由逆变器变换为稳压稳频的交流电，通过转换开关输送给负载；第三路是转换开关的控制，如果逆变器出现故障，在逻辑控制电路调控下，UPS转为市电直接给负载供电。当市电出现故障时（供电中断、电压过高或过低），UPS工作程序如下：关闭充电器，停止对蓄电池充电，逆变器改为由蓄电池供电，维持负载电能的连续性。双变换在线式UPS优点是：不论市电正常与否都由UPS的逆变器供电，系统供电质量好；市电转换到蓄电池供电可实现零切换时间。然而，它的功率传输要经过两次转换，系统效率低、成本高；整机以不控整流或晶闸管相控整流为主，输入功率因数较低，输入电流高次谐波可达30%，无功功率和谐波电流对电网的公害较大，不满足电源

7、绿色化的要求。DC/DC升压环节整流器DCBUSIGBT充电环节电池IGBT逆变器图1.4UPS高频机系统结构图随着高频技术和器件的发展，出现了双变换结构UPS高频机，系统结构框图如图1.4所示。输入先通过高频PWM整流成直流，去掉了输出变压器，大大降低了成本和系统的体积重量。这种电路可单独设计电池充电环节，电池配置灵活，从而提高4华中科技大学硕士学位论文了UPS的可靠性。解决了传统式UPS结构体积大、效率低和造价贵的问