武汉理工大学《电力电子装置及控制》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 初始条件：
设计一个双变换在线式UPS，具体参数如下：三相交流输入380V/50Hz，三相输出交流电压130V/50Hz,THD<5%,负载为一般的阻感负载，容量3500VA。
要求完成的主要任务:
（1） 主电路设计； （2） 控制方案设计；
（3） 给出具体参数的设计步骤；
（4） 在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真； （5） 分析仿真结果，验证设计方案的可行性。 时间安排：
2014年6月11日至2014年6月20日，历时一周半，具体进度安排见下表
具体时间 6.11 设计内容 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍；学生确定选题，明确设计要求 6.12－6.16 6.17—6.18 开始查阅资料，完成方案的初步设计 由指导老师审核模型，学生修改、完善并对数学模型进行分析 6.18－6.19 6.20 撰写课程设计说明书 上交课程设计说明书，并进行答辩 题 目: 双变换在线式UPS（3500VA）设计
指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
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摘要
UPS即不间断电源，主要用于给重要设备提供不间断电能供应。当市电输入正常时，UPS将市电整流通过逆变器或直接稳压后提供给负载供电，此时的UPS是一台交流稳压器，同时向机内蓄电池充电；当市电发生中断时UPS立即将电池的电能通过逆变转换箱负载供电，使负载维持正常工作。随着科技的发展和社会的进步，人们对用电质量的要求越来越高，UPS的功能已经不仅仅是不中断供电，还要求高品质供电。
随着电力电子技术的不断发展，UPS的性能也在不断提高，正向小体积、高效率、高可靠性、动态性能好、控制灵活的特性发展。如今，UPS产品种类越来越齐全，包括从几百乏小型单相UPS到数兆大型三相UPS供电系统，以满足生产、生活中不同的需求。
关键词： UPS 整流 逆变 稳压
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目 录
摘要 ................................................................................................................................................. 1 1 双变换在线式UPS的工作原理 ................................................................................................ 5 2双变换在线式UPS的组成与设计 ............................................................................................. 6
2.1蓄电池组 ........................................................................................................................... 6 2.2整流器和PFC电路 .......................................................................................................... 6
2.2.1整流器在UPS中的作用 ....................................................................................... 6 2.2.2整流器和充电器 .................................................................................................... 7 2.3逆变器 ............................................................................................................................... 8
2.3.1逆变器在UPS中的作用 ....................................................................................... 8 2.3.2 UPS逆变器的类型 ................................................................................................ 8 2.3.3 UPS逆变器主电路结果选择 ................................................................................ 9 2.4逆变、市电的切换电路 ................................................................................................... 9 2.5 滤波电路 ........................................................................................................................ 10 2.6旁路控制电源和系统辅助电源 ..................................................................................... 11 2.7 接地装置、保护和报警系统 ........................................................................................ 11
2.7.1接地装置 .............................................................................................................. 11 2.7.2 保护和报警系统 ................................................................................................. 12
3 电路设计 ................................................................................................................................... 13
3.1整流电路设计 ................................................................................................................. 13
3.1.1整流电路选择 ...................................................................................................... 13 3.2.2整流主电路 .......................................................................................................... 13 3.2逆变电路设计 ................................................................................................................. 14
3.2.1逆变器电路选择 ................................................................................................. 14 3.2.2 SPWM采样方法选择 ........................................................................................ 14 3.2.3 逆变主电路 ......................................................................................................... 15 3.3 驱动电路 ........................................................................................................................ 16 3.4转换开关 ......................................................................................................................... 16 4仿真与结果分析 ........................................................................................................................ 18
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4.1整流电路 ......................................................................................................................... 18 4.2逆变电路 ......................................................................................................................... 20 小结体会 ....................................................................................................................................... 23 参考文献 ...................................................................................................................................... 24 附录 ............................................................................................................................................... 25
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1 双变换在线式UPS的工作原理
双变换在线式(online)UPS工作原理如图------所示，当市电正常时，由市电经AC/DC、DC/AC两次变换后供给负载，故称它为双变换在线式UPS。当市电异常时，它由蓄电池经过DC/AC变换供电，只有逆变器发生故障，才通过转换开关切换，市电直接旁路给负载供电。是一种以逆变器供电为主的工作方式，以图1说明它的工作过程。
图1双变换在线式UPS系统框图
当市电正常时，经滤波，分3路去控制后级电路：第一路是交流电整流变换为直流电，经充电器对蓄电池组进行浮充电；第二路是经过整流器和大电容滤波变为较为平稳的直流电，再由逆变器变换为稳压稳频的交流电，通过转换开关输送给负载；第三路是转换开关的控制，如果逆变器出现故障，在逻辑控制电路调控下，UPS转为市电直接给负载供电。
当市电出现故障（供电中断、电压过高或过低），UPS工作程序如下：关闭充电器，停止对蓄电池充电；逆变器改为蓄电池供电，维持负载电能的连续性。
双变换在线式UPS优点是：不论市电正常与否都由UPS的逆变器供电，系统供电质量好，市电转换到电池供电可实现零切换时间；然而，它的功率传输要经过两次转换，系统频率低、成本高，整机以不可控或晶闸管相控整流为主，输入功率因数较低，输入电流高次谐波可达30%，无功功率和谐波电流对电网的公害较大，不满足电源绿色化的要求。
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