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不间断电源系统整体设计方案

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APCUPS不间断电源系统装置不间断供电的含义就是指当交流输入电源(市电)发生异常或断电时,电源装置能继续向负载供电,而且能保证供电质量,使负载供电不受影响。实现此目的的交流不间断UPS电源的基本组成如图所示:

在此基本组成电路中,当市电发生断电或异常时,关键在于使用蓄电池放电,以蓄电池代替整流器,向逆变器提供直流输入从而保证负载供电的不间断和质量。如果深入地扩展分析,要保证负载的不间断供电和负载的供电质量,就必须增强UPS电源装置的可靠性,因为只有电源装置的可靠性提高了,才能使负载供电不间断和质量得到充分保证,这就要从UPS电源装置的结构和形式来考虑其设计方案。

 

1.系统整体设计原理框图

APCUPS不间断电源系统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:

(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APCUPS电源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;

(3)旁路辅助电源(包括维修旁路电源和静态旁路电源)是为维修、检修UPS,或者逆变器故障的情况下实现不间断供电的辅助电源

 

2.整流/充电器设计方案

整流器和充电器合二为一,这主要是从功率大这个因素考虑

的。为实现大功率整流和充电的需要,设计中借助于可控整流器件SCR,

采用三相全控桥式整流充电电路,从而大大提高了可靠性、降低了造价。

控制电路采用16位INTEL96系列的80C196单片机,控制简洁、方便、可靠。

主回路电路示意图见图所示。

如图所示,三相四线380V交流电压经空气开关KK、快速熔断器KRD、整流变压器降压隔离、再经三相全控桥式整流;整流输出经电感L、电容C滤波,LEM霍尔电流传感器,熔断器RD,接触器至220V蓄电池。微机(80C196单片机系统)控制回路由主控、测量、同步、脉冲输出、信号输入、信号输出及电源等部分组成。

 

3..逆变器设计方案

逆变器的功率单元采用IGBT组成的三相桥式逆变电路;IGBT驱单元采用日本富士公司生产的EXB841驱动芯片组成的驱动电路:逆变控制系统设计采用冗余设计方案:两套由INTEL公司生产的16位微处理器80C196MC组成的控制系统1#和控制系统2# (两者互为备用)共用一组功率单元及其驱动单元。如图2-4所示,逆变器的输入来自整流/充电器的直流输出,经三相IGBT全控逆变桥,在逆变控制系统SPWM控制方式下产生SPWM脉冲波输出,再经特殊设计的隔离变压器(原边为三角形接法,副边为星形接法)隔离、滤波后产生稳压稳频的正弦交流电输出。其中K2为快速晶闸管组成的静态开关,是为实现负载不间断供电而设置的转换开关。


4.旁路电源设计方案

旁路电源是APCUPS电源不可缺少的部分,它分为静态旁路电源和维修旁路电源。静态旁路是指利用静态开关(一对反并联的快速晶闸管组成)来实现逆变器供电和旁路供电之间的同步切换。因为快速继电器的动作时间至少为几毫秒,不能满足不间断供电的要求,而静态开关的导通和关断时间仅为数十微秒,因此可实现负载的不间断供龟。维修旁路电源是为电源装置检修、维修时的备用电源。旁路电源一般取自市电电网。


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