静态不间断电源UPS的设计.docx

静态不间断电源UPS的设计
1课程设计要求及方案
1.1课程设计要求
UPS（UninterruptiblePowerSupply）是指当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时还能继续流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。
UPS能够克服电网电压存在的各种缺陷，为用户高可靠性和高供电质量的交流电源。UPS产品种类越来越齐全，包括几百VA小型UPS到数兆VA大型UPS；有单相UPS，也有三相UPS。
本次课程设计初始条件：
为了给重要设备提供不间断电源，UPS将市电整流通过逆变器或直接稳压后提供给负载供电，同时向机内蓄电池充电；当市电中断时，UPS立即将电池的电能通过逆变转换向负载供电。单相电源供电。
要求完成的主要任务:
器件选择及其工作原理。
控制系统主电路设计。
功率校正/补偿电路、驱动电路、保护电路辅助电路设计。
参数设计.
适用场合/系统举例（概述）。

课程设计方案
UPS应具备的特性：有不间断的供电能力、可靠性高；输出电压品质好；对电网的影响小；智能程度高；体积小、重量轻。
UPS一般分为以下四种类型:后备式(passivestandby)、双变换在线式(doubleconversiononline)、在线互动式(line-interactive)、Delta变换式。

图1.1在线式UPS系统框图
本次设计采用在线式UPS，其原理框图如图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供电，此时的UPS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立即将电池的电能通过逆变转换向负载供电，使负载维持正常工作。
图2.1为不间断电源装置组成框图，它由整流器（或PFC电路）、逆变电路、蓄电池组、交流滤波器、静态开关、旁路电源、备用电网（如油机）、整流器（或PFC电路）触发控制电路、逆变器触发控制电路、静态开关控制电路和辅助电路等组成。其中辅助电路又包括电压、频率、温度等的检测电路，辅助电源，启动和停止电路，显示电路，逆相和缺相检测电路，保护和报警电路等。

图2.1不间断电源装置组成框图
2蓄电池组的选择
2.1蓄电池的种类及其性能指标
蓄电池的基本功能:UPS的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性，供电时间能维持10分钟左右供电时间能维持10分钟左右。类型:HS型（经济型），AHH型（适合于低温工作），CS型（适用于长时间放电要求）M型（小型密封式）于长时间放电要求）；M型（小型密封式）。
蓄电池的基本性能指标：
(1)放电终止电压---表示电池不允许再放出电能时的电压，通常为1.75V/单格。
(2)放电率---表示放电至终止电压的电流大小或时间快慢。可用放电电流或放电时间表示。例：6Ah的蓄电池，以300mA恒流放电，经过20h后达到放电终止电压则放电率表示为03A放电率或20小时放电率。
(3)容量---放电电流与放电时间的乘积来表示，单位为安时(A·h)。例：12V/6Ah的20HR型蓄电池，表示蓄电池的标称电压为12V，标称容量为6Ah，既将此蓄电池以20h的放电率进行放电，放到终止电压105V时所测得的总安时数。
(4)放电电流---就是电池的输出电流，它除了用安培来表示外，通常也用电池的容量乘以某个系数来表示。如对于6.5A·h的电池，0.1C的放电电流的实际值为0.1×6.5=0.65A。
(5)自放电率---电池在不用时其内部放电电流,C/天

图2.1典型蓄电池充电电路
2.2UPS蓄电池容量的选择
当确定用户所需的UPS电源的额定输出功率，以及市电中断后所需的电池组的后备供电时间等运行参数后，结合蓄电池生产厂家给出的放电特征曲线，可以确定UPS应该配置的蓄电池标称容量，具体计算如下。
(1)计算蓄电池的最大放电电流。蓄电池的最大放电电流指当UPS工作在额定输出功率情况下，蓄电池电压下降到临界放电电压时的放电电流，可用下式估算：

式中P为UPS电源的标称输出功率；cosΦ为UPS电源的输出功率因数，一般取为0.8；η为逆变器效率，一般取0.88~0.94；为蓄电池组的临界放电电压（12V蓄电池的临界放电电压约为10V，2V临界放电电压约为1.67V）。
(2)根据蓄电池的工作温度和用户确定的蓄电池后备工作时间，查蓄电池的放电特性曲线表，可以得到电池组的放电速率值。
(3)由放电速率等于放电电流与蓄电池的标称容量的比值，可得蓄电池的标称容量。

3整流器设计
3.1整流器在UPS中的作用
整流器是UPS的重要组成部分，它具有两个主要功能：第一，将市电交流电转换为直流电，经滤波后供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压，可起到充电器的作用。
通常