UPS不间断电源毕业设计

摘 要

随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，国民经济、国防军工、政府部门的各个领域要保障计算机信息网络系统的安全、可靠运行，就离不开UPS不间断电源，这已成为信息业界乃至各行各业的共识。

根据UPS不间断供电的原理，本文以提高UPS的可靠性为基本点，从UPS电源装置的结构和形式来考虑其设计方案。整个UPS主电源装置由整流/充电器、逆变器、静态旁路、维修旁路等部分组成。整流/充电器(包括蓄电池)为UPS提供在线工作的能量输入；逆变器为UPS提供在线工作的高质量的稳压稳频的交流电输出；静态旁路为UPS在整流/充电器或者逆变器故障情况下提供旁路工作电源，逆变器供电和静态旁路供电之间可实现不间断供电切换；维修旁路为UPS定期检修或故障维修时提供旁路电源。

关键词： 不间断电源 电子技术

ABSTRACT

With the development of the computer technology, the network technology, communication technology, in all the fields of the national economy, national defense and war industry, government ministries, they must

I

depend on UPS (Uninterruptible Power System)

By the principle of UPS, this paper considers the design scheme from its structure and format for increasing its reliability. The main power device is made up of rectifier, charger, inverter, static bypass, maintenance bypass. Rectifier and charger (including storage battery) offer the energy input of UPS when it is online. Inverter offers the CVCF (Constant Voltage and Constant Frequency) AC output when UPS is online. Static bypass offers online bypass power supply when rectifier, charger, or inverter results in faults, and the switching between inverter and static bypass is not interruptible. Maintenance bypass offers bypass power supply when UPS needs repairing or Maintaining.

Keywords: UPS Control by microprocessor

Power Electronics Technology

II

目 录

第一章 概述????????????????????????1

1.1 UPS的发展??????????????????????1

1.1.1 UPS的发展历程????????????????? 1 1.1.2 UPS的发展前景????????????????? 3 1.2 本课题研究的目的和意义??????????????? 4 1.3 本课题的任务和要求????????????????? 5

1.3.1 本课题的任务??????????????????5 1.3.2 本课题的要求??????????????????5

第二章 系统整体设计方案??????????????????7

2.1 UPS电源不间断供电的原理???????????????7

2.1.1 负载间断供电的原因???????????????7 2.1.2 不间断供电的原理????????????????7 2.2 系统整体设计原理框图???????????????? 9 2.3 整流/充电器设计方案?????????????????9 2.4 逆变器设计方案???????????????????10 2.5 旁路电源设计方案??????????????????11 第三章 整流/充电器的设计?????????????????12

3.1 整流/充电器主回路设计??????????????? 12

3.1.1 整流变压器的设计??????????????? 13 3.1.2 直流滤波电抗器和滤波电解电容的设计?????? 14 3.1.3 主回路电路?????????????????? 15 3.2 整流/充电器控制设计???????????????? 16

3.2.1 微处理器与16位单片机????????????? 16 3.2.2 整流/充电器的微机控制系统???????????18 3.2.3 整流/充电器的控制软件设计???????????23

第四章 逆变器的设计??????????????????? 24

4.1 PWM逆变器的原理??????????????????24

I

4.1.1 逆变电路及其控制方式?????????????24 4.1.2 PWM逆变器的基本原理及PWM波的生成方法???? 26 4.2 UPS逆变器主回路设计????????????????29

4.2.1 PWM型三相桥式IGBT逆变电路?????????? 29 4.2.2 逆变器输出变压器和静态开关??????????33 4.2.3 逆变器主回路电路???????????????33 4.3 UPS逆变器控制电路设计???????????????34 第五章 UPS旁路电源设计????????????????? 44

5.1 静态旁路的基本原理???????????????? 44 5.2 切换与控制技术?????????????????? 44 5.3 UPS静态旁路主电路?????????????????46 5.4 维修旁路????????????????????? 47 第六章 UPS系统抗干扰设计???????????????? 48

6.1 干扰源?????????????????????? 48 6.2 干扰对UPS电源的影响????????????????48 6.3 EMC与抗干扰设计??????????????????49

6.3.1 EMC简介??????????????????? 49 6.3.2 抗干扰的方法?????????????????50 6.3.3 UPS电源抗干扰措施?????????????? 50

结论???????????????????????????53 致谢???????????????????????????55 参考文献???????????????????????? 56 附录：大功率UPS供电系统原理框图及各部分设计方案图

II

第一章 概 述

自从电子设备特别是计算机问世以来，电源问题一直是人们十分关心的问题。对于一些特殊位置的重要设备，人们不但关心其供电电源本身的性能指标，更注重供电电源的质量，即供电的稳定性和不间断性。因为这些设备的电源一旦出现不稳定或者消失，就将造成非常大的损失，甚至无可挽回的损失。所幸的是不间断电源UPS(Uninterruptible Power System)的出现，为解决这个问题提供了广阔的前景。

1.1 UPS的发展

1.1.1 UPS的发展历程

最初的UPS是本世纪六十年代初由旋转电动机供应能量的动态UPS，即不间断是靠动能维持。这种早期UPS的输出稳定是靠惯性飞轮对短时间电压突变和干扰无反应；不间断性是靠断电后飞轮的惯性延长供电时间。当然这种UPS的后备时间是很短的(一般不超过5秒)，于是人们开始使用备用蓄电池组，这是早期UPS的典型结构，框图如图1-1所示。这样的UPS虽然可以靠增大蓄电池容量来延长后备时间，但转换效率低，于是出现了内燃式UPS系统，这种UPS靠内燃机提供断电后的能量。动态UPS设备庞大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。

市电 整流器 直流电动机 交流发电机 设备 蓄电池 图1-1 早期UPS典型框图

随着电力电子学(功率电子学)的发展，为实现大功率的电能转换，于是出现了静态UPS，它的主电路和控制电路均采用半导体器件，它也是目前绝大多数概念中的UPS，其典型框图如图1-2所示。其基本原理是：市电输入经整流器将交流电变成直流电，一方面给蓄电池组充电，另一方面为逆变器提供能量，再将直流电变成交流电经转换开关送到负载；当逆变器

1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n1c2.html