第2章 不间断电源简介
2.2 设备工作过程
当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220V或380Vac交流电压，同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载(150%负载)时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。
2.3 设备异常情况
使用不间断电源是为了应对电网可能出现的以下情况： （1） 停电(电网停止工作，无电压输出)
（2） 压降(亦称下陷，电网电压低于标称电压15%-20%，时间可能持续数秒) （3） 电涌(亦称浪涌、突波，电网电压瞬间高于标称电压10%以上，时间持续数秒) （4） 持续欠压 （5） 持续过压
（6） 线噪(因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰) （7） 频率漂移(发电机不稳定造成的电网频率偏差)
（8） 开关瞬态(亦称暂态，由电气设备开关或放电造成的电压偏差，有时可高达20000伏，但是持续时间极短，仅数纳秒)
（9） 谐波(电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰)
2.4 不间断电源发展特点
（1）高效率、高可靠性
UPS由于IT 设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张、低耗节能需求等客观因素的存在，高效率、高可靠性的UPS 技术倍受关注。为提高UPS 运行效率，高性能电力电子器件不断被研发成功并投入实际应用，如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模块IPM、MOS 控制晶闸管MCT 等，变流技术也需要随着电力电子器件而更新。此外，业界正逐步推广UPS 内部多模块冗余并联运行、甚至多台UPS 组成的系统冗余运行技术，在并联运行中，当单一模块或单机发生故障时，其功能则自动转由冗余单元承担，大大提高了UPS 供电系统的可靠性。
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东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
（2）大功率化、模块化
由于IT 行业迅猛发展，数据中心的数据量也在以爆炸式的速度持续增长，随之而来功率消耗增大。UPS 一方面朝着更大功率的方向发展，另一方面为应对不间断电源容量分期扩充的需求，产品模块化已是不可阻挡的趋势。更个性化的用户需求、更庞大的数据中心规模及更高的维护成本使得UPS 已不再是单纯的不间断供电设备，针对不同行业领域的全套电源供应与管理解决方案才将倍受市场青睐。
行业内针对模块化UPS 解决方案基本形成了两个方向：一是单机冗余化，即通过多模块冗余并联构成大功率单相或者三相UPS，其可用性指标得到了质的飞跃；二是全模块化结构，即一个模块是一台完整的UPS，通过冗余并联直接构成中等功率UPS，在兼顾可用性指标的同时还具有良好的性价比。
（3）高频化
相比传统的工频UPS，高频UPS 采用功率因数校正和高频软开关技术，省去了工频电能转换环节，因此运行效率更高、对电网的谐波污染及无功消耗极小，完全能够满足国内外相关电力行业的标准要求。此外，高频电能变换装置在减小磁性部件体积和重量、降低制造成本、遏制运行噪音、节能环保等方面效果显著，因此越来越受到用户认可。
（4）数字化、智能化、网络化
数字化技术的优势在当今信息社会中愈加明显。在UPS 产品的研发和制造过程中采用全数字化技术可有效缩小产品体积、降低生产成本、提高产品的可靠性及针对用户需求的匹配性；而数字化控制技术则会在UPS 系统运行过程中准确及时地进行信号采样、处理、控制（包括电压电流环等）、通信等工作，并将各环节的控制参数优化统一后发送给UPS 综合控制单元，从而使UPS 系统的运行更具效率，实现更简单、更稳定的通信与均流，并获取优良的电磁兼容指标。智能化主要贯穿于UPS 系统的控制、检测与通信过程中，完全由计算机管理。计算机及其外设能自主应付一些可预见的问题，进行自动处理和调整，发出预警、告警信息等。通信设施所处环境日趋复杂，增大了维护难度，对电源设备的网络化监控管理提出了新的要求。网络化技术可通过对UPS 配置与计算机互连的软硬件接口，实现计算机网络系统及数据资料的双重保护、网络远程事件记录和监测控制、故障告警、参数自动测试分析等功能，使维护人员更为轻松、安全、高效地通过互联网进行数据查询、控制等维护工作。
（5）绿色、节能、环保
在世界能源格局变化加剧，国际油价剧烈震荡，全球能源供应紧张的形势下，节能环保已成为UPS 厂商进行产品技术创新的指导原则。对UPS 而言，输入功率因数的高低表明其吸收电网有功功率的能力及对电网影响的程度。降低电源的输入谐波，不但能改善UPS
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第2章 不间断电源简介
对电网的负载特性，减少给电网带来的严重污染，也能降低对其他网络设备的谐波干扰。已有许多UPS 厂商推出的产品功率因数接近1，可最大限度地减少无功功率的消耗。
2.5 设备分类与应用
UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。
其中，最常用的是后备式UPS，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域。
后备式UPS电源又分为后备式正弦波输出UPS电源和后备式方波输出UPS电源。 后备式正弦波输出UPS电源：单机输出可做到0.25KW~2KW，当市电在170V~264V间变化时，向用户提供经调压器处理的市电；当市电超出170V~264V范围时，才由UPS提供高质量的正弦波电源。
后备式方波输出UPS电源：与后备式正弦波输出UPS电源不同的只是为用户提供50Hz方波电源。
在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，如四通PS系列，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。
在线互动式UPS，同后备式相比较，在线互动式具有滤波功能，抗市电干扰能力很强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波，所以能配备服务器、路由器等网络设备，或者用在电力环境较恶劣的地区。
不间断电源现已广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、UPS不间断电源、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。
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第3章 电流检测系统硬件设计
3.1 单片机原理简介
单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read-only Memory)、基本输入/输出(Input/Output)接口电路。定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能[6]。
3.1.1 AT89C51简述
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式[4]。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C51管脚图如下：
图3.1 AT89C51引脚排列
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第3章 电流检测系统硬件设计简述
3.2 A/D转换电路
3.2.1 ADC0804简述
ADC0804是一个早期的A/D转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。ADC0804是一个8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便的TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压出入端；内含时钟发生器；单电源工作时（0V-5V）输入信号电压范围是0V-5V；不需要调零等等[2]。 ADC0804管脚图如下：
图3.2 ADC0804管脚图
3.2.2 ADC0804外围电路以及与单片机的链接图
图3.3 ADC0804外围电路图
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