三相40KVA UPS电源初步设计116

辽 宁 工 业 大 学

电力电子技术课程设计（论文）

题目：三相40KVA UPS电源初步设计

院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气084 学 号： 080303116 学生姓名： 黄长清 指导教师： （签字） 起止时间：2010-12-27至2011-1-7

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）

课程设计（论文）报告的内容及其文本格式

1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：

①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等） ②设计(论文)任务及评语

③中文摘要 （黑体小二，居中，不少于200字） ④目录

⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） ⑥参考文献

2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字3、封面格式

4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式

①标题“目录”（小二号、黑体、居中） ②章标题（小四号字、黑体、居左） ③节标题（小四号字、宋体） ④页码（小四号字、宋体、居右） 6、正文格式

①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；

②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；

③行距：20磅行距；

④页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式

①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。 ②示例：（五号宋体）

期刊类：[序号]作者1,作者2,??作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次. 图书类：[序号]作者1,作者2,??作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.

周数。

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室： 电气工程及其自动化 学 号 课程设计（论文）题目 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能 为了满足一些重要用电设备的连续供电，先将交流电直流成直流电，一路给蓄电池充电，一路经逆变器变成恒压恒频的交流电。 设计任务 课1、方案的经济技术论证。2、整流滤波电路设计。3、逆变电路设计。4、程通过计算选择器件的具体型号。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。设7、完成4000字左右说明书。 计要求 （论1、 1、文字在4000字左右。 文2、 2、文中的理论分析与计算要正确。 ）任3、 3、文中的图表工整、规范。 4、元器件的选择符合要求。 务技术参数 1、输入三相交流电380V。2、输出电压交流三相380V恒定。3、输出交流电频率恒定50HZ。4、输出容量不小于40kVA。5、市电断电后工作时间不小于10分钟。 第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：整流电进度路设计；第5天：逆变电路设计；第6天：驱动电路设计；第7天：元器件具计体选择；第8天：蓄电池容量确定及选择；第9天：总结并撰写说明书；第10划天：答辩 指导 教 师平时： 论文质量： 答辩： 评语 及总成绩： 指导教师签字： 成 绩 年 月 日 三相40KVA UPS电源初步设计 080303116 学生姓名 黄长清 专业班级 电气084 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

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摘 要

市电并不是稳定的，它存在着很多电能质量的问题，例如电压涌浪、高压尖脉冲、暂态过电压、硬件老化等相对较轻的不良影响，也可以导致数据完全丢失或主板烧毁等较大事故。所以计算机必须采用UPS供电。UPS可以改善市电的供电质量，保护计算机稳定可靠地运行。

本文设计的UPS电源包括整流器、蓄电池、逆变器和开关电源。在电网电压工作正常时给负载供电，先将交流电整流成直流电，而且，同时给储能电池充电； 当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池供给负载所需电源，从而实现逆变器逆变成恒压恒频的交流电，最终维持正常的生产。

关键词：突发停电；整流；逆变；维持正常；

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目 录

第1章 论绪 ......................................................... 1

1.1 UPS电源概况及发展 ........................................... 1 1.2 本文研究内容 ................................................. 2 第二章 UPS电源电路设计 ............................................. 3

2.1 UPS总体设计方案。 ........................................... 3 2.2 具体电路设计 ................................................. 3

2.2.1 整流电路 ............................................. 3 2.2.2 逆变电路 ............................................. 5 2.2.3 控制设计 ............................................ 7 2.2.4 保护电路设计 ......................................... 8 2.3元器件型号选择 .............................................. 10 2.4系统调试或仿真、数据分析 .................................... 14

2.4．1 UPS逆变器的重复控制器参数的仿真分析 ................ 14 2.4．2 Q取常数 ............................................ 15 2.4. 3 Q取低通滤波器 ...................................... 16 第3章 课程设计总结 ............................................. 18 参考文献 ........................................................... 19

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第1章 论绪

1.1 UPS电源概况及发展

结合设计概括发展技术

UPS ( UninterruptedPower Supply ) 又称不间断电源,它通常被置于市电电网和用电负载之间,其目的是改善对负载的供电质量,并在市电故障时,保证负载设备的正常运行.随着现代工业的发展,供电网络的负载越来越复杂,特别是大型用电设备的启动和停止,大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变 [26] .另外,自然界的雷电,电网的接地不良等因素均影响到电网的供电质量.由于以上因素的影响,可能会导致接在电网上的计算机设备,包括通信﹑医疗﹑金融﹑武器控制等精密的仪器设备发生失控﹑丢失数据﹑停机﹑损坏等严重后果,直接影响用户的正常工作,造成严重的经济损失.随着现代网络技术和信息产业的进一步发展,供电中断所带来的损失的也变的越来越严重. UPS 就是为了解决供电系统存在的问题 应运而生的,至今已经历了几十年的发展历程. UPS 不仅使供电无中断,而且还具有稳定输出电压和抗干扰等功能.

1.1 UPS 不间断电源的发展方向

UPS 不间断电源技术包括电源变换技术、电源冗余技术、蓄电池发展技术等.近年来,一些新技术的发展和一些特性优良的新元器件的出现,促进了 UPS 的发展. UPS 的发展方向主要有以下几点 ： 1绿色 UPS

所谓绿色 UPS 就是高效率、低噪音、低污染和低辐射的 UPS .就是尽量减少非工作器件的能耗和自动调节耗能器件的工作,减少噪音的发生和电磁辐射的产生,减小污染除了减小对周围环境的污染外,还应减少 UPS 对供电网络的谐波污染.因而减小 UPS 对电网的谐波“污染”变得越来越被重视,同时提高电能的使用效率也非常重 2 网络化、智能化、自动化

网络时代的 UPS 产品已经由独立的外设产品发展成为整个计算机和网络系统不分割的一部分,除了要求其产品可以方便地接入网络和计算机外,有些还要求能够与网络和计算机之间进行双向数据通讯.由于微处理器技术的应用, UPS 系统实现了智能化.智能化 UPS 一方面实现了设备运行过程中自我状态的监控,对一些故障现象进行预处理,使其始终平稳可靠运行;另一方面实现了计算机和网络与 UPS 之间的双向数据通讯,用户可以在计算机和网络中的各个节点上实现监视可控制 UPS 电源的运行状态.自动化是指 UPS 电源自动完成的一些自我检测,无需人工干预的 UPS 自动

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化是实现网络化和保证系统高可靠性的重要因素. 3 高频化

随着 PWM 理论和电子元器件的工作的上限频率的提高,使许多模块的工作频率提高,大大的减少了供电设备的体积和重量.计算机的快速发展必定会对 UPS 提出更高的要求,开发高性能、高质量的 UPS 是时代的趋势. 4 数字化

随着 DSP 芯片的发展使的各种高性能的先进控制算法得以实现,使 UPS 电源的数字化程度越来越高,这不但减轻了 UPS 的重量,而且可以增加 UPS 的抗干扰性 和稳定性.

5 并机运行和冗余技术

以往的 UPS 多为单机运行,随着包括计算机在内的电子设备的应用数量的增加和应用场合的重要性的提高,几百 KVA 的容量已经不能支持众多的设备用电,而一次性购置昂贵的大功率产品显然不是最佳方案,因此模块化的小功率产品将逐步取代笨重的大功率产品,这被认为是 UPS 系统发展的一个方向.多个小功率产品采用并联技术连接后实现并机运行,可以方便灵活地配置整个电源系统的容量.并联不一定是冗余的,并联是为了增容,而冗余系统是为了提高可靠性,为保证系统的高稳定性和高可用性,通过多台 UPS 设备并机运行实现电源容量的冗余也是 UPS 系统配置的一种趋势.总而言之, UPS 电源随着电子器件的进一步发展, UPS 将向小型化、高效率、高可靠性方向发展,而网络智能化 UPS 技术和全数字化 UPS 技术的出现,不仅提供完全可靠的网络电源管理,也为节能、环保提供了一种最佳的解决方案.所以 UPS 电源技术总的发展趋势是逐步向小型网络智能化和全数字方向发展.随着科学技术的进步, UPS 电源技术在不久的将来会开辟一个更新的领域.

1.2 本文研究内容

随着计算机应用的需要, UPS 在稳定的同时,逐渐向两边发展.从输出功率来看,大的到几十 KVA 甚至更高,一般在电信、金融、运输、公共事业单位中得到使用;小至 10W ,一般在网络线路的有源部件中使用,以保障网络的正常运行.

由于大功率 UPS 的应用越来越广,需求越来越大,而且技术难度大,因此研究三相大功率 UPS 具有广泛的应用前景和普遍的现实意义.逆变器是 UPS 的核心,必须具有输出高质量电压波形的能力.逆变电源的输出波形控制技术是建立在工业电子技术、半导体技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制 ( PWM )技术、磁性材料等学科基础上的一门实用技术.本课题主要研究三相大功率 UPS的整流和逆变系统.

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第二章 UPS电源电路设计

2.1 UPS总体设计方案

旁路 市电 输出 充电器 电池 滤波 整流器 逆变器 开关

图2.1 UPS电源总体框图

当市电正常380VAC时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的380Vac交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。

2.2 具体电路设计

2.2.1 整流电路

图2.2 三相桥式整流电路

三相桥式全控整流电路相当于一组共阴极的三相半波和一组共阳极的三相半波

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可控整流电路串联起来构成的。习惯上将晶闸管按照其导通顺序编号，共阴极的一组为VT1、VT3和VT5，共阳极的一组为VT2、VT4和VT6。其电路如上图所示。 ，可以像分析三相半波可控整流电路一样，先分析若是不可控整流电路的情况，即把晶闸管都换成二极管，这种情况相当于可控整流电路的

时的情况。即要求

共阴极的一组晶闸管要在自然换相点1、3、5点换相，而共阳极的一组晶闸管则会在自然换相点2、4、6点换相。因此，对于可控整流电路，就要求触发电路在三相电源相电压正半周的1、3、5点的位置给晶闸管VT1、VT3和VT5送出触发脉冲，而在三相电源相电压负半周的2、4、6点的位置给晶闸管VT2、VT4和VT6送出触发脉冲，且在任意时刻共阴极组和共阳极组的晶闸管中都各有一只晶闸管导通，这样在负载中才能有电流通过，负载上得到的电压是某一线电压。其波形如图8.30所示。为便于分析，可以将一个周期分成6个区间，每个区间 60°, 需要特别说明的是，三相桥式全控整流电路要保证任何时候都有两只晶闸管导通，这样才能形成向负载供电的回路，并且是共阴极和共阳极组成各一个，不能为同一组的晶闸管。所以，在此电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路能正常工作，就需要保证同时触发应导通的两只晶闸管，即要同时保证两只晶闸管都有触发脉冲。一般可以采用两种方式：一是采用单宽脉冲触发，即脉冲宽度大于60°，小于120°，一般取80°-120°，如下图中的 ，这样可以保证在第二个脉冲 宽脉冲没有画出。

来的时候，前一个脉冲

还没有消失，这样

，其他五个

两只晶闸管VT1和VT2会同时有脉冲，因篇幅有限，在下图中画出了

图2.3 三相桥式全控整流电路触发脉冲

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一种脉冲形式是采用双窄脉冲，即要求本相的触发电路在送出本相的触发脉冲时，给前一相补发一个辅助脉冲，两个脉冲相位相差60°，脉宽一般是20°-30°如上图中，在给晶闸管VT3送出脉冲

的同时，又给晶闸管VT2补发了一个辅助冲

。

虽然双窄脉冲的电路比较复杂，但其要求的触发电路的输出功率小，可以减小脉冲变压器的体积。而单宽脉冲触发方式虽然可以少一半脉冲输出，但为了不使脉冲变压器饱和，其铁心体积要做得大一些，绕组的匝数也要多，因而漏电感增大，导致输出的脉冲前沿不陡，这样对于多个晶闸管串联时是不利的。虽然可以利用增加去磁绕组的办法来改善这一情况，但这样又会使装置复杂化。所以两种触发方式中常选用的是双窄脉冲触发方式。

2.2.2 逆变电路

图2.4 三相桥式逆变电路

三相桥式逆变电路如图2.4所示，图中应用GTO作为逆变开关，也可用其它全控型器件构成逆变器，若用晶闸管时，还应有强迫换流电路。

从电路结构上看，如果把三相负载看成三相整流变压器的三个绕组，那么三相桥式逆变电路犹如三相桥式可控整流电路与三相二极管整流电路的反并联，其中可控电路用来实现直流到交流的逆变，不可控电路为感性负载电流提供续流回路，完成无功能量的续流和反馈，因此D1～D6称为续流二极管或反馈二极管。

在三相桥式逆变电路中，各管的导通次序同整流电路一样，也是T1、T2、T3??T6、T1??各管的触发信号依次互差60?。根据各管的导通时间可以分为180? 导通型和120?导通型两种工作方式，在180?导通型的逆变电路中，任意瞬间都有三只管子导通，各管导通时间为180?，同一桥臂中上下两只管子轮流导通，称为互补管。在120?导通型逆变电路中，各管导通120?，任意瞬间只有不同相的两只管子导通，同一桥臂中的两只管子不是瞬时互补导通，而是有60?的间隙时间，当某相中没有逆变管导通时，其感性电流经该相中的二极管流通。

逆变器负载为感性时，必须有续流二极管，如图2.4中的D1～D6所示。此时负

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载电流的波形可以根据电压波形的阶跃变化，由相应升降的指数曲线定性地绘出，A相负载电流波形如图2.5所示，图中阴影部分为续流二极管中的电流。只有当续流二极管电流降为零时，A相的负载电流才开始经T4形成反向电流。同理B相和C相电流比A相电流分别滞后120?和240?。

2.5 感性负载电流波形

直流输入电流波形如图2.5所示，它由直流分量和周期为60?的交流分量组成，每段电流波形可由正极或负极上仅有一个管子导通时的管子电流决定。

如果负载电流滞后角超过60?，电流波形如图2.6所示，图的上方为各晶闸管的触发情况，图中电流曲线旁注明的是各管的实际导通情况。由图可见，在直流环节电压极性不变的电压型逆变器中，在感性负载下续流二极管是必不可少的，它既能提供感性负载电流的通路，避免过电压的出现，又可减小输入电流，改善逆变器的效率。

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图2.6直流输入电流波形

2.2.3 控制设计

图2 .7直流旁路的三相无逆变UPS电路

本设计采用的是直流旁路的无逆变器UPS的电路，这种UPS的直流旁路电路直流电压为300V，蓄电池的直流电压为252V。当由蓄电池供电切换到直流旁路供电时，先关断静态开关2的触发脉冲，然后再触发导通静态开关1，用旁路开关的直流大雅

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大于蓄电池的直流电压使静态开关2关闭，这样将使切换控制电路更简单，省去了市电电压正半周德检测电路。

2.2.4 保护电路设计

普通的用户会认为，UPS的负载能力越大，对电脑的保护效果会越好，于是在购买时选用了高价格高负载能力的产品。而用户在实际应用时的负载只是UPS额定的30%甚至更少，其实这样亦会影响到UPS的使用寿命，毕竟其所带的电池组很多时候都不能完全正常地进行工作。当然也不是说100%的额定负载是最好的，如果这样，UPS出现任何小问题都会造成很大的损坏，实际操作表明选择50%~80%的负载为最佳。

尽量不接电感性负载。因为电感性负载的启动电流往往会超过额定电流的3－4倍，这样就会引起UPS的瞬时超载。影响UPS的寿命。电感性负载包括夏天常用的空调、冰箱等带线圈的设备。

不宜满载或过度轻载。不要按照UPS的额定功率去使用它，不要认为空着的接口不应该闲着而连接其他电器。长期满载状态将直接影响UPS的使命。

现代电力变换装置均采用大功率半导体开关器件，其所能承受的电流过载能力相对于旋转变流装置要低得多，如IGBT一般只能承受几十个μs甚至几个μs的过载电流，一旦短路发生就要求保护电路能在尽可能短的时间内关断开关器件，切断短路电流，使开关器件不致于因过流而损坏。但是，在短路情况下迅速关断开关器件，将导致负载电流下降过快而产生过大的di/dt，由于引线电感和漏感的存在，过大的di/dt将产生很高的过电压，而使开关器件面临过压击穿的危险。对于IGBT，过高的电压又可能导致器件内部产生擎住效应失控而损坏器件。因此，必须综合考虑和设计电力变换装置短路保护，以确保电流保护的有效性。

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图 2.8 保护电路图

主电路的过电压保护

抑制过电压的方法：用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。

对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。电路图如下

图2.9 过电压保护

晶闸管的过电压保护

晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。

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如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。

对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图

2.10 晶闸管的过电压保护

常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。

快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。

因此，最佳方案是用快速熔断器保护。如图2.11

图2.11 晶闸管过电流保护

2.3元器件型号选择

一、选择UPS的选型

UPS的功率大小由几个因素决定，1、负载功率的大小，一般情况下UPS的功率

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是负载功率除以0.8的大小，但为了保障UPS最佳工作状态，一般是除以0.6；

2、负载类型，如果是一般的电脑选用后备式的UPS电源就足够，数据重要或一些高端的UPS应用就得用在线式的，如果是感性负载（如：打印机、复印机）那么要选择工频UPS电源。

二、电池容量的选择

容量的计算标准工式如下： 计算蓄电池的最大放电电流值： I最大=Pcosф/（η*E临界*N） 注：P → UPS电源的标称输出功率

cosф → UPS电源的输出功率因数（UPS一般为0.8）

η → UPS逆变器的效率，一般为0.88~0.94（实际计算中可以取0.9） E临界 → 蓄电池组的临界放电电压（12V电池约为10.5V，2V电池约为1.7V）

N →每组电池的数量根据所选的蓄电池组的后备时间，查出所需的电池组的放电速率值C，然后根据：

所以根据上述求三相40KVA UPS电源延迟十分钟的电池组的标称容量和电池组的总容量

最大放电电流1128A=标称功率40000VA×0.8÷（0.9效率*30节*10.5V每节电池放电电压）

电池组的标称容量=1128÷1.52C=742AH

电池组的总容量=742AH×30节×12V=267335AH需要用电池150AH30节6组电池柜6个尺寸800*900*2000300KVA UPS尺寸为1800*1250*1800 整流电路部分：晶闸管参数：保证电流连续的最小电感：L= U 2 =0.693（mH）

I1minId晶闸管的电流有效值：IVT=

3

晶闸管通态平均电流：Ia= IVT1.57

晶闸管的电流值：Id?KIa 变压器参数： 变压器二次侧电流：I2 ?

变压器原边电流： I1?2Id3U2I2U1根据逆变电路可求出整流输出电路的输出电压和输出电流，

UOIO3311

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??输出电压Uo= = 73.33V, 输出电流Io= =17.49A

根据三相桥式求法可以求得

IT17.49I??晶闸管通态平均电流 a1.571.57?11.14A晶闸管的电流有效值： ?Id?17.49?10.10AI VT33

变压器二次侧电流： I2?2Id?2*17.49?14.28A33

变压器二次侧电压：U2?2.34U2cos??2.34*73.33?171.59V

U2I2171.59*14.28??6..448A变压器原边电流： U1380171.59U2保证电流连续的最小电感：L= = ? 26.61mH

6.448I1min这样既可确定各器件的选择。

I1?表2.3 二极管型号表

二极管型号

IN4002 IN4003 IN4004 IN4005 IN4006 IN5392 IN5393 IN5394 IN5395 IN5396 IN5397 IN5398 RL152 RL153 RL154 RL155 RL156 RL157

最高反向峰值电压（V）

100 200 400 600 800 100 200 300 400 500 600 800 100 200 400 600 800 1000

平均整流电流（A） 最大峰值浪涌电（A）

1 1 1 1 1 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

12

30 30 30 30 30 50 50 50 50 50 50 50 60 60 60 60 60 60

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RL202 RL203 RL204 RL205 RL206 2A02 2A03 2A04 2A05 2A06 RY252 RY253 RY254 IN5402 IN5403 IN5404 IN5405 IN5406 IN5407

100 200 400 600 800 100 200 400 600 800 400 600 800 100 150 200 400 600 800

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3

70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 150 150 150 200 200 200 200 200 200

整流二极管的选取：

二极管的电压额定值： URRM?UAC*2*Kv*?V

其中Kv为电压波形系数，?V为安全系数

I二极管的电流额定值：I F??DDM1.57开关器件的选择:

电压额定值：UCFP?(ED?P??UCE)?D 电流额定值: IC?2I0

设计要求UPS电源的功率S=40KVA 输出交流电压Uo=380V

3* 10则可以计算出 Io= S = 40 =60.77A

3UO3*380根据二极管的电压额定公式可求出，二极管的额定电压值，并确定二极管的选取

URRM?UAC*2*Kv*?V?380*2*1.1*2?1182V

根据二极管的电流额定公式可求出，二极管的额定电流值，并确定二极管的选取

IF??DIDM52.84?1.5*?50.48A1.571.5713

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IGBT的选取：Uces=（2~3）6U2=（2~3）*6*171.59V=594.39~891.58V

根据所求参数确定相应器件的选取

表2.4 电流互感器的选择…. 型号 参数 额定通态平均电流/A 断态重复峰值电压/V 反向重复峰值电压/V 维持电流/mA 门极触发电压/V 门极触发电流/mA 门极最大允许正向电压/V 3CT1 1 3CT3 3 30~3000 30~3000 40 3.5 50 10 3CT5 5 30~3000 30~3000 40 3.5 50 10 3CT10 10 3CT20 20 30~3000 30~3000 20 2.5 20 10 30~3000 30~3000 30~3000 30~3000 60 3.5 70 10 60 3.5 70 10 2.4系统调试或仿真、数据分析

2.4．1 UPS逆变器的重复控制器参数的仿真分析

可以发现重复控制器中，Q是一个关键的设计参数。取Q的方法有两种： 1)取Q为一个小于且接近于1的常数，这是为了保证krzkPS在高频时仍在以Q为圆心的单位圆内。

2)取Q为一个低通滤波器，则在krzkPS往左半平面移的时候，Q跟着往左移。 可以对照图2.12和2.13（低通Q的幅相频曲线）看出来。

图2.12 Q, kzPS的幅相曲线

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图2.13 低通Q的幅相曲线

2.4．2 Q取常数

在仿真中，已设计好的模型取Q为一组常数，其稳态误差与收敛时间列于表1。研究对比Q=0.95，0.9的稳态误差及收敛时间可知：由于Q=0.9的H值小于Q=0.95的H值(见图2.14)，所以Q=0.9的收敛速度略大于Q=0.95的收敛速度。但是稳态误

1?Q1?Q1?Q差的大小 却决定于 ，观察 的波特图（见图2.15），Q=0.95 的值

1?H1?H1?H明显小于Q=0.9时的值，这就导致前者的误差小于后者的误差。因此，在设计中，收敛速度与收敛精度是需要互相权衡的两个量。在本系统仿真中，所取的众多常值中，Q=0.98的稳态误差最小。

图2.14 Q=0.95，0.9时的H波特图

图2 . 15 Q=0.95，0.9时的 1 ? Q 波特图

1?H15

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2.4. 3 Q取低通滤波器

Q取作低通滤波器时，若设Q的分子为num(Q)

Num(Q)=anzm +an?1zm?1+??+a0+??+am?1z?|m?1|+amz?m，

2am+2an?1+??+a0-10） 由于z=ejwT =cos(wT)+jsin(wT),代入num(Q)(其中T为采样中期)：

num(Q)=2amcos(wT)+2am?1cos(m-1)wT+??+a0

分母为den(Q)，所以Q为一实数,其相位在0与π之间跳变，但在设计中，应把Q设为恒正量，这样就无须对它进行额外的相位补偿；且在中低频时，Q的增益略大于1，同时它的幅频曲线周期性地出现一个波谷，这个波谷所对应的频率的位置，可人为地通过改变各项系数加以调整，设计中把第一个波谷设在高频

2?1?2z?4z?8?4z?z仿真中，首先取Q= ，令z= ejwT ,则

18处，并与krzkPS迅速衰减处的高频相对应。

num(Q)=2cos2wT+8coswT+8

dwdnum(Q 令 )=0，可求得 w=kπ/T, 所以第一个波谷

Q取作常数时更小得多(参见图11)，这是因为低通Q实现了更好的跟踪krzkPS轨迹的效果，尤其是在高频的时候。比较图2.16,图2.17中H的幅相频曲线上可以很清楚 地反映不同Q跟踪krzkPS的过程。

图2.16 Q为低通滤波器 图2.17 Q为低通滤波器

的误差 Den(Q=18) 的误差 Den(Q=17.4)

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图2.18 H幅相频曲线 图2.19 H幅相频曲线

（Q为常数） （Q为低通滤波器）

当适当调整den(Q)，系统的稳态误差也跟着变动，而且调到适当位置，稳态误差将被降得很小。图2.45中den(Q)=18，图2.46中den(Q)=17.4时，而稳态误差图

1?Q（见图2.19），虽12明显小于图11。绘出den(Q)=17.4，18时的的波特图 然den(Q)=18在中低频段比den(Q)=17.4的幅值小，但den(Q)=17.4在103－104间有一个波谷，在该处的幅值比den(Q)=18小得多，所以其总体效果要比den(Q)=18好。

1?HQ图2.19 den(Q)=18，17.4时的 1 ? 波特图

1?H17

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第3章 课程设计总结 课设过程中参考文章中介绍的电路类型繁多。我根据自己题目的需要设计制作了一款40KVA UPS电源。课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我自学、查阅搜集资料的能力；再有，课程设计过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。它是对我们综合性训练，培养我运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题。在课程设计的过程中我充分的运用老师讲的课本知识，及去图书馆查阅文献资料，培养了我独立分析和解决实际问题的能力，我进一步熟悉和掌握了常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。学会电子电路的安装与调试技能，进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。经历了这次课程设计，不仅对我的学习提供了帮助，而且在意志力方面也得到了锻炼。没有足够的耐力和信心就很难坚持对课程设计每一步的顺利进行。

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参考文献

[1] 王兆安主编.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003 [2] 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出版社, 2002

[3] 孟志强主编.电力电子技术.晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法,

2003.6

[4] 吕宏主编.电力电子技术.感应加热电源的PWM-PFM控制方法, 2003.1 [5] 吴雷主编.电力电子技术.基于DSP大功率中频感应焊机的研究, 2003.4

[6] 李金刚主编..电力电子技术.基于DSP感应加热电源频率跟踪控制的实现,

2003.4

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