电力电子课程设计--在线式UPS的设计

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1、辽宁工程技术大学课程设计引言UPS分为动态UPS和静态式UPS，静态式UPS又分为在线式、后备式和三端口式。UPS-10kVA是三相输入单相输出、额定功率为10kVA的在线工式UPS。它采用了近年来推出的新器件：IGBT模块、EXB841驱动器、SigmaPWM-1300L正弦发生器，其外接蓄电池箱可按用户的要求自主增减蓄电池的组的组数，为UPS的长延时垫定了硬件基础。在线式UPS不论是市电供电还是断电由电池供电，总是通过逆变系统提供电力，因而市电停电或来电时无任何转换间断，市电的干扰也完全不影响到UPS的输出端。另外，在线式UPS提供的电力为纯净的正弦波交流电，

2、适用的负载范围宽，可以为多种精密用电设备提供稳定的不间断电源。在线式UPS由于其工作方式是先对电池充电，然后再由逆变器将电池的电能逆变成交流，因此在电能的转化过程中有一部分电能将被损失掉，一般在线式UPS的电源效率在90%以下。在线式UPS的优点在于它的零转换时间以及高质量的输出电源品质，因此它更适合于一些关键性的应用场合。13辽宁工程技术大学课程设计1主回路简介1.1主回路电路原理主电路的功能是将非标准正弦波电压变换为标准正弦波电压。它主要由输入滤波器三相电源变压器三相不控整流桥滤波电容限浪涌电阻阻容吸收装置单相倍频逆变桥输出变压器低通滤波器及输出滤波器组成，其

3、组成框图如图1-1所示，其主电路如图1-2所示。主电路转换开关驱动电路SPWM跟踪倍频保护电路辅助电路测量电路调整电路充电电路市电E213图1-1UPS组成框图图1-2主电路图13辽宁工程技术大学课程设计2主电路参数设计2.1输入滤波器（，）输入滤波器由滤波电感滤波电容组成。市电由于受各种干扰信号的影响,其正弦波电压中包含有多种干扰信号。输入滤波器的功能就是滤除这些干扰信号，使正弦波形光滑、稳定。2.2三相电源变压器（）三相电源变压器的功能是：隔离：将UPS与市电隔离。变换：将220V变换为110V。2.3三相不控整流桥（）三相不控整流桥（）由三块整流管模块构成，

4、它的功能是将三相交流电压变换为单向脉动直流电压。其输出电压平均值近似由式（1-1）决定：（2-1）2.4滤波电容器（）滤波电容器由三只电解电容并联而成，每只电解电容器的容量为。滤波电容器具有多重作用。2.4.1滤波滤波电容器滤掉整流电压中的交流成分。剩余交流成分可以作如下近似计算。滤波电容两端并联等效载电阻为：（2-2）为（2-3）在条件下，纹波系数r为：（2-4）等效负载两端的交流分量为：13辽宁工程技术大学课程设计（2-5）2.4.2保持输出市电突然中断时，三相不控整流桥输出电压为零，但是电容器电压不能突变。电容器两端电压由整流输出电压下降到蓄电池电压，整个放

5、电过程所释放出的能量为：（2-6）电容器出的电能用于维持UPS输出功率为P,则维持输出时间为:（2-7）2.4.3抑制噪声滤波电容器介于三相不控整流桥与单相倍频逆变器之间.它既能阻止电网噪声通过单相倍频逆变传到负载,又能防止单相倍频逆变桥自身产生的噪声传到电网.2.5限浪涌电阻UPS启动时,滤波电容器两端电压为零,充电电流很大.这样大的充电电流很容易损坏滤波电容器及整流管模块,为此特设置限浪涌电阻,以限制过大充电晾,随着两端电压升高,充电电流逐渐减小,限浪涌电阻就不宜我期存在,因为其一方面消耗大量电能,另一方面还会造成UPS工作茧自缚时的入不敷出端直流电压下降.故

6、UPS延时一段时间,继电器J的常开接点闭全,限浪涌电阻被短路.2.6.单相倍频逆变桥单相倍频逆变桥的功能是将直流电压或变成单相正弦脉宽电压.它由四块IGBT模块构成,输入端接整流器(蓄电池)输出端,输出端通过输出变压器、型滤波器、输出滤波器接到负载.IGBT模块的栅极分别接驱动脉冲,其波形如图2-1所示.13辽宁工程技术大学课程设计图2-1驱动脉冲波形图(1)在期间与为，与为，与导通，与截止，变压器初级电流沿着路径流动，故（2-8）（2-9）(2)在期间与为，与为，截止，变压器初级电流沿着流动，将变压器中存储的能量消耗在电路电阻中。由于、导通，变压器的1、2端被短

7、路，故（2-10）（2-11）期间重复上述过程13辽宁工程技术大学课程设计（3）在期间与为，与为，与导通，变压器初级电流沿着路径流动，（2-12）（2-13）（4）在期间与为，与为，截止，变压器初级电流沿着流动，将变压器中存储的能量消耗在电路电阻中。由于、导通，变压器的1、2端被短路，故（2-14）（2-15）由图看出：输出电压是正弦脉冲调制波。输出电压的频率是驱动脉冲—的频率的两倍。对输出电压进行傅式级数展开，输出电压基波分量为：（2-16）输出电压最低次谐波的频率为：。其中，为载频，它是驱动脉冲频率的两倍；为调频，一般为50Hz。2.7电力电子模块的主要参数（

8、2-17）