ups毕业设计

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万小时数量级。 UPS 的分类 现在的 UPS 电源工业，可向用户提供如下五种类型的 UPS 电源品种： （ 1）在线式 (online)UPS 供电系统，其单机输出功率从 ～ 1500kVA。 在线式输出 UPS 向用户提供的交流电源是高质量的纯净正弦波电源。 典型的“ 1＋1”直接并机系统的平均无故障工作时间 (MTBF)可达 200 万 小时。 （ 2）在线互动式 (Interactivc)UPS 电源，其单机输出功率为 — 20kVA。 当市电电压在 180～ 240V 的范围内时，它经由一条传输电缆所组成的交流旁路直接向用户提供市电电源 (180～ 240V)。 当市电电压在 150～ l80V 或 240～ 276V 范围内时，它经位于交流旁路供电通道上的变压器抽头调压处理电路所组成的交流调压器向用户提供经过简单调压处理的市电电源，其幅值为 197～ 250V(用户实际使用的电源仍然是来自一般市电电网的具有频率波动，波形畸变度高及从电网串入的干扰等所出扰的低质量电源 )。 仅仅当市电电源的电压低于 150V 或高于 276V 时，它才有可能向用户提供真正的 UPS 逆变器正弦波电源。 有鉴于此， 有的厂家为便于销售起见，常将它称为准在线式 UPS 电源。 当市电供电正常时，这种 UPS 的逆变器承担起电池充电器的功能。 （ 3）后备式 (off line)正弦波输出 UPS 电源，其单机输出功牢为 ～ 2kVA 左右。 当市电电源电压在 170～ 264V 的范围内．它向用户提供经变压器抽头调压处理过的一般市电电源，仅当市电电源的电压低于 170V 或高于 264V 时，才向用户提供真正的UPS 逆变器高质量的正弦波电 源。 （ 4）后备式 (off line)方被输出 UPS 电源，其单机输出功率为 ～ 1kVA 左右。 在市电电压在 165～ 270V 的范围内．它向用户提供经变压器抽头处理过的一般市电电源。 当市电电源电压低于 165V 或高于 270V 左右时。 它向用户提供具有稳压输出特性的 50Hz 方波电源。 当市电供电不正常时，由于它向用户所提供的交流电源是方波电源．并非正弦波电源。 所以，在此条件下，不允许用户带电感性负载 (例如，电风扇、日光灯等 )。 否则，不是造成 UPS 电源本身的逆变器被烧毁，就会造成将用户的负载损坏的局面。 当市电供电正 常时，这种 UPS 的逆变器处于自动关机工作状态。 （ 5） Delta 变换型 UPS 电源，其单机输出功率为 10～ 480kVA。 当输入电源满足电压波动小于 15％，频率波动小于 3Hz 时，由 Delta 变换器所提供智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 3 的幅度不超过177。 15％的逆变器额定输出电压的补偿电源经串联在主供电电路中的补偿变压器与输入电源共同构成串联稳压电源，其稳压精度为177。 l％（其中 85％～ 100％来自市电电源， 15％～ 0％来自 Delta 变换器）。 当输入电源超过上述电压和频率范围时，由主变换器 (不带逆变器输出隔离变压器 )向用户提供正弦波的逆变 器电源。 从 上面的简介中，我们可以得到如下结论：如果按技术性能的优劣来排序，其顺序应为：在线式 UPS＞ Delta 变换器型 UPS＞在线互动式 UPS＞后备式正弦波输出 UPS＞后备式方波输出 UPS。 也就是说：在线式 UPS 的技术性能最好，后备式方波输出 UPS的性能最差。 然而，就价格而言，则是在线式 UPS 电源最贵， Delta 变换型 UPS 次之。 准在线式 UPS 更次之，而以后备式方波输出 UPS 最便宜。 根据近几年的市场销售来看，后备式正弦波 UPS 电源因其性能价格比不好。 已逐渐被淘汰。 本课题的主要任务和基本参数 设计课 题名称及主要技术参数和要求 课题名称：《 智能 UPS 电源的研究与设计 》 设计要求： （ 1）单相交流市电输入为 184V～ 264V，频率 50177。 5HZ，输入功率因数。 （ 2） UPS 输出正弦波电压 220177。 5V，频率为 50177。 2HZ(市电同步 )、 50177。 （本机振荡） ， 输出功率为 10KVA。 （ 3）采用 8031 单片机控制。 （ 4）要求有完善的检测和保护功能（如输入的电压、电流 ， 输出电压、电流 ， 蓄电池的充放电电流的检测，逆变器的工作情况检测，对这些情况进行保护和响应的显示报警等）。 （ 5） 元器件选型合理。 主要任务 UPS 系统的方案及总体设计 ： 包括主体电路的设计和单片机控制电路的设计（ 用8031 单片机 控制整个系统）， 设计 单片机应用系统的硬、软件设计并完成软件调试。 整个 UPS 系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。 硬件设计主要完成 UPS 整个硬件电路及 I/O 接口的设计：包括功率因数校正电路、充电电路、整流及滤波电路、蓄电池的选择、转换开关保护电路及各自的采样电路等组成；软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试。 包括主程序、控制算法程序、速度采样和电流检测以及 I/O接口控制等程序面的设计，并绘出整个 系统的主程序和子程序的流程图。 智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 4 第 2 章 总体方案的设计 在线式 UPS 工作原理 在线式 UPS 原理 框图如图 所示。 在线式 UPS 主要是由以下几部分组成： 充电器、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、蓄电池组、整流滤波电路、充电电路和控制、监测、显示、告警及保护电路，还有功率因数校正电路。 在线式 UPS 的输出波形通常为标准正弦波。 市电 输入 UPS 输出 图 在线式 UPS 原 理框图 控制、监测、显示、告警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需的控制信号，并显示各自工作状态，当出现过压、过流、短路、过热时，及时警告，同时提供相应的保护。 由此可见，对于在线式 UPS，无论市电是否正常，其输出总是由逆变器提供，所以在市电故障的瞬间， UPS 的输出不会由任何间断。 另外，由于在线式 UPS 有输入滤波器和输出滤波器，再加上市电的交流输入经整流滤波器变为直流，再由逆变器逆变为交流，所以几乎所有来自电网的干扰经过 UPS 以后都能得到很大程度的衰减；同时逆变器的稳压功能很强，所以在线式 UPS 能给负载 提供干扰小、稳压精度高的电源。 总体方案 的设计 智能化的 UPS 的硬件部分 基本上是由普通的 UPS 加上微机 控制 系统所组成。 采用8031 单片机设计在线式 UPS 电源，包括硬件设计和软件设计。 硬件电路的设计 先要明白 各部分电路的工作原理和功能，再进行电路图的设计，其中包括元 件的选型和参数的计算。 软件设计首先要 绘出整个系统的主程序和子程序的流程图 ， 选定 控制算法， 调试 ，确定 控制方案。 本设计报告的 介绍 顺序就是按照先介绍硬件设计再介绍软件设计 来的。 智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 5 第 3 章 主体 系统硬件设计 由分析已知， UPS 由七大部分组成，即 整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变器电路、静态开关电路以及控制、监测、显示及保护电路。 在设计中， 硬件设计主要 负责 完成 UPS 整个硬件电路及 I/O 接口的设计 ， 包括整流及滤波电路、功率因数校正电路、充电电路、蓄电池的选择、逆变器的选择、斩波器的选择、转换开关保护电路及各自的采样电路。 根据要求，可以设计出智能 在线式 UPS 硬件系统 的 框图。 智能 在线式 UPS 硬件系统框图如 图 所示。 图 智能在线式 UPS 硬件 框图 整流滤波电路 整流滤波电路的 设计 UPS 内部蓄电池、逆变器及控制电路均需要直流电，这就要求 UPS 内部必须有整流及滤波电路。 整流电路的功能是 [07]： （ 1）将交流电变换为直流电 ； （ 2）具有输出电压保持能力 ； （ 3）抑制电网的干扰信号。 整流电路主要有单相不控整流、单相可控整流、三相不控整流和三相可控整流等形式， 大功率 UPS 常可用可控硅和大功率二极管做整流元件。 小功率 UPS 的整流电路通常都采用 220V 交流电源经隔离变压器降压后，再经二极管整流的电路形式。 滤波电路大体上可分为电容输入或电感扼流线圈输入两种形式。 电容输入虽然输出智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 6 电压高，但它要求变压 器输出的峰值电流大，且负载调整率差。 电感扼流线圈形式虽然输出特性好，但它需要较大的扼流线圈且成本较高。 综上所述，结合设 计任务 ： 设计中功率 UPS，所以采用单相桥式全控整流电路。 单相全控整流电路电感性负载时的线路图如图 (a) [07]所示。 (a) (b) 图 单相全控整流电路电感性负载时的线路及其波形 整流滤波电路的 分析 假设电感很大，电流连续且其波形为一水平线。 为 了 讨论 方便 ， 分 析电路工作情况时， 假 定 电路已 进入 稳态， 电流波形已经形成。 当 u2为正半周期时，在控制角 a 时给晶闸管 VT 1和 VT4加上触发脉冲，两管导通，导通后 ud＝ u2。 由于电感中的电流不能突变，电感起平波作用，便有方波电流通过负载。 当 u2过零变负时， 因电感上产生感应电动势使 VT 1和 VT4仍承受正压而继续导通 ，ud 波形中出现负值部分。 此时 VT 2和 VT3上虽然都承受正压，由于触发脉冲未到，所以不能导通。 当 ωt=π+a 时， VT2和 VT3触发 导通 ， VT1和 VT4立即承受 反压 而 关断， 负载电流从 VT VT4转移到 VT VT3上，此过程 即为 换相，亦称换流。 第二个周期仍重复上述过程，如此循环下去，其波形如图 (b) [07]所示。 （ 1）负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：      c os22)(ds i n21 222d UUttUU （ ） 智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 7 输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。 两组晶闸管轮流导电，一个周期中各导电 180，且与 a 无关，变压器 二次 绕组中的 电流 i2的波形是对称的正负方波，在这种情况下： 12dII dTII dTAVT III )(  当 a＝ 0 时， Ud＝ 时， Ud＝ 0，其移相范围为 90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 22U。 当 a＞ 90时， Ud 亦将是一串正负面积相等的断续的交变波形，dU亦是零。 如果此时在负载端接一蓄电池或其他直流电源，其极性与整流时的相反，幅值稍大些，能使晶闸管在 a＞ 90时继续工作，功率从直流电源反送到交流电网中去，这时电路工作在有源逆变状态。 （ 2）当负载回路中的电感量不够大， 电感中 储藏的能量不足以维持电流导通到 π＋ a，负载电流将不连续 [07]。 当电流不连续时，输出电压的平均值为        c osc os2)(ds i n21 22d UttUU （ ） 功率因数校正 电路 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 装或 20 脚 PLCC、 LCC 和MFP 封装，分别如图 （ a）、（ b） 所示。 本次设计中用 是 16 脚 DIP 封装。 智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 8 （ a） （ b） 图 UC3854 管脚及封装 UC3854 的内部结构如图 所示，主要单元电路有放大器、精密模拟乘法器 /除法器、电流放大器、固定频率振荡器、逻辑电路、 MOSFET 驱动器、 基准电压参考、线路超前预防器、负载启动比较器、欠压检测器和过流比较器等。 图 UC3854 内部结构图 （ 2） 功率因数校正控制电路 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxCCM 斩波器的占空因数取决于输出直流电压与 交流输入电压之间的比值，同时，要求输出电压 UOUT 必须高 于最大值交流输入电压。 图 功率因数校正电路图 智能 UPS的研究与设计 — 在线式中功率 UPS电源设计 9 以 UC3854 为核心的有源 PFC 电路设置在桥式整流器（ DRL）与滤波电容 C0（ 450μF）之间。 PFC 电路主要由 UC385 升压电感器 L、 MOS。