1．目的及意义

船舶是目前重要的交通工具之一，无论是在旅游出行，货物进出口等不同的交通运输领域都扮演着十分重要的角色，为了确保船舶供电系统的稳定运行，一般会有3套供电系统：1.主供电系统、2.应急电源、 3.直流蓄电池供电系统。在一般的情况下，船舶靠主供电系统进行供电，但是当发生突发情况时，主供电系统暂时无法供电时，不间断电源（UPS）就可以缓解燃眉之急，临时取代主电源，针对不间断电源（UPS）技术，可以说是近两年才迅速发展起来的一个新兴的产业，早期的UPS产品因为电子技术及相关技术、工艺水平等的限制，备用时间短，智能性差，随着电力电子技术的不断发展，它的性能也不断的提高，正向小体积，高功率，高可靠性，动态性能好，功能全面，控制灵活的特性发展。如今。USP(EPS)产品种类越来越齐全，包括从几百乏小型单相USP(EPS)到数兆乏大型三相USP(EPS)供电系统，以满足生产、生活中不同的需求。

针对不间断电源（UPS）技术，可以说是近两年才迅速发展起来的一个新兴的产业，早期的UPS产品因为电子技术及相关技术、工艺水平等的限制，备用时间短，智能性差，所以主要作为汽车和计算机的备用电源，而其他行业就涉及的比较少，比如航海业，所以普及率很低。如今，由于电力电子技术的快速发展，它已经可以带有很多其他丰富的功能，成为一个更广泛意义上的应急电源。UPS应急电源系统主要包括整流器、整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置和系统控制器等部分。其中的逆变器是核心的部分，常采用DSP或者单片机对逆变部分进行SPWM调整控制，从而获得良好的交流波形输出。在国内国际设计的标准上都着重考虑它的安全性、可靠性、适合性以及合理性，把标准总结起来具体来说就是：1.供电的及时性；2.负载的适应性强；3.多路输出，反正故障的产生4.有手动和自动的切换；5.环境的适应能力强，特别是在恶劣环境；6.使用的寿命长；7.报警功能齐全，以防止危险情况的出现；8.维护简单。说起EPS应急电源，目前市场上的品牌众多，在排行榜前十的有：美国的固特异、中国的纽曼、奥舒特、飞毛腿、电将军汽车用具、卡儿酷车品、极能宝、小能人、敏华、恩凡。而且在设计上所采用的控制方法和控制手段不尽相同，而按所带的负载进行分类，可以分成1.照明型，目前有我国的单相EPS的WY系列；2.照明/动力混合型，目前有我国混合供电的三相系列EPS的WYS系列；3，动力型，有直接给电动机供电的变频系列EPS的WYS/B系列。

UPS包括几个不同的部分：逆变部分、变压整流部分、滤波部分。

整流器（英文：rectifier）是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电装置及侦测无线电信号等。整流器可以由真空管，引燃管，固态矽半导体二极管，汞弧等制成。相反，一套把直流电转换成交流电的装置，则称为amp;ldquo;逆变器amp;rdquo; （inverter）。在双变换UPS中，此装置既为逆变器供电，又给蓄电池充电，故称为整流器/充电机。整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。单相桥式整流器电路的工作原理：电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。

在UPS技术的发展中，要数其中的滤波技术发展的迅速，滤波电路包括输入滤波、直流电压滤波以及交流输出滤波三大类，这里具体介绍一下输出交流滤波器，它的作用使滤除逆变桥输出SPWM波中的谐波分量，表面看好像LC滤波参数越大，系统输出波形越好。实际上，滤波时间常数越大，不仅滤波电路的体积和重量过大，而且滤波电路引起的相位滞后也变大，采用闭环波形反馈控制时，整个系统的稳定性也就越差。可以对电源线中的特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效的滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。对于滤波器的具体设计要根据中心频率、截止频率、通带带宽、插入损耗、波纹等参数来确定

相比于相对成熟的滤波技术而言，将整流和变压技术运用于UPS技术之中仍然有几个相当棘手的问题有待解决，功率因数不高就是其中之一，为此特别引入了PFC技术来进行功率因数校正，所谓的PFC技术就是能够有效减小电流谐波，提高电源转换效率，目前PFC技术通常会分成有源PFC和无源PFC两种，在平时的应用过程中，工程师们常常提到的有源PFC技术，其实就是在整流电路和负载之间增加一个功率变换器，然后应用电流反馈技术，通过一些适当的控制方法不断调节输入电流，使其跟踪输入正弦波电压波形，将输入电流校正成与电网电压同相的正弦波，因而功率因数可调高到近似为1，由于该方案中应用了有源器件，故称为有源功率因数校正，也被称为APFC。即对电路采取措施，使输入电流波形接近正弦波并与输入电压同相位，电流正弦化便使γ=1，同相位就是因数cosφ=1。而无源PFC电路在实际应用的过程中，由于其成本相对较低，因此曾经一度得到了广泛的应用。不过，这种PFC电路设计方式目前已经逐渐开始被有源PFC电路所代替。尽管如此，作为一种比较基础的PFC方式，刚刚开始接触电路设计工作的新人工程师们还是有必要了解一下无源PFC电路工作原理知识的。所谓无源PFC电路，也被称为被动式PFC，顾名思义，就是在其电路设计的过程中并不使用晶体管等有源电子元器件，被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”无源，其中比较简单的无源PFC电路由三只二极管和两只电容组成。而另一种主动式PFC也称为有源式PFC，它是由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，但成本也相对较高。此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

目前，市面上虽然有船用的UPS不间断电源，但是由于输出功率因数不理想供应电能不可靠等问题，使得它依然没有被推广，本次毕业设计就针对输的功率问题设计出一个高功率因数船用不间断电源。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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船用不间断电源是一种放置在船舶上，当主供电系统暂时不法正常供电时紧急的双变换在线式的UPS电源，在船公共电网正常时，由电网经AC/DC、DC/AC两次变换后供电给负载，当电网异常时，它由蓄电池经过DC/AC变换供电。目前，市场上普遍是采取这样的方式，由于两条供电的途径，所以称它为双变换在线式UPS。这种方案在电网异常时，特别是在紧急情况下需要高功率的电能时，就无能为力了，因此本次设计在整流器后加入一个有源PFC校正电路，以做到输入电源为AC380v船用发电机交流电和DC24v直流电源，高功率因数输出AC220v，供应时间不低于30分钟。

2.1设计原理分析