UPS是不间断电源的设计.docVIP

一、绪论 1.1 课题研究背景及意义 进入信息时代以后，计算机和各种通信设备日益成为工业、商业、金融等行业必不可少的一部分。通常情况下，计算机作为一种精密的用电设备，对交流电源的供电质量、可靠性和连续性等都有严格要求，不允许有超过3-5 ms的中断。 市电的突然中断和异常，会直接影响计算机的正常工作，对于一些对计算机工作要求严格的场所如证券交易所和银行造成不可估量的损失。而对通信领域来说，如果通信设备的供电电源突然中断或出现异常，将影响整个通信系统的运行，对国防和工农业生产及日常生活将造成巨大的影响。因此，为了保证用电设备能够在断电及供电异常的情况下正常运行，人们研究开发出了UPS。 UPS（Uninterruptable Power Supply）能够满足用电设备所要求的高质量的电能，即解决市电中断或瞬变时对计算机等负载产生的不良影响、保证输出优质正弦波。UPS 具有稳压、稳频、滤波、抗干扰、防电压浪涌等功能，最重要的是能够在掉电时对负载持续供电，使负载供电不受影响。 在实现相同功能的前提下，UPS的性价比最高。目前其广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求高的场合，如银行、证券交易所的计算机系统，Internet 网络中的服务器、路由器等关键设备，各种医疗设备，办公自动化设备，工厂自动化机器、远距离通信系统等。这些系统，对供电质量的可靠性、连续性及稳定性都提出了很高的要求，正常的市电很难满足这些标准。 UPS不间断电源发展至今已经是集数字与模拟技术、数字通讯技术、电力电子技术、微处理器及软件编程等技术于一体的密集型电子产品。另外，随着微处理器和计算机应用的普及，将其引入UPS系统，高性能UPS是UPS发展的必然趋势。 UPS的发展，并由此推动与之相关技术的发展，选择此课题作为毕业设计具有深远的意义。 1.2 UPS的发展现状 随着计算机的硬件结构逐渐小型化甚至微型化，计算机所需电源的容量也逐渐降低，为了保证计算机能够持续良好的运行，对UPS的容量要求也越来越低。 最初的UPS主要为后备式，即市电正常时，不经过UPS直接向用电设备供电，这样不能够满足对供电质量要求高的用电设备，同时市电故障时电路切换到备用式UPS有一定的时间差，如果时间差太大，会影响用电设备的连续运行。为了解决上述问题，在线式UPS电源应运而生，在线式UPS能够使UPS始终处于工作状态，由于在线式多采用双变换式（整流变换和逆变换），因而可以保证输出电压恒压恒频，具有较高质量的电能，而且在市电断电后，可以没有时间差的继续向负载供电。 随着微电子技术和电力电子技术的不断发展，电源技术的高频化、模块化、数字化、绿色化已成为发展趋势，UPS不间断电源也不例外。 电力电子功率器件的高频化和模块化使得UPS电源产品的体积和重量大大减小，而可靠性和效率得以提高，可带来显著节能、降耗的可观经济效益。 微处理器软硬件的引入，可以实现对UPS的智能化管理，进行远程维护和远程诊断。从而为UPS电源产品的数字化、智能化提供了坚实的基础。 20世纪末各种有源滤波器和有源补偿器相继诞生，同时又有了功率因数校正PFC方法，为21世纪UPS电源产品的绿色化奠定了基础。 由此可看出，UPS已成为当代当之无愧的高科技成员，而且正随着电力电子技术、计算机技术、网络技术等相关技术的发展而不断发展。 1.3 UPS的基本介绍 1.3.1 UPS基本工作原理 UPS是不间断电源（Uninterruptible Power Supply）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。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。 UPS作为一种交流不间断供电设备，其作用有二：一是在市电供电中断时能继续为负载提供合乎要求的交流电能；二是在市电供电没有中断但供电质量不能满足负载要求时，为负载提供稳压、稳频的交流电。 最基本的UPS主要包括整流模块、逆变模块和蓄电池充电模块。而整流模块与逆变模块是UPS的核心。整流模块主要完成整流工作，简单的说就是将交流电（AC）转化为直流电（DC）。它主要有两个功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经过滤波器滤波后给负载提供一个稳定的工作电压，在本设计中它同时直接将整流过的电压供给逆变器；第二，当给蓄电池需要充电时给蓄电池提供整定电压。在本设计中整流模块作为一个充电器首先流经充电电路，然后再给电池组充电。蓄电池充电模块起到为UPS储存电能的作用，一般情况下，我们都选择用若干个小容量电池串联来达到大容量的方式来设计蓄电池模块，其容量是维持放电（供电）的时间的决定性因素，本次设计将采用此方法。其主要功能是：当市电处于正常状态时，电能将会被转换成化学能储存在电池组的内部；当市电发生故障而不能正常