开题报告-船用小型UPS电源系统设计.docx

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1、开题报告-船用小型UPS电源系统设计开题报告 电气工程及自动化 船用小型UPS电源系统设计 一、综述本课题国内外探讨动态，说明选题的依据和意义 有些小型船用应急电源一般采纳冲放电板带蓄电池来组成，当蓄电池处在浮充状态时，能够供应不间断电源，但有一些缺点： （1） 受电源的限制功率小，担当的负荷太小，满意不了要求 （2） 不能供应沟通电源 （3） 电源品质不能保证，如波动问题、频率问题等 因此，船上一些重要设备的备用电源不能干脆由充放电板供应，须要更加稳定 UPS（Uninterrupted Power Supply）系统。当船舶主电源发生故障时，在应急发电机启动并正常运行前，为了确保通讯导航设

2、备、无线电设备、检测报警设备及维系生命平安的重要设备供电的连续性，应当采纳更为保险的UPS系统。应急发电机正常运行后，全部的UPS负载均可转移到应急配电板上。那么究竟什么是UPS呢？不间断电源，从名称上看，即保证一些重要负载供电的连续性，如报警设备、监控设备等。这些设备一旦出现供电间断，可能会引起重大事故。UPS主要构成包括整流器、充电部分、蓄电池（组）、直流汇流排、逆变器。UPS的基本工作原理：外部电源经过整流后通过充电回路对蓄电池进行充电，旁通电路给负载供电；当外部电源因发生故障而停止供电时，由蓄电池作为电源，经逆变器逆变后对负载供电。好的UPS系统应满意一下要求：输出正弦电压波形、电源波

3、形畸变小、输出频率稳定、电压波动小、效率高、损耗小、噪音低、操作简洁、修理便利。陆用UPS技术相对成熟，主要是陆地稳定，干扰小，满意以上要求更为简洁。但是，船舶沟通电网的线路及供电质量远不及陆上电网，且由于多种设备集中在船舱狭小的空间内，这对船用UPS电源的抗电磁干扰及牢靠性提出了严格的要求，因此，作为船舶供电网络的关键设备，船用UPS技术的探讨具有重要的理论意义和实际意义。我国在船用UPS的设计和制造方面已经取得了出不成果，但与陆用UPS产品相比还存在着肯定的差距，目前我国船用UPS技术存在诸多局限性。 目前UPS主要向两个方向发展，一是网络智能化限制限制，二是全数字化技术。智能化，即采纳并

4、联技术将多台小功率UPS设备连接后实现并联运行，这样不但可以便利敏捷地配置整个电源系统的容量，而且可以实现电源系统的冗余，大大提高系统的稳定性、可用性、牢靠性，因此船用UPS的限制技术相应地向网络智能化方向发展是势在必行。采纳微处理器、数字信号处理DSP构成的全数字式限制UPS有很明显的优点：可以大大削减限制元件的数量，提高系统抗干扰实力，降低故障率及对工作温度的要求；制作设计敏捷，并联的多台UPS一样性好；可改进性好，一旦有更好的限制方法，只要修改程序即可，无需变动硬件电路，即硬件电路软件化，大大缩短了设计周期；输出电能质量好，牢靠性高，便于实现网络智能化管理；并联多台UPS，限制方法敏捷，

5、更有利于发挥冗余优势。 船上运用UPS具有重要的作用和意义：一，应急作用，当船舶因为意外故障而断电，比如电线老化、气候影响等等，UPS可以防止突然断电而影响船上重要仪器的工作，给船上各个供电系统造成损害；二，消退电源上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，可以极大的改善电源质量，为船舶供电系统供应高质量、不间断的稳定电源。因此，在当前的形势下，船用UPS电源的运用越来越广泛，而对UPS的探讨也是特别有必要的。 二、探讨的基本内容，拟解决的主要问题： 设计一个为船舶中通讯设备，照明设备、限制设备、协助机械设备等供应性能牢靠的后备UPS电源系统。此UPS系统主电路结构如

6、下框图所示， 三相逆变电路 LC滤波 负载 蓄电池组 要求选蓄电池组的电压为168V，能独立供应的线电压为66V，最大输出电流为20A，供电时间为30min，当输出由空载变为满载时输出电压下降不超过2.5%。设计的基本内容： （1） 依据要求设计出主电路的结构形式，画出主电路的原理框图。（2） 主电路各个元件的参数计算和型号选择。（3） 探讨UPS与常用电源的合理切换。（4） 设计蓄电池组的充电回路。（5） 对系统进行仿真和探讨。（6） 整理设计数据资料，设计总结，撰写论文。电路的基本框架图已经给出如上图，各元件的参数选择需经过计算后才能得出。所谓合理切换，即船电正常时UPS系统不工作，当船电

7、不正常时启用UPS系统，保证供电的连续性。充电电路的设计是本文的一个重点，蓄电池电压较高，有肯定的设计难度。充电要求电压必需大于蓄电池组电压，还得保证不能过冲，即应当有电压反馈、锁定环节。当然，UPS中有一个很重要的环节-逆变，逆变技术的先进与否干脆反映电源的质量。本次设计采纳三相桥式电压型逆变电路，原理图如下： 开关器件采纳全控型电力MOSFET，主要特点是驱动电路简洁，须要的驱动功率小。其次个特点是开关速度快，工作频率高，热稳定性能好。MOS管的驱动运用特定的驱动电路完成。直流电输入，电路正常工作时，每个瞬时有三个桥臂导通，同一相的上下两个桥臂要通断互补。为了防止短路直通现象，可实行先断后

8、通策略。MOS管的通断限制采纳PWM限制方法，PWM波由芯产生，输出PWM波形的占空比由软件限制。有电压闭环反馈环节，从输出端进行电压采样，采样值与设定值比较，形成偏差，再通过PI调整器自动调整，把调整信号输入单片机，单片机限制PWM芯片波变更其输出PWM的占空比。三、探讨步骤、方法及措施： （1）查找相关资料，总体方案设计论证，作好开题报告。（2）依据方案，设计所须要的逆变电路。（3）计算所需电力电子器件的参数，选择合适的型号。（4）选择合适的主芯片，设计限制电路。（5）选择适合的芯片，设计蓄电池好充电回路 （6）对所需的电路进行仿真。（7）完成报告，总结设计过程。四、参考文献 1 王兆安,

9、黄俊.电力电子技术M.第4版.北京:机械工业出版社,2000. 2 陈建业.电力电子电路的计算机仿真M.北京:清华高校出版社,2003. 3 阎石.数字电子技术基础M.第4版.北京:高等教化出版社,2005. 4 康华光.陈大钦.电子技术基础(模拟部分)M.第4版.北京：高等教化出版社，2004. 5 杨旭,裴云庆,王兆安.开关电源技术M.北京:机械工业出版社,2003. 6 顾绳谷.电机及拖动基础M.第3版.北京:机械工业出版社,2003. 7 张颖超等.高精度三相PWM波形产生器SA4828在逆变器中的应用J.国外电子元器件,2000,36(9):35. 8 张春来,赵殿礼,文元全.船舶电气M.北京:人民交通出版社,2008. 9 康华光.电子技术基础(模拟部分)M.第四版.北京:高等教化出版社,1999. 10王兆安.电力电子变流技术M.北京:机械工业出版社,2003. 11夏德钤,翁贻方.自动限制理论M.第三版.北京:机械工业出版社,2007.