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基于DSP在线式UPS不间断电源控制系统的研究
随着计算机的普及和信息处理技术的广泛应用,不在关键负载连接至公共电网方面扮演着重要角色。它们旨在为处于任何正常或异常实用设计提供增强的、经济高效的解决方案,可以高速执行多种控制算法,从而使实现高采样速率成为可能。
本文实现了基于TMS320F28335的不间断电源控制系统的设计,该系统能够在单芯片中实现在线UPS的多控制环路,从而提高集成度并降低系统成本。数字控制还为每个带来可编程性、抗噪声干扰和避免冗余电压及电流传感器的使用等优点。DSP可编程性意味着可以使用增强的算法更新系统以提高可靠性。
UPS主要按工作方式来分类,它分为后备式、在线互动式、在线式三大类。在线式UPS输出多为正弦波,且电压及频率稳定,所以它多被用在供电质量要求很高的场所。本文所介绍的UPS供电系统是属于在线式的,主要由输入滤波器、充电器、DC/DC变换器、微、逆变电路、输入功率因素调节电路、RS232通讯接口、报警电路等部分组成。
UPS系统的采用TI公司推出的业界首款浮点TMS320F28335DSP,它具有150MHz高速处理能力,具备32位浮点处理单元,单指令周期32位累加运算,可满足应用于更快代码开发与集成高级的浮点处理器性能的要求。与前代领先的DSP相比,最新的F2833x浮点不仅可将性能平均提升50%,还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28xTM软件的特点。该系统总体框图如图1所示。
当市电正常时,在线V交流电压,经过EMI/RFI滤波后,被送到继电器RY2。当市电电源的电压正常时,RY1继电器处于闭合状态。在此条件下,市电电源将分以下几路去控制后级电路的运行:
(I)市电直接经交流旁路被送到常闭触点继电器RY2,然后向负载供电。这种情况一直维持到UPS执行开机“自诊断”检测操作后,通过微处理器的调控将UPS从市电供电状态切换到逆变器供电状态为止。
(III)市电电源经由保险丝后,再经带输入功率因数调节功能的整流滤波器,变成两路直流电源。该直流高压电源在逆变器内经正弦脉宽调制功率放大和高频滤波后,变成一路幅值稳定,频率和相位同步跟踪市电电网频率和相位的高质量的纯正正弦电源,最后通过输出滤波器送到负载。
产品型号 | BH10S/BH10L | BH20S/BH20L | BH30S/BH30L | BH60S/BH60L | BH100S/BH100L |
产品容量 | 1KVA/0.8KW | 2KVA/1.6KW | 3KVA/2.4KW | 6KVA/4.8KW | 10KVA/8KW |
整机特性参数 | |||||
整机体制 |
双转换高频在线式 |
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整机结构 |
采用塔式和机架式结构设计 | ||||
整机满载效率AC-AC | >90% | ||||
噪音(距离前面2米) | <50dB | ||||
工作温度 | 0~40℃ | ||||
储存温度 |
-15~60℃(不含电池) | ||||
湿度 |
<95%无冷凝 | ||||
安全标准 |
GB/T14715 | ||||
电磁兼容标准 | EN50091-1/2 | ||||
保护功能 |
过载、短路、过温、市电过高/过低、电池过高/过低 | ||||
直流启动功能 |
具备 | ||||
配接发电机功能 |
具备 | ||||
手动旁路 |
无 |
选件 |
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显示 | LCD:市电下UPS运行状态、逆变状态、旁路状态、电池状态、电池量、负载量、故障信息等 | ||||
声光报警 |
自动 | ||||
静音 |
自动 | ||||
输入特性参数 | |||||
输入电压范围 |
100%负载:180~300Vac,50%负载:110~300Vac |
175~280Vac | |||
输入频率范围 | 50/60Hz(自适应) | ||||
输入功率因PF |
0.99 | ||||
总谐波失真(THDI) | <5% | ||||
输出特性参数 |
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输出电压 | 220Vac | ||||
输出功率因数 | 0.8 | ||||
输出电压稳定度 |
220Vac±1%(静态负载);220Vac±2%(50-0%负载跃变);220Vac±5%(100-0%负载跃变) | ||||
输出频率(市电) |
46Hz≤输入频率≤54Hz时,输出和输入保持一致;输入频率小于46Hz或大于54Hz时输出频率锁定在50Hz | ||||
输出频率(电池) | 50Hz±0.2% | ||||
输出波形 |
纯正弦波 | ||||
失真度 |
<1%(线性满负载),<3%(非线性负载) | ||||
过载 |
>125%过载运行时间大于30秒; >150%过载运行立即转旁路关机 |
>120%过载运行时间30秒; >150%过载运行立即转旁路关机 |
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峰值因数 | 3:1 | ||||
逆变效率 | >90% | ||||
短路 |
电路自动保护,输出为零 | ||||
输出异常 |
逆变器输出自动闭锁保护 | ||||
噪声抑制 |
EMI/RFI滤波器 | ||||
电池过低 |
关机保护 | ||||
动态响应 |
满载3%,稳定时间为20毫秒 | ||||
自动重新启动 |
具备 | ||||
软件设定开/关机 |
具备 | ||||
旁路特性参数 |
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静态旁路转换时间 | 0ms | ||||
静态旁路输入范围 | 80Vac±5%~285Vac±5% | ||||
旁路逆变转换时间 | 2ms | ||||
电池特性参数 | |||||
电池类型 |
密封铅酸免维护电池 | ||||
标配电池额定电压、节数 |
12V/7Ah×2/3节 |
12V/7Ah×4/6节 | 12V/7Ah×6/8节 | 12V/7Ah×16节 | 12V/7Ah×16节 |
标配电池额定备用时间 | 5-15min | 5-15min | 5-15min | 5-15min | 5-15min |
长延时电池额定电压 | 36Vdc | 72Vdc | 96Vdc | 192Vdc | 192Vdc |
标配充电电流 |
1A | 1A | 1A | 1A | 1A |
长延时充电电流 |
4A | 4A | 4A | 4A | 4A |
接口特性参数 |
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通讯接口 |
RS232标配;/SNMP/RS485/干接点(选件) |
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监控软件 | 具有各种操作系统下的监控管理,市电及电池状态、市电故障、电池电压低、遥控关机、控制菜单 | ||||
物理参数 |
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标机尺寸mm(深×宽×高) |
405×145×220 |
465×190×345 | 465×190×345 | 500×240×620 | 500×240×620 |
净重量Kg |
10.5/12 | 22.5/25 | 27.5/29.5 | 60 | 57 |
长机尺寸mm(深×宽×高) |
405×145×220 | 465×190×345 | 465×190×345 | 500×240×460 | 500×240×460 |
净重量Kg | 6.5 | 12 | 12.5 | 18 | 20 |
购买人 | 会员级别 | 数量 | 属性 | 购买时间 |
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