三相10KVAUPS电源初步设计
15页1、三相10KVA USP电源初步设计第一章 绪 论1.1 电力电子技术概况电力电子技术有广泛的应用,其中UPS是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源。当市电正常时,UPS将市电稳压或稳压、稳频后供负载使用,同时向机内电池 充电;当市电中断时(异常时),UPS立即在4-10ms内或“零”中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力,使负载维持正常的工作,以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。从原理上来说,UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备; 从功能上来说,UPS可以在市电出现异常时,有效地净化市电;还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电,使你能有充裕的时间应付; 从用途上来说,随着信息化社会的来临,UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节,其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。不间断电源 (UPS) 在将关键负载(例如计算机、通信系统、医疗/生命支持系统和工业控制)连接至公共电网方面扮演着重要角色。它们旨在为主要处于任何正常或异常实用电源条件下的负载提供清
2、洁、持续的电源。在各种 UPS 拓扑或配置中,在线 UPS,也称为反向器首选 UPS,可为负载提供最佳的线路调节性能和最强大的保护以防止出现公共电源问题。它可以在多条输入线路条件下提供稳定的正弦输出电压。从公共电力线获得电源后,它将保持正弦输入电流处于高输入功率因素。这些增强的输入/输出特性使在线 UPS 成为许多应用领域中的理想解决方案。但是,由于使用多个电源转换级和相关的模拟控制器,在线 UPS 从传统意义上说已经成为最复杂和最昂贵的系统类型。除模拟控制器之外,在线设计还需要使用低端微控制器以提供与主机计算机的简便连接,以便建立交互式通信并对系统进行适当监控。这些基于多个模拟和数字控制器的设计导致组件集成度降低和系统成本增加。可以用于实现高度集成的高性能微控制器现已推出,但是它们未必能提供经济高效的解决方案。当今的低成本、高性能 DSP 控制器。其中包括:模数转换器 (ADC)、PWM 输出、定时器、保护电路、串行通信和其它功能。这些部件的高 CPU 带宽 和集成电力电子外设使实现在线 UPS 的全面数字控制成为可能。包括作为指令的乘法累加 (MAC),都是单周期。因此,可以高速执
3、行多种控制算法,从而 使实现所需的高采样速率成为可能,以便获得良好的动态反应。这也 使得能够在单芯片中实现在线 UPS 的多控制环路。从而提高集成度并降低系统成本。数字控制还为每个控制器带来可编程性、抗噪声干扰和避免冗余电压及电流传感器的使用等优点。由于组件变少了,系统将需要更少的工程时间并且可以变得更小巧、更可靠。与传统模拟控制相比,DSP 控制提供了另一个巨大优势 - 软件。额外的 DSP 带宽可用于实施更复杂的算法以及与主机系统和 I/O 器件(例如 LCD 显示屏)进行通信。DSP 可编程性意味着可以使用增强的算法更新系统以提高可靠性。1.2 本次设计的内容本次设计的主要内容是三相10KVA UPS电源,其本原理是当市电正常时,市电经整流器整流为直流给蓄电池充电,可保证蓄电池的电量充足。一旦市电异常乃至停电,即由蓄电池向逆变器供电,蓄电池的直流电经逆变器变换为横品恒压交流电继续向负载供电,因此从负载侧看,供电部受短期市电停电的影响。三相10KVA UPS电源设计包括方案的经济技术论证、整流电路的设计、逆变电路的设计、蓄电池容量的确定及选择、通过计算选择器件的具体型号、驱动电路的
4、选择或设计以及绘制相关电路图。第二章 电路的设计2.1 总体设计方案在正常情况下,即电源由市电提供,市电经过整流器整流为直流,存储到蓄电池中作为备用电源,而后再经逆变器转变成交流电提供给负载。但是由于逆变器容易发生故障,所以在电路旁侧加一旁路电源,以便解决当逆变器发生故障不能将市电输送给负载的难题。系统的方框图如图2.1所示图2.1UPS电源设计方框图各部分电路说明如下:1、整流电路:把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成,2、储能电路:本设计方案要求采用蓄电池储能。功率为10KVA,取UPS电源的功率因数为0.8,蓄电池串联后的电压近似等于整流电路输出电压可知:需要11个12V蓄电池串联组成。所以蓄电池所需伏安数X:X=60.60A 所以延时1小时得用60.60AH的电池,现在需要延时10分钟,则需要10.10AH的电池。 因此所选择的蓄电池满足上述条件即可。3、逆变电路:在驱动信号的控制下,将直流电源转换成频率和电压可以任意调节的交流电源。2.1.1 主电路的设计1整流电路作品设计的整流电路采用三相桥式全控整流电路,如图2.2所示。这种电路
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