上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院 程立松 帥江華

一種新型不間斷交流電源的設(shè)計(jì)

上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院 程立松 帥江華

為了解決缺電地區(qū)的家庭供電問題，采用光伏發(fā)電或光伏發(fā)電與市電相互補(bǔ)充對可充電電池進(jìn)行充電的方式，大大縮短充電時(shí)間，從而提高了停電后的供電效果，采用正弦波輸出，能更好地適應(yīng)各種電器的供電。

光伏發(fā)電；交流電源；設(shè)計(jì)

1　引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化的突飛猛進(jìn)，人民對生活質(zhì)量的要求日益增高，大家對電力的需求也不斷加大，就非洲及我國邊遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)，目前還嚴(yán)重缺電或無電力供應(yīng)，但這些地區(qū)的光照充沛，很適用光伏發(fā)電，同時(shí)也順應(yīng)國家對低碳經(jīng)濟(jì)建設(shè)的要求。

目前已有的不間斷電源，存在充電方式單一，不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和光伏并聯(lián)充電的兼容，對充電效率、電池使用壽命均不利，而輸出大部分采用方波，諧波份量大，對電器不利。

2　新型不間斷電源工作原理

采用光伏與市電互補(bǔ)對可充電電池進(jìn)行充電，電池充電和電源輸出均采用單片機(jī)控制，工作原理框圖如圖1所示：

圖1　

單片機(jī)控制器：是對用電器供電切換，市電與光伏電池對可充電電池充電控制，DC/AC變換控制的中心部件，能實(shí)現(xiàn)輸出純正弦逆變、過壓、欠壓保護(hù)等功能。

可充電電池充電電路：采取市電和光伏電池并聯(lián)對可充電電池充電，根據(jù)常用可充電電池的特征，一般采用恒流充電和浮充對可充電電池的壽命有利，充電時(shí)間控制在6—8小時(shí)能充分利用光伏電池，因此采用0.2C（C為可充電電池的容量）。

公式里，I總為可充電電池的充電總電流；

I光為光伏電池輸出電流；

I市為市電充電電流。

光伏電池的輸出電流與太陽照射強(qiáng)弱有關(guān)，以充分利用光伏電池為主，單片機(jī)控制市電充電器的輸出電流以達(dá)到如下關(guān)系：

為了提高可充電電池的充電效率和電池壽命，防止可充電電池溫升過高及產(chǎn)生電壓記憶等不良現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)恒流充電達(dá)到80%左右時(shí)，轉(zhuǎn)入浮充方式。

市電充電電路采用開關(guān)電源，在單片機(jī)的控制下，其輸出電流為I市=0—0.2C范圍內(nèi)可調(diào)，當(dāng)I光=0.2C時(shí)，I市=0，當(dāng)I光=0時(shí)，I市=0.2C。開關(guān)電源能適應(yīng)輸入電壓AC：135—270V，以確保充電器能在電力欠缺地區(qū)的電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定環(huán)境下正常工作。

DC-AC變換器：采用單片機(jī)控制SPWM信號控制的產(chǎn)生，同時(shí)利用輸出變壓器及濾波電容產(chǎn)生諧振以達(dá)到輸出為50Hz正弦波交流電，功率因數(shù)能達(dá)到0.9以上，從而更適應(yīng)各種電器的使用。

切換器：通過單片機(jī)對市電供電情況進(jìn)行檢測，當(dāng)市電掉電或電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過±10%范圍時(shí)，自動(dòng)切換到DC-AC變換器供電，切換時(shí)間小于20mS；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常時(shí)，能自動(dòng)切換到市電供電方式。

產(chǎn)品配套：供電器（500W—5kW），光伏電池板，可充電電池（48V—96V）；500W—1kW的供電器選用48V可充電電池組和光伏電池板，1kW以上的選用96V可充電電池組和光伏電池板。可充電電池的容量根據(jù)均勻每次停電時(shí)間長短來確定，一般為100Ah—5000Ah，光伏電池板的選擇要根據(jù)選定的可充電電池組電壓和容量來計(jì)算確定：在光照強(qiáng)時(shí)，其輸出電流能達(dá)到可充電電池組的容量的0.2為準(zhǔn)，電壓等級為可充電電池充電的最高電壓：如48V可充電電池組能充電到56V，96V可充電電池組能充電到112V。

3　小結(jié)

綜上述，本電源采用了以單片機(jī)控制為核心，從而達(dá)到電路簡單，體積小，可靠性高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別是輸出為正弦波，可充電電池使用壽命長，在國內(nèi)電力不足及非洲等地，使用效果好，功率因數(shù)高，對感性、容性負(fù)載均能良好適應(yīng)。