机械工程学院电子信息工程技术专业论文ups充电全自动逆变电源设计

机械工程学院电子信息工程技术专业论文ups充电全自动逆变电源设计内容摘要：

鉴相器、低通滤波器和压控振荡器组成。 用于检测两个交流电源的相位差并将它变成一个电压信号去控制逆变的输出电压相位与频率，从而保持逆变器与交流电源的同步运行。 锁相电路基本原理图 UPS逆变电源冗余供电 任何设备总有出故障的的时候，为进一步提高整个电源系统的可 靠性，需要采用冗余供电方案。 目前，应用最为广泛的冗余供电方式有主备冗余供电方式和全冗余并联方式。 在讨论冗余供电之前，首先应了解在线式 UPS 的四种工作状 ： ⑪ 市电正常 ： 在正常工作状态下，由市电提供能量，整流器将交流电转化为直流电，逆变器将经整流后的直流电转化为纯净的交流电并提供给负载，同时充电器对蓄电池组浮充电。 ⑫ 市电异常 ： 在市电断电或者输入市电的电压或频率超出允许范围时，整流器自动关闭。 此时，由蓄电池组提供的直流电经逆变器转化为纯净的交流电并提供给负载。 ⑬ 市电恢复正常 ： 当市电恢复到正常后，整流器重新提 供经整流后的直流电给逆变器，同时由充电器对蓄电池组充电。 ⑭ 旁路状态 ： 静态旁路是 UPS 系统的重要组成部分，在下列两种情况下 UPS 处于旁路。 ①当负载超载、短路 (实际上可以看成是一种严重的超载 )或者逆变器故障时，为了保证不中断对负载的供电，静态旁路开关动作，由市电直接向负载供电。 ②维修或测试时，为了安全操作，将维修旁路开关闭合，由市电直接向负载供电。 把 UPS系统隔离，这种切换可保证在 UPS 检修或测试时对负载的不间断供电。 UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 9 页 共 32 页 UPS逆变电源蓄电池监测管理 先进的电池管理系统 ： UPS 在充电 过程中采用 自发的充电技术 EBS智能电池管理系统对电池的充电电压、电流进行优化处理并且对电池的维护及管理进行全面的处理，提高了电池的使用寿命。 提供全新的浮充充电技术与脉冲充电技术交互的充电方式，随时活化电池系统，根据电池的使用环境温度来自动转换充电方式 (22℃ 25℃ 以下时采用浮充充电技术 ,以上时采用脉冲充电技术 )同时制动调整充电的电压和电流。 根据欧洲电池生产厂家的实际测量，采用新型充电器以后，可以将电池的使用寿命提高 50%左右。 先进的电池健康诊断系统 BHC： 对电池的监控和维护采用电池健康诊断系统 BHC 对电池的状态进行监控和检查，保证电池具有良好的放电特性。 同时，根据电池的使用环境温度来调整维护参数。 先进的电池诊断记录功能可有效地记录每一次电池检测的结果 ,并以文件的形式保留 ,记录按电压 \电流分别记录 ,并可在图形显示器直接显示。 当监测到电池性能下降时 , BHC 系统的电池修复功能会自动激活 ,对电池进行自动修复处理 ,使电池的性能恢复 .。 它可以根据UPS 使用的电池指标来自动修复充电电压及修复充电电流，整体的充电容量也可以根据 UPS 的负载情况进行优化，当 UPS 的逆变器负载比较轻的时候，可以自动提升充电功率；当 UPS 的负载比较大的时候，自动将充电功率降低到标准的充电功率。 电池的监测及可以单块检测 ,也可以分组检测。 UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 10 页 共 32 页 第 2 章 我国 UPS 充电全自动逆变电源的 问题 UPS逆变电源不能满足用户 的需要 无法 满足用户需求因素如下： (1) 当前我国各种供电系统存在的普遍问题 机房建设不规范、设备和环节串联、设备输入输出阻抗不匹配、系统中因配置了输入谐波电流大和启动冲击电流大的设备、电力传输线与数据传输线过长和布局零乱、设备的供应商过多、品牌杂乱。 (2) 投资风险、空间、容量配置等 生命周期成本问题 (3) UPS 系统的可适应性及可扩展性 (4) 系统可用性问题 (5) UPS 和供电系统的可管理性问题 (6) UPS 系统的可维护性和 可服务性的问题。 安装、维护、电池、噪声、空间、承重 可靠性、故障宕机、厂商反映速度、修复时间 总 而言 之，是可用性问题。 UPS逆变电源 系统有待完善 市电中断： 市电中断通常是指市电输出零电压，并持续两个周期以上。 市电 中断的原因主要有配电空气开关跳闸、供电回路短路、电源设备故障等等。 电压浪涌： 电压高于 110%额定值且持续一个或多个周波称为电压浪涌。 大功率用电 设备的退出或者电网受雷击干扰均可能造成电压浪涌。 电压波形下陷： 但电源电压低于 8085%额定值且持续一个或多个周波称为电压波形下陷，通常是由大功率用电设备的启很冲击造成。 高压尖脉冲： 由闪电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因造成，高压脉冲峰值电压可高达 6000V，持续时间一般为 ～ 5 个周波。 瞬态高压： 通常由雷电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因引起，电压 峰值高达 20200V，持续时间为 ～ 5 个周波 谐波干扰： 由整流设备、电动机、继电器、通信设备、电焊机等产生的 RFIEMI。 频率漂移： 频率 漂移是指电源的频率不能稳定在额定值，而是在额定值附近 波动。 企业备用发电机组和小型水电站输出 的 交流电源经常会出现频率漂移 的 现象。 持续高低压： 电网持续高压或者是持续低压主要是由于电网变压器或者是电 力线路容量有限，且电网变压器性能不佳，电网负荷过大或者是电网负荷过小的原因造成。 UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 11 页 共 32 页 UPS逆变电源价格费的 问题 目前 设备的供应商过多、品牌杂乱。 投资风险、空间、容量配置等生命周期成本问题 有待解决。 应 结合产能市场机制再 根据 物价 部门 制定出相应物价 规定，为 UPS 充电自动逆变电源 发展创造良好条件。 UPS逆 变电源安全 问题 安全问题是制约 UPS 可充电逆变电源 发展的核心和关键问题。 这是在全球普遍存在的问题，但在我国却更为突出。 国际上已有多家公司联合开展了安全电子交易的技术标准和方案的研究，并发表了有关协议和标准。 利用 先进电路技术 、可靠性电路设计 、 智能管理功能 、 可靠性热设计 、 电磁兼容性设计 、 生产工艺 、 生产管理 、 即 安装、维护、电池、噪声、空间、承重 可靠性、故障宕机、厂商反映速度、修复时间 总 而言 之，是可用性问题。 UPS 的 可靠性与可用性 失效率 ：   21/ ttnn s  式中： ns 试验开始时正常工作的样品数。 n 在运行（ t1t2） 时间间隔内出现故障的样品数； 可靠度 ：   tetR  平均无故障时间： 1MTBF 平均维护时间 ： MTTR 可用性 ： MTBFMTTR MTBFA  采用良好的 工业控制 保护电路构建的系统电气原理图 （详细见最后附件） UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 12 页 共 32 页 第 3 章 UPS 充电全自动逆变电源 现状 UPS 逆变电源 发展现状 近几年，境外主要电源供应商逐渐看好中国电力电子电源市场，纷纷把重点转向中国内地。 在 UPS 电源产品方面有山特、 APC、爱克赛、梅兰日兰、三菱等；在通信开关电源方面有爱立信、西门子、美国的 Vicor、腾讯科技、朗讯、日本的新电元等。 中国台湾地区的电源生产厂商也在内地设厂生产，如台达公司在东莞、上海、天津都设立了工厂。 UPS 逆变电源的 市场规模 UPS 充电自动逆变电源市场的行业需求特征很明显，一直以来，由于数据中心和机房的建设， UPS 应用主要在金融、电信、政府、制造四 大行业， 2020 年此四大行业的应用比例达 73•2。 赛迪顾问认为中国 UPS 市场在电信、制造行业将保持稳定增长，而交通、电力、医疗、教育、物流等行业将成为新的需求增长点，UPS 产品在这些行业中将有较高的增长。 因此，厂商应该抓住机遇、乘势突击、在重点的几个应用行业加强营销推广力度。 另外，从地域需求来看，随着 4 万亿投资 、 家电下乡 等政策推动农村建设，西北、西南、东北等不发达地区正开始凸现，而经济发达地区和大城市在IT 投资方面趋于成熟饱和，厂商应根据整体布局，加强中西部、东北区域和三、四级城市的渠道建设， 开展对用户、销售和服务人员等的培训，并完善服务体系，从而带动自身的销售增长和企业发展。 经销 商 国内厂商应该充分利用本土优势做到以下几点 ： （ 1）产品策略 :技术创新、提高产品的附加值 ； （ 2）俗价格策略 :提升大功率产品竞争力 ； (3) 渠道策略 :专业化营销，加快渠道建设转型 ； (4)销售策略 :透析需求增长点，乘势突击 ；(5)服务策略 :提供一站式的专业服务体系 ； (6)品牌策略 :扬长避短，提升综合竞争力。 UPS充电全自动逆变电源与逆变器的比较 逆变电源和 UPS 供电系统在功能和原理上 大致相同，它们都能实现以下两UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 13 页 共 32 页 方面的功能 : 、消除各种电气干扰、提供高质量电源供应的途径； ，能够保证必要的后备供电能力。 二者最大的区别就是 UPS 需要配置蓄电池组，后备时间较短，而逆变电源无需配置蓄电池，可直接利用通信机房的各等级电压直流屏，其容量较大，可以长时间地保证网络运行的不间断。 UPS 逆变电源发展状况 与欧洲、日本的比较 目前，跨国公司在国内电源市场占有主导地位，如：艾默生 (Emerson)、 APC、梅兰日兰、伊顿爱克赛，新近 进入国内市场的有：荷兰海泰克、 ActivePower 公司、施恩禧电气（ Samp。 C）。 现在中国本土也已形成一批超亿元的电源企业，如：中兴通讯、厦门科华、武汉洲际、烟台东方电子信息集团等，他们有较强的技术力量和开发能力。 UPS 电源技术也向着多功能、大功率、集成化的方向发展，其中 UPS 电源行业中的厦门科华、冠军、科士达、易事特、捷益达等一批民营企业领跑国内 UPS 市场。 UPS 逆变电源 的制约因素 从总体来看，中国 UPS 充电全自动逆变电源 发展的制约因素有： 国外在不间断电源上起步于上世纪 70 年代，国内 起步于 80 年代后期，起步差距十几年。 国内 UPS 行业经过 20 年的发展，虽然在中国市场上的市场份额被国外知名品牌占据大部分，但是，少数国内较大规模的厂家在市场份额、高端技术等方面已经十分接近国际知名品牌。 从技术的角度来看： 企业加大研发和技术投入，争取达到国际先进水平。 不间断电源是网络、信息建设可靠运行的电源保障，是信息化和国防安全的一个重要设备，因此，本土品牌的不间断电源厂家必须加大技术和研发投入，提升综合实力，制造高质量的不间断电源产品，保障我国经济建设的顺利进行。 并且在有条件的情况下，争取出口，获得国 际市场份额。 UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 14 页 共 32 页 第 4 章 UPS 充电全自动逆变电源的发 展 UPS逆变电源的发展趋 势 从全球著名的市调公司美国 Frost amp。 Sullivan 的报告显示， 近几年来 UPS电源系统在 IT 行业发挥着越来越重要的作用，被人们誉为计算机信息的保护神。 在世界迈进信息时代之后，信息的安全问题已经被人们广泛关注，因此，在这种时代背景中， UPS 的发展趋势引起业界的高度重视是顺理成章的。 信息化通信 UPS 电源系统主要应用于 apc ups：信息产业、 IT 行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的安全保护问题。 UPS 电源作为计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定、改进电网质量、防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。 工业动力用 UPS 电源系统设备。 工业动力 UPS 电源系统设备主要应用于：工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医 药、汽车、食品、军事等领域，作为 无极灯 所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备，保证工业自动化动力供给的可靠性。 工业动力用不间断电源是不间断电源产品中的高端产品，涉及大功率（可能达到兆瓦级）能量变换的电力电子技术、数字化控制技术、交流电源并联冗余技术、有源谐波抑制技术、大功率产品制造技术等。 显然，一般的电源企业无 法进入该领域，只有已经拥有大功率电力电子技术和系列产品开发、生产、服务能力，并积累相应工业应用经验的企业，才能做好工业动力不间断电源系统的设计、生产、市场服务。 传统 UPS 厂家在这些地方采用的 UPS 电源往往是具备适应工业自然环境的 UPS 电源产品，而不是适应工业电气环境、感性动力负载特性的真正工业动力设备用不间断电源。 UPS 逆变电源 的几点建议 1．企业加大研发和技术投入，争取达到国际先进水平。 不间断电源是网络、信息建设可靠运行的电源保障，是信息化和国防安全的一个重要设备，因此，本土品牌的不间断 电源厂家必须加大技术和研发投入，提升综合实力，制造高质量 的 不间断电源产品，保障我国经济建设的顺利进行。 并且在有条件的情况下， 争 UPS 充电全自动可逆变电源设计 第 15 页 共 32 页。