毕业设计（论文）-1KW在线式UPS逆变器设计

安徽理工大学毕业设计本科毕业论文本科毕业论文1KW1KW在线式在线式UPSUPS逆变器设计逆变器设计THEOFDESIGN1KW-LINEUPSINVERTER学院（部）：电气工程学院专业班级：电气09-6班学生姓名：刘俊指导教师：贾晓芬2013年6月10日安徽理工大学毕业设计I1KW在线式UPS逆变器设计摘要摘要随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，国民经济、国防军工、政府部门的各个领域要保障计算机信息网络系统的安全、可靠运行，就离不开UPS不间断电源，这已成为信息业界乃至各行各业的共识。根据UPS不间断供电的原理，本文以提高UPS的可靠性为基本点，从UPS电源装置的结构和形式来考虑其设计方案。整个UPS主电源装置由整流充电器、逆变器、静态旁路、维修旁路等部分组成。整流充电器(包括蓄电池)为UPS提供在线工作的能量输入；逆变器为UPS提供在线工作的高质量的稳压稳频的交流电输出。基于电源技术的高频化、模块化、数字化、绿色化的发展方向，本文结合现代电力电子技术以及信息处理技术的最新发展，利用微机作为控制核心，研究和开发大功率在线式智能UPS不间断电源。关键词：关键词：UPS，逆变电路，逆变电路，PWM控制控制安徽理工大学毕业设计IIABSTRACTWiththedevelopmentofthecomputertechnologythenetworktechnologycommunicationtechnologyinallthefieldsofthenationaleconomynationaldefenseandwarindustrygovernmentministriestheymustdependonUPS(UninterruptiblePowerSystem)BytheprincipleofUPSthispaperconsidersthedesignschemefromitsstructureandatforincreasingitsreliability.Themainpowerdeviceismadeupofrectifierchargerinverterstaticbypassmaintenancebypass.Rectifierandcharger(includingstoragebattery)offertheenergyofUPSwhenitisonline.InverterofferstheCVCF(ConstantVoltageandConstantFrequency)ACoutputwhenUPSisonline.Staticbypassoffersonlinebypasspowersupplywhenrectifierchargerorinverterresultsinfaultsandtheswitchingbetweeninverterandstaticbypassisnotinterruptible.MaintenancebypassoffersbypasspowersupplywhenUPSneedsrepairingorMaintaining.Basedonthedevelopmenttrendofhigherfrequencymodularizationdigitalizationandgreennessforpowertechnologythispaperisrelevanttotherecentdevelopmentofmodempowerelectronicstechnologyandinationprocessingtechnologyandhasstudiedtheabovemiddlecapacity(Above10KVA)onlineintelligentUPSusingmicroprocessorascorecontrol.KEYWARDS：UPSInvertercircuitsPWMcontrol安徽理工大学毕业设计0目录目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.21.1引言.21.2UPS的发展和现状.21.2.1UPS的发展历程.21.2.2UPS国内外发展现状.31.2.3UPS的发展前景.51.3UPS研究的目的和意义.51.4本课题的任务、思路和要求.71.4.1本课题的任务.71.4.2本课题的思路.71.4.3本课题的要求.82系统整体设计方案.821在线式UPS工作原理.82.2系统整体方案.92.2.1整流电路.102.2.2逆变电路.102.2.3蓄电池和充电电路.122.2.4辅助电源.152.3保护电路.182.3.1市电断电检测.182.3.2蓄电池充放电电压检测.192.3.3过电压检测.202.3.4过电流检测.212.3.5切换开关.223整流器与逆变器的设计.233.1整流器.233.1.1整流器主回路设计.233.1.2整流器工作原理.253.2逆变器.273.2.1逆变器的结构及工作原理.273.2.2PWM技术在逆变电路中的应用.303.2.3PWM逆变器的基本原理.323.2.4SPWM产生原理.333.2.5SPWM波产生电路.36安徽理工大学毕业设计13.2.6UPS逆变器控制电路设计.374单片机及外围电路.384.1单片机.384.1.1单片机的工作过程.394.1.2AT89C51的管脚及功能.394.1.3AT89C51与外围电路.434.2驱动电路SA4828.434.3报警电路.455系统软件设计.465.1软件设计简介.465.2软件设计思路与流程图.475.3程序设计.50安徽理工大学毕业设计21绪论绪论1.1引言引言随着科学技术的飞速发展，特别是各种精密电子的广泛应用，供电的连续性和供电质量对用户变的越来越重要，后备电源需求越来越多，电源问题一直是人们十分关心的问题。对于一些特殊位置的重要设备，人们不但关心其供电电源本身的性能指标，更注重供电电源的质量，即供电的稳定性和不间断性。因为这些设备的电源一旦出现不稳定或者消失，就将造成非常大的损失，甚至无可挽回的损失。所幸的是不间断电源UPS(UninterruptiblePowerSystem)的出现，为解决这个问题提供了广阔的前景。1.2UPS的发展和现状的发展和现状1.2.1UPS的发展历程的发展历程最初的UPS是本世纪六十年代初由旋转电动机供应能量的动态UPS，即不间断是靠动能维持。这种早期UPS的输出稳定是靠惯性飞轮对短时间电压突变和干扰无反应；不间断性是靠断电后飞轮的惯性延长供电时间。当然这种UPS的后备时间是很短的(一般不超过5秒)，于是人们开始使用备用蓄电池组，这是早期UPS的典型结构，框图如图1-1所示。这样的UPS虽然可以靠增大蓄电池容量来延长后备时间，但转换效率低，于是出现了内燃式UPS系统，这种UPS靠内燃机提供断电后的能量。动态UPS设备庞大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。整流器直流电动机交流发电机设备蓄电池市电图1-1早期UPS典型框图随着电力电子学(功率电子学)的发展，为实现大功率的电能转换，于是出现了静态UPS，它的主电路和控制电路均采用半导体器件，它也是目前绝大多数安徽理工大学毕业设计3概念中的UPS，其典型框图如图1-2所示。其基本原理是：市电输入经整流器将交流电变成直流电，一方面给蓄电池组充电，另一方面为逆变器提供能量，再将直流电变成交流电经转换开关送到负载；当逆变器发生故障时，另一路备用电源(旁路电源)经过转换开关实现向负载供电。整流器逆变器转换开关负载蓄电池组旁路电源市电整流器逆变器转换开关负载蓄电池组旁路电源市电图1-2静态UPS典型框图静态UPS的工作方式有在线式和后备式(OnlineandOffline)，两者主体结构大体相同，只是后者在市电正常时工作在旁路(Bypass)，而前者只有当逆变器故障或过载时才由旁路电源供电。一般来说，从性能上讲，在线式优于后备式从容量上讲，后备式一般不大于3KVA，而在线式不受此限制，目前单机容量可以做到600KVA以上，比如M.GEXIDESOCOMEC等公司。UPS的装机容量正不断扩大，并联成为扩大容量或者冗余系统的必然方法。比如M.GEXIDE等公司的UPS机内信号用微机处理、通讯采用普通信号，而SIEL公司采用光纤通讯OSC系统)，从而实现多台UPS的同相同幅、均负载的功能。由于单相进单相出给市电配电带来极大困难，于是出现了三相入单相出(31)的UPS，其最大容量可达60KVA以上，这种单相输出的UPS在切换到旁路时、满负载情况下市电对应的一相将严重超载，因此厂家推出了三相入三相出的UPS产品，而且有三相负载100%不平衡产品，如IPMSOCOMECBORRIMEISSNERSAVINVICTRON等公司的UPS产品。为改善后备式UPS的供电质量，人们研制了净化UPS，即将净化电源加在旁路电源上，如国产宝合UPS产品。结合后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点，人们提出了三端口UPS。它使得离线式和在线式有机结合在一起，产品如APC、BEST、DELTEC、休康等。1.2.2UPS国内外发展现状国内外发展现状欧美及日本等发达国家的电厂专用UPS研制起步较早，具有产品线齐全、使安徽理工大学毕业设计4用寿命长、平均无故障时间长(MTBF)、质量过硬、售后服务全面等优点。特别是在大功率电厂专用UPS方面，国外厂商占有很大优势。由于UPS技术是一项实用技术，国内外各大电源公司、生产厂家以及科研院所都在对其进行研究。国外己经将许多先进技术应用到实际系统中，生产出了许多知名品牌的UPS.美国APC(秀康)公司一直以中小功率UPS产品供应商的身份出现在UPS市场，自1998年推出的Symmetra和收购Silcon后，已成为全线产品供应商。2000年上半年APC在国内的主流产品仍是Back和Smart系列产品，其中Back系列有Back500和Back500AVR两种型号，Back500AVR是1999年的新产品，但因价格过高，销量很少。Smart系列中1000VA.2200VA和3kVA的销量占Smart系列的70%以上。其中APC公司研制的PEW1000系列单相UPS拥有5200kVA的多个机种。法国施耐德(Schneider)公司旗下的梅兰日兰(MERLINGERIN)的Galaxyl000PW系列单相UPS3080kVA以及Planet系列30-80kVA的多个机种，共占其销售额的60%以上。此外，山特、台达、爱克赛等多家公司在UPS市场中也占有相当份额。国内对UPS先进的关键技术的研究，主要集中在少数知名院校，且大多数处在实验阶段，没能将它们应用到实际系统中去。从目前国内市场上看，国内生产厂商基本不能生产大型UPS，国内的大型UPS市场几乎全部被国外公司占领。对于中小型UPS来说，虽然国内许多生产厂家可以生产，但其产品的可靠性和性能远远不如国外的同类产品，整个中小型UPS市场90%以上都被国外公司占领。国内生产电厂专用的UPS厂家也主要集中在小功率产品，如合肥阳光电源公司SL系列电力专用在线UPS有1-5kVA等功率的产品，正远电源公司RB系列电力专用UPS有1-3kVA等功率的产品。早期UPS主要为后备式UPS，技术简单，输出一般采用方波或阶梯波逆变，技术成熟，但输出电压畸变严重，容易对用电设备造成干扰，并且在市电供电向逆变器供电切换时会出现短是的断电，对于计算机等负载是不可接受的。为了解决这些问题出现了在线式UPS。并采用了SPWM逆变和现场可编辑器件。逆变器是在线式UPS的核心，在小容量机型中。一般采用MOSFET或晶闸管，在大容量场合已经全部为IGBT，采用高频PWM技术，实现正弦波输出。目前常用的逆变器控制技术是SPWM技术，SPWM是指按正弦规律变化的等效PWM波。SPWM控制的原理简单，通用性强，控制和调节性能好，是一种你较好的波形改善技术。而SPWM波的产生又是基于单片机或DSP的。其中，单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，它具有高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及耗能少、体积小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点，非常适合嵌入式控制。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的，可以很容易的实现各种控制规律，甚至是比较复杂的控制算法安徽理工大学毕业设计5的实现。目前，国际上新型在线式UPS逆变器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。1.2.3UPS的发展前景的发展前景UPS从当初单一的动态存储式到今天多类型多品种动态、静态、动静结合、在线式、后备式(离线式)、后备在线交叉式等。随之，UPS的应用领域也从当初单一的计算机用户发展到今天计算机系统、网络系统在内的能源(如电力)、医药、农林、交通、天文、地理、通讯系统(如网络通讯)等领域；后备时间从当初的几秒钟到今天的几小时、几十小时甚至更常的时间；特别是从技术内含意义上讲，从当初单一的机械式到今天包罗了当代全部的电子技术:从微电子学到功率电子学，从线性电路到数字电路，从计算机硬件到软件，从电信号通讯到光纤通讯以及机电一体化技术。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。随着人们对环境保护意识的加强，电源系统的绿色化概念被提出。所谓电源绿色化首先是显著节能，因为节电可以减少发电对环境的污染；其次是电源不能(或少)对电网产生污染。事实上许多功率电子节能设备往往是电网的污染源：向电网注入严重的谐波电流，使得总的功率因素下降，使电网电压产生毛刺尖峰甚至畸变。20世纪末各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了功率因数校正PFC（PowerFactorCorrector)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已当之无魄成为当代高科技成员，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。1.3UPS研究的目的和意义研究的目的和意义早期的UPS产品因电子技术及相关技术、工艺水平等方面的限制，备用时间短，智能性差，所以主要作为计算机的备用电源，其它行业涉及较少，因而普及率很低。但是，随着微型计算机应用的日益普及和信息处理技术的不断发展，安徽理工大学毕业设计6人们对供电的质量要求越来越高。这是因为在微型计算机特别是企、事业单位的计算机网络运行期间供电的中断，将会导致随机存储器中数据的丢失和程序的破坏，有时甚至会使磁盘盘面及磁头遭到损坏，造成难以弥补的损失。不但如此，随着国民经济的发展，生产力水平的提高各行各业的许多关键设备对电源的要求也是如此。于是高性能、高可靠性UPS越来越受到人们的关注。从国防、航天、科研到医疗卫生、工农业生产、交通运输，从银行证券到商贸销售，从通讯行业直至以信息高速公路为代表的新兴信息产业(IT)，无不用到UPS不间断电源。而且，随着电子技术的发展，特别是计算机技术及计算机网络技术的发展，人们对UPS的要求越来越高：不但要求供电质量高，而且要求智能化，这也是科学技术发展的必然趋势。人们希望将现代电子技术、信息技术、控制技术、计算机网络技术等UPS相关技术应用于UPS不间断电源，使UPS电源供电系统变得越来越完善，对各种性质的负载适应性更强，产品种类更齐全。实际上，UPS经过近四十年的发展至今，性能指标基本相似，不同点在于功能上的拓宽、创新及可靠性的高低。PWM(脉宽调制)技术和功率晶体管及组合管、功率MOS管、IGBT等己被UPS普遍采用，从而降低了UPS的可闻噪声，提高了效率和可靠性。特别是自80年代以来，微处理器技术、计算机技术、网络工程的迅猛发展，并引入UPS领域，大大拓宽了UPS的功能。显示方式从数码显示到液晶显示，使得人机“对话”更加方便。利用CPU的强大处理功能，可做到自动诊断、自动开关机、自动打印运行记录，起到监控、管理系统的作用。随着UPS在计算机网络中的应用不断发展，UPS不再是单纯供电、仅仅保护服务器，而是强调以整个网络为保护对象。用户希望UPS保护的对象不再是特定的运算设备为主，而是让网络在电源出现异常时，仍然可以继续工作而不中断。因此，UPS监控防护软件是UPS的新发展，这种软硬件的新搭配有助于大幅度提高UPS的功能，使其趋向人性化；同时大大拓宽了UPS在计算机及网络中的应用。智能UPS就是在这种形势要求下发展起来的。所谓智能UPS就是将传统UPS通过与PC上位机相连的硬件接口，结合特殊设计的软件(称为监控软件)以提供电源和资料的双重保护。因此监控软件是UPS智能化的关键部分。目前UPS各大厂家都将UPS的监控软件作为产品竟争力的一个重要筹码。UPS不间断电源本身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，研制智能UPS是UPS发展的必然趋势。安徽理工大学毕业设计71.4本课题的任务本课题的任务、思路和要求思路和要求1.4.1本课题的任务本课题的任务UPS主电源包括整流充电器、逆变器、旁路电源(静态旁路电源和维修旁路电源)三大部分组成。（1）设计出一种新型的带过电压检测和保护功能的智能化UPS电源。其具有抗连续雷电冲击的能力，并配有RS485通信接口，可与上位计算机通信，实现电源的集中监控、集中管理。要求设计出智能化UPS电源的系统硬件电路和软件编程（2）根据原始数据和查阅相关资料确定1KW在线式UPS逆变器控制方法，控制芯片的选取，逆变部分器件的选型（IGBT）；（3）根据实际测试要求设计出1KW在线式UPS逆变器控制系统的主电路图、辅助系统；（4）根据电路的要求设计出1KW在线式UPS逆变器的硬件接线图、软件流程图以及选用的集成模块；1.4.2本课题的思路本课题的思路采用由整体到局部再到整体的方式来完成设计。先确定总体设计框图，然后针对每一的部分要实现的功能设计出相应的硬件电路并编写软件流程图，最终完成系统的硬件电路图以及软件程序。系统硬件设计主要有：电容滤波的三相桥式不可控整流电路、用IGBT作为功率器件的三相桥式SPWM电压型逆变电路、基于555定时器的蓄电池充电电路、辅助电源、转换开关、过压过流检测电路等。系统软件设计主要有：主程序流程图、PWM波产生子程序流程图、中断服务流程图，以及软件编程。拟采用的技术路线：（1）使用IGBT作为功率器件，设计三相逆变电路；（2）以AT89C51单片机为控制核心，设计控制电路来控制三相PWM波产生控制信号；（3）用AT89C51单片机来实现UPS电源的过电压、过电流等监测；（4）设计的UPS电源能提供较好的交流电源，其输出电源电压：220VAC，频率：50Hz安徽理工大学毕业设计81.4.3本课题的要求本课题的要求本课题要求在熟悉UPS电源的基础上设计出一种新型的带过电压检测和保护功能的智能化UPS电源。其具有抗连续雷电冲击的能力，并配有RS485通信接口，可与上位计算机通信，实现电源的集中监控、集中管理。要求设计出智能化UPS电源的系统硬件电路和软件编程。2系统整体设计方案系统整体设计方案21在线式在线式UPS工作原理工作原理在线式UPS原理框图如图2-1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，警告及保护电路，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。整流滤波电路逆变器输出变压器及滤波器静态开关充电电路蓄电池组控制检测显示告警及保护电路UPS输出市电输入图2-1在线式UPS原理框图安徽理工大学毕业设计9控制，监测，显示，警告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。由于市电可能发生电压波动、断电等故障，需要市电输入检测电路对其进行检测，检测信号送给单片机进行分析，当单片机检测到市电异常时，单片机控制切换电路进行切换，使电路与市电断开连接，同时接通蓄电池，让蓄电池继续对负载供电，从而保证负载不断电。逆变电路前通过过压检测电路与单片机相连，当产生过压现象时，单片机控制继电器电路使大电阻并入电路，消除过电压，保证逆变器的正常工作；负载电路前通过过流检测电路与单片机相连，当产生过流现象时，单片机给PWM产生电路送复位信号，使逆变电路停止工作，同时到单片机控制报警电路产生报警信号。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的输出不会有任何间断。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。2.2系统整体方案系统整体方案逆变器负载市电输入检测蓄电池充电电路蓄电池检测电路蓄电池辅助电源PWM波产生电路过流检测单片机报警电路过压检测切换开关整流器市电图2-2在线式UPS系统整体结构框图UPS不间断电源设计的基本原理是将输入的交流电整流转换为直流电，一方面为备用蓄电池充电，另一方面再将其逆变转换为稳压稳频的交流电。设计的基本点有两个：一是UPS输出的稳定性，即输出电压和频率都必须保持稳定(在一定的额定精度内)；二是UPS输出的不间断性，即要能实现不间断供电。整个设计紧紧围绕这两个要点进行的：安徽理工大学毕业设计10(1)蓄电池(包括充电器)是电网断电或者电网电压严重畸变时为负载供电的能量来源；(2)逆变器是UPS输出稳压稳频的交流电的核心组成，也是整个UPS核心，采用冗余备用单元也是为了保证负载供电的不间断；2.2.1整流电路整流电路整流电路和逆变电路想对应，简单的说是将（AC）转化为直流（DC）的装置。它有俩个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变；第二，给蓄电池提供充电电压。为了抑制高次谐波，改善输入的功率因数，整流部分常设有功率因数校正电路。T1VD1VD2VD6VD5VD3VD4abcaidiciRidU+R图2-3电容滤波的三相桥式不可控整流电路由于本设计中的蓄电池电压已经确定，而且需要进行滤波，并且不可控整流比可控整流电路功率因数要高，本次设计中采用了电容滤波的三相桥式不可控整流电路。如图2-3所示，当某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，按指数规律下降。dU2.2.2逆变电路逆变电路逆变电路是UPS的核心部件之一，起着非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电转换为频率非常稳定的工频交流电供负载使用的电路。通常采用脉宽调制（PWM）技术来达到这一目的。如图2-6所示为三相电压桥式逆变电路原理图，从电路结构上看，如果把三相负载看成三相整流变压器的三个绕组，那么三相桥式逆变器电路犹如三相桥式可控整流电路与三相二极管整流电路的反并联，其中可控电路用来实现直流到交流的变换，不可控电路为感性负载电流提供续流回路，完成无功能量的安徽理工大学毕业设计11续流和反馈因此VD1-VD6称为续流二极管或者反馈二极管。若以图2-6所示的逆变器直流电压中心点N为电位参考点，控制相应的功率管使逆变器各相输出相位为120的交流方波电压，即可实现电压DC-AC的变换。V3V5V4V6V2V1VD1VD3VD5VD2VD6VD4Ud2Ud2NN+_UVW图2-4三相电压型桥式逆变电路逆变器每相的方波变换可采用导电方式和导电方式。180120导电方式有以下特征：180（1）每相的上下桥臂均采用互补控制模式。180（2）相邻相的桥臂驱动信号相位互差。120（3）任何时刻有且只有三个桥臂导电，或两个上桥臂一个下桥臂导电，或一个上桥臂两个下桥臂导电。在导通型的三相逆变器中，根据每隔的各阶段其等效电路以及相应18060相电压、线电压数值可以得出任何一相的相电压波形为六个阶梯波，各相相互差，线电压为脉宽为的矩形波。120120考虑导电方式的电压型三相桥式逆变器的相电压波形，该波形为交流180六阶梯波波形。如果取时间坐标为相电压阶梯波的起点，并利用傅立叶分析，则不难求得逆变器输出A相电压的瞬时值uan为：（2-and211=sint+sin5t+sin7t+57UU5）从式（2-5）分析可知，导电方式的电压型三相桥式逆变器的输出相电180压波形中不含偶次和3次谐波，而只含有5次及5次以上的奇次谐波，且谐波幅值与谐波次数成反比，对于基波无初相角的矩形波线电压，其一般表达式为：（2-6abd23111=sint-sin5t-sin7t+sin11t+5711UU）安徽理工大学毕业设计12当三相逆变器按导电方式工作时，这种调制方式要求逆变器中功率管120的驱动信号为方波，其有以下特征：120（1）每相的上下桥臂均采用控制且有导通间隙。12060（2）相邻相的桥臂驱动信号相位互差120。（3）任何时刻有且只有两个桥臂导电，即一个上桥臂和一个下桥臂导电相邻序号功率管的驱动信号相位互差60。导电方式由于每相的上下桥臂均采用控制且有导通间隙，因而12012060避免了换流时上下桥臂的直通。由于任何时刻只有两个桥臂导电，从而导致功率器件的利用率较低，因此电压型三相桥式逆变器一般不采用导电方式，120而采用导电方式。导电方式主要运用于电流型三相桥式逆变器的控制180120中对导通方式和导电方式进行比较可知：在导电方式中，上下180120120两管之间有间隙，对换流的安全有利，但是管子的利用率低，而导通方60180式无论电动机三角形还是星形接法时，正常工作都不会产生过电压，因此对于电压型逆变器，导通方式较为普遍。1802.2.3蓄电池和充电电路蓄电池和充电电路在UPS电源中，通常都使用蓄电池作为储存电能的装置，它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电即供电的时间。其主要功能是：1当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。2当市电故障时，通过逆变器将化学能转化成电能提供给负载使用。蓄电池特性：储能装置-蓄电池是UPS电源系统的重要组成部分。在正常情况下，直接由市电供给负载；而当市电断电或出现异常情况时，就要由蓄电池来向负载供电。这样才能达到不间断的可靠性供电。蓄电池属于电化学电池，它把化学中的氧化还原所释放出来的能量直接转变为直流电能。蓄电池的性能指标有：（1）容量表示蓄电池在充满电的情况下的储能多少，用放电电流与放电时间的乘积来表示，单位为（）。hA（2）放电率表示放电至中止的电流大小或者时间快慢。可以用放电电流来表示，也可以用放电时间来表示。例如一个6.5的蓄电池，充满以后以hA325mA恒流放电，经过20h后达到放电中止电压，放电率若以电流来表示为0.325A率，若以放电时间来表示则为20h放电率。（3）功率与比功率蓄电池的功率指蓄电池在一定的放电制度下，单位时间所安徽理工大学毕业设计13能给出能量的大小，单位为W或者kW。单位质量蓄电池所能给出的功率称为比功率，单位为Wkg或者kWkg，比功率也是蓄电池重要的性能指标之一。（4）放电电流就是蓄电池的输出电流，它除了用安培来表示外，通常也用蓄电池的容量乘以某一个系数来表示。例如对6.5的蓄电池，0.1C的放电电hA流的实际值为0.16.5=0.65A。（5）放电中止电压表示蓄电池不允许再放出电能时的电压，通常为1.75V单格。（6）自放电率蓄电池在不同时期内部也会消耗能量，一般以C天来表示。UPS大多使用常规的铅酸蓄电池。铅酸蓄电池有造价低廉、使用简单、维修方便、原材料丰富等优点。下面以铅酸蓄电池为例分析其充电特性，它在充电过程中表现出非常复杂的输入特性，以一定的电流充电时，其端电压表示如式2-9所示：(2-9)UEIR:式中，U为充电时蓄电池的端电压(V)，为正极板过电位(V)为负极板过电压(V)，I为充电电流(A)，R为蓄电池内阻（）。一般蓄电池的过电压和内阻很小，蓄电池的容量和寿命是蓄电池的主要参数，它们受充电方法的影响很大。铅酸蓄电池的充电电流与端电压是随充电时间变化的，在充电开始时，电池电压逐步上升，当电池电压达到设定的恒定值时，充点电流逐渐减少而电压值保持不变。充电策略对于蓄电池非常重要，一个优化的充电策略可以提高蓄电池的性能和寿命；反之，一个不合理的充电策略会非常显著的降低蓄电池可用容量和使用寿命。蓄电池充电电路：安徽理工大学毕业设计1448V蓄电池12487653555DT3220V60VR40R41R42R43R44R45R46C36C37C38VW图2-5蓄电池充电电路（1）555定时器蓄电池充电电路的核心是555定时器，集成定时器555是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在一起的的中规模集成电路。它的电路结构将模拟功能和逻辑功能兼容为一体，能够产生精确地时间延迟和振荡，在控制、定时、检测、仿声、报警等方面有着广泛应用，是一种多用途的数字模拟混合集成电路。只要在外部配上适当的阻容元件，就可以方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等脉冲产生与变换电路。因集成内部含有三个5千欧姆电阻而得名-555定时器。常用的定时器有5G555（TTL电路）和CC7555（CMOS电路）等。集成定时器5G555由电阻分压器、电压比较器、基本R-S触发器、放电三极管和输出缓冲器五部分组成。定时器的功能主要取决于比较器C1和C2，由它们的输出直接控制基本R-S触发器、放电三极管的状态，从而决定整个电路的输出状态。安徽理工大学毕业设计15+-C1&+-C2112345678G1G2G3G4VR1VR25K5K5KTDVccRDVcoVI1VC2VO(DISC)VOVC1VC2图2-6555定时器的内部结构如图2-6所示，555定时器由3个5的电阻组成的分压器、两个电压比较器kC1和C2、基本R-S触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿上的数字为管脚号。其中1脚为接地端，4脚为复位输入端（RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为23VCC和13VCC，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于1-3V，输出电流可达到200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯；8脚为电源端，可在5V-18V范围内使用。555定时器工作时过程分析如下：5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：、123RCCUV。213RCCUV当，时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电11V23CCVc2V13CCV平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。当，时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电11V23CCVc2V13CCV平，基本RS触发器保持原状态不变，G3输出高电平，定时器输出状态不变。当，时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电11V23CCVc2V13CCV安徽理工大学毕业设计16平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，11V23CCVc2V13CCV基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平，蓄电池开始充电。当蓄电池充满电时