1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 24V 交流单相在线式不间断 电源 摘要： 文章首先介绍了在线式 UPS 的工作原理，在这基础上对在线式 UPS 的分析和研究，及其在当前应用中所需要具备的各种性能指标。得出了当前 UPS 分类及其缺点，还讨论了对在线式 UPS 的应用技术进行了如何改进，及其介绍了在各行业中的应用实例 关键词： UPS；不间断电源；工作原理；逆变器 1 引言 UPS 设备是整个供电系统的核心，它的作用有两个：一是保证向负载供电不间断；二是改善对负载的供电质量。 UPS 是一种含有储能的装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒 频的不间断电源。当市电输入正常时， UPS
2、将市电稳定后供给给负载使用，此时的 UPS 就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内的蓄电池充电；当市电中断时， UPS 立即将机内蓄电池的电能通过逆变器转换的方式向负载继续供应 220V 交流电，使负载软、硬件不受损坏。 随着计算机在各行业种的广泛应用，越来越多的重要数据、图像和文字要由计算机来处理和存储，如果在工作中突然断电，计算机中随机存储器中的数据和程序就会丢失或损坏，假如这些数据时银行或证券交易等系统中的数据的话，后果将更不堪设想。所以研究如何正确使用及维护 UPS 的技术是非 常必要的，同时对 UPS 的广泛应用具有重大意义，用数字信号处理器的和软件编程的方法替代部分传统的 UPS
3、模拟电路，这比单纯硬件所组成的电路具有更大的优势，在很大程度上提高了系统的集成度，适应了 UPS 的小型化，智能化，环保化和系统集成化的发展趋势。 1 2 UPS 工作原理 在线式 UPS 在工作时，首先将市电转化为直流电给 UPS 电池充电，同时逆变器将此直流电逆变为交流电为负载供电，由于市电经过了交流到直流、再到交流的转换过程，所以市电中原有的干扰和脉冲电压成分已经过滤得非常干净，因此，由在线式 UPS 逆变出来的电压很稳定 。由于逆变电路始终在工作，所以当停电时， UPS 能马上将其存储的电能通过逆变器转化为交流电对负载进行供电，从而达到了输出电压零中断的切换目 标。 2 3 UPS 具
4、备的功能和电性指标 3 3.1 基本指标 （ 1）应能在各种复杂的电网环境下运行 （ 2）在运行中不应对电网产生干扰污染 2 （ 3）输出电性能指标应该是全面、高质量、能满足负载各种要求 （ 4）其本身应有很高的效率、接近实际电网的输出能力 （ 5）有高度智能化的管理和网络保护功能 （ 6）要由很强的可用性、可管理性、可扩充能力 （ 7）能满足对环境温度和湿度的要 求，对安装地的海拔要求，以及可听噪声水平 3.2 电性能指标 （ 1）容许电网电压幅值变化的范围（ 2） UPS 输入功率因数 (3)输入电流的谐波成分 (4)频率跟踪范围（ 5）频率跟踪速率（ 6）输出电压稳定精度（ 7）输出电压
5、波形失真度（ 8）输出电压频率稳定精度(9)输出电压幅值的三相不平衡度（ 10）三相负载不平衡能力（ 11）试点掉点输出电压切换时间（ 12）输出电压动态响应特性（ 13）双向干扰能力。 4 UPS 的分类及特性 4-6 UPS 在 60 年代主要是旋转发电机式的工作方式，发展至今天以成为具有智能化程序较高的静止式 全电子电路的工作方式。目前， UPS 一般均指静止式 UPS，按其工作方式分类为后备式、在线互动式、在线式三大类 （ 1）后备式 UPS 后备式 UPS 在市电正常时直接由市电向负载供电；当市电超出其正常的工作范围或停电时通过逆变器，将蓄电池中存储的化学电能向负载供电。其特点：结构
6、简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压波形稳定精度差，且有切换时间 （ 2）在线互动式 UPS 在线互动式 UPS 在市电正常时与后备式 UPS 相同，特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等优点，但同样存在切换时间 （ 3）在线式 UPS 在线式 UPS 在市电正常时，对市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供恒压恒频的交流电；在市电异常时，逆变器由蓄电池提供较宽的输入电压范围，无切换时间，且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本高，目前，功率大于 3KVA 的 UPS几乎都是在线式 UPS，本文所研究的 UPS 便属于在线式 UPS。 5
7、 如何对在线式 UPS 的改进 由于早期的微处理器的运算速度有限，通常只具有基准正弦线号的生成，难以控制 UPS 的静态开关以及实现保护和显示等功能，所以作为 UPS 的核心逆变器早期仍然需要靠模拟电 路控制。近年来，推出的适用于 UPS 控制的 DSP 芯片，且功能越来越完善，性能也越来越优越，使得 UPS 控制3 技术朝着数字化、智能化及系统化的方向发展，同时对电力电子技术的发展起到了巨大的推动作用。7 模拟控制的缺点： （ 1）模拟控制采用大量的分散元件和电路板，必然导致硬件成本偏高，系统的可靠性下降； （ 2）由于一些人工调试器件的存在，如调试电位器，导致生产效率降低及控制系统的一致性
8、下降； （ 3）由于器件的老化问题及热漂移问题的存在，将导致 UPS 输出性能下降甚至输出失败； （ 4）产品升级换代困难，对于模拟机要向 升级必然要对控制系统做改动，则离不开对硬件的改进； （ 5）模拟控制的监控功能有限，一旦出现故障，一般限于光报警等，只有技术人员亲临现场方可排除，存在极大的不便； 随着信息技术的发展，高速数字信号处理芯片（ DPS）的出现，使得数字化的控制在更广阔电气控制领域中应用有了可能性，也成为主要发展趋势之一。 8-10 把数字信号处理芯片（ DPS）引入 UPS 主要优点有 : （ 1）数字化控制可采用先进的控制方法和智能控制策略，使得 UPS 的智能化程度更高，
9、性能更加完善。 （ 2）控制灵活，系统升级方便 11-12。不必对硬 件做改动，通过修改控制软件就可以提高原油系统的控制性能 （ 3）控制系统可靠性提高，易于标准化。 13-14 （ 4）系统维护方便， 15 （ 5）系统一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不会像模拟器件那样存在差异，所以对同一控制程序的控制板，其一致性是很好的，也没有模拟系统中模拟器件调试带来的个体差异性问题，那么痛以控制板的一致性就会比模拟系统高很多。采用软件控制，实现硬件软件化，使控制板的体积大大减小，生产成本大幅度下降； （ 6）易于组成并联运行系统，较方便的获得所需要的信息，利用相应的算法实现 UPS 的并联
10、运行系统。 16-17 目前， DSP 的性能已经得到了很大的发展，例如提高了机器周期速度并增强了程序设计指令装置，成本更低、性能更高的 DSP 控制器为 UPS 设计提供来了一个改进的、高性价比的解决方案，同时， DSP 控制技术可以满足先进的电源拓扑电路的工作需求。随着用户对电源保护的要求的越来越严格，在线式 UPS 产品也得到了很大的发展，此时改进 UPS 工作状况不再是设备的工作模式，而是从集成化的角度来替换由电容、电阻和二极管等器件组成的模拟电路设计方案，也就是应用 DSP 技术来改善在线式 UPS 设计，这样做的好 处是使得集成化程度更高，系统控制更精确，升级更加方便，DSP 高速
11、的处理速度，也使得数字 PID 控制、无差拍控制、重复控制、模拟控制以及神经网络控制4 等先进的控制方法得以实现 可见，采用 DSP 控制的 UPS 有着诸多的优点， UPS 的数字化才是发展的主要方向。 18 6 结论 在控制理论日新月异的高速发展的情况下， UPS 数字化控制在工业实际应用中占据着垄断地位，的却值得我们去思考。设计一种高效、可靠性强、高性能的数字化 UPS 迫在眉睫，是当今和将来的发展的主要方向 7 参考文献 1 侯明鑫，黄玉水，余运俊，一种新型的基 于 DSP 的全数字在线式 UPSJ.通信电源技术， 2006,23（ 4） ;5657 2 周志敏，周纪海，纪爱华， UP
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