CN105305599A - 一种舰用ups电源设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种舰用UPS电源设备，主要由机壳、主机、蓄电池组组成，机壳采用铝合金材料，在机壳的底部和后背部设置有减振弹簧装置；机壳内壁经过喷砂-镀镍-涂防腐漆的三级防腐处理；主机电路主要由二十四相整流器、充放电单元、逆变器单元、静态开关、手动旁路开关构成；主机由主电源、旁路电源和所述电池组三种方式供电。通过使用本设备，可以有效地解决舰用环境下对UPS电源设备散热、抗震动与冲击、三防、电磁兼容性等方面的要求，满足舰载重要负载设备对不间断电源需求，提高系统设备的运行稳定性。

Description

一种舰用UPS电源设备

技术领域

本发明涉及舰用电源技术领域，主要指在交流舰供电正常和异常时不间断地向负载提供单相220V、50Hz优质正弦交流电能的UPS电源设备。

背景技术

当前市场上商用UPS电源设备主要是针对环境条件较好的陆地建筑物室内环境下使用，像舰船这种恶劣环境条件使用的UPS电源，如果不采用多重防范设计措施，特别是电源的整流电路部分、充电电路部分、逆变器部分、静态开关转换部分和箱体电磁兼容性方面，不能较好的满足现有舰用条件下对UPS设备使用的需要。另外UPS电源的稳定性也直接影响着舰船的安全性和可靠性。

当前商用UPS电源设备还不能按照有关军用标准规范要求，通过相应的试验考核，并在舰用恶劣环境下(如震动、冲击、盐雾、电磁干扰等)稳定工作。同时，还存在以下不足：

1.现有的工频整流电路的输入电流畸变率都在15％以上，会产生电磁环境污染。

2.现有的充电电路对电池的充电状态不完善，很多都是单浮充充电，对电池的使用寿命产生极大影响。

3.现有的逆变器的稳态特性，瞬态特性和对各类型负载的谐波失真度等指标偏大，对负载有一定的损坏可能性。

4.现有的设备多数无法达到逆变器输出于旁路输出转换时0秒切换。

5.现有的UPS电源设备对电磁兼容干扰没有处理和防范措施。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种新型舰用UPS电源设备。该设备采用新型的设计方法，在满足军用标准规范环境适应性要求和系统对设备技术性能要求的前提下，可在舰用恶劣环境下可靠稳定工作。通过该设备研制，能够使UPS设备的各项指标大幅提高，从而对舰用UPS设备的发展起到重大作用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种舰用UPS电源设备，其特征在于：主要由机壳、主机、蓄电池组组成，主机和电池组都安装于机壳内；所述机壳采用铝合金材料，在机壳的顶部设置有一吊板，在吊板上安装有吊环；在机壳的底部和后背部设置有减振弹簧装置；所述机壳内壁经过喷砂-镀镍-涂防腐漆的三级防腐处理；所述机壳内所有电缆均用线夹固定，所有电缆采用屏蔽电缆；所述主机内部电路板全部进行三防处理，电路板上的分立元件采用点胶方式进行固定；所述主机主要由二十四相整流器、充放电单元、逆变器单元、静态开关、手动旁路开关构成；所述主机由主电源、旁路电源和所述电池组三种方式供电，其中，所述主电源为正常工作时的交流供电电源，旁路电源为设备过载、故障时的备用交流电源，电池组为没有交流供电情况下的应急电源；所述主电源经过输入变压器隔离和移相变换为每隔15°的4组三相电源，然后经二十四相整流器整流将交流电变换成直流电，之后一路供给充放电单元，另一路供给逆变器单元，在逆变逆变器单元将直流电变换成正弦波交流电，经输出变压器隔离和变压后为负载供电。

进一步讲，所述机壳表面采用导电处理，并在连接缝隙处采用导电衬料作电场屏蔽。

所述主机电路上还设置有滤波器；所述滤波器输入和输出线均采用屏蔽线，并分离走线，避免形成回路；滤波器良好接地。

在所述旁路电源与主电源的输出电路之间设置所述的静态开关，通过所述静态开关完成旁路电源与主电源的切换。

在所述静态开关之后的电路与所述旁路电源电路之间设置所述的手动旁路开关，在UPS设备维修时，由手动旁路开关将负载切换至旁路电源工作。

所述静态开关和所述手动旁路开关是双刀切换开关。

所述减振弹簧装置，包括一弹簧支架，在弹簧支架中间安装弹簧，所述弹簧支架的顶面焊接到机壳的底板上，所述弹簧支架的底面焊接到一底座上，所述底座着地。

更进一步讲，所述减振弹簧装置在机壳的底部至少安装2组，为偶数组安装，并且对称性安装，并且横纵向安装都兼顾。

本发明通过使用本设备，可以有效地解决舰用环境下对UPS电源设备散热、抗震动与冲击、三防、电磁兼容性等方面的要求，满足舰载重要负载设备对不间断电源需求，提高系统设备的运行稳定性。

附图说明

图1-1是舰用UPS电源设备外观侧视图；

图1-2是舰用UPS电源设备外观前视图；

图2是舰用UPS电源设备主机工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明，但并不构成对本发明的限制。

如图1所示，本发明舰用UPS电源设备主要由主机1、蓄电池组2共两大部分组成，均装于防磁防腐防漏电的机壳3内。

首先介绍一下机壳的结构以及它的固定安装措施。对于舰船来讲，环境恶劣，所以UPS电源的机壳也进行了改进设计，主要体现在以下几方面：

1.舰用UPS电源设备机壳设计成通风式结构，整机材料选用铝合金。机壳可分为框架和面板部分，机壳框架加工工艺是铝合金拼焊工艺，框架与面板各部分之间采用螺钉连接，搭接处加装导电衬垫进行电磁兼容屏蔽；在机壳的背面、侧面或底面设计有通风口。

2.设备采取有效抗振动与冲击措施，确保设备满足技术要求中的振动、冲击条件。在机壳的顶部设计有一吊板31，避免对机壳造成直接损坏，在吊板上安装有吊环32，用于拴住绳索吊转设备。在机壳的底部，为了减振，设计了减振弹簧装置支撑在机壳底部，所述减振弹簧装置包括一弹簧支架33，在弹簧支架中间安装弹簧34，弹簧支架的顶面焊接到机壳的底板上，弹簧支架的底面焊接到一底座35上。底座35着地。在机壳与底座中间加载弹簧，由此可以缓冲UPS的振动性。在机壳的底部共可安装至少2组这样的减振装置，并且最佳为偶数对，对称性安装，这样可以保证设备的平稳性；更进一步讲，应该横纵向安装都兼顾，如图1-1和1-2所示，图中共有4组弹簧装置，两两对称安装于箱底的前后，并且前端与后端的两组互为垂直性安装，这样一是可以节省空间多装一些弹簧，二是可以缓冲多向冲击。所机壳的底部安装减振是为了减轻纵向冲击，在机壳的后背部也安装有减振弹簧装置，则可以减轻设备所受到的横向冲击。

另外，主机1安装于机壳内，内部所有电缆均设计有固定用线夹，固定到壳体上，确保在振动冲击中不会造成线缆松脱。

3.三防设计。在高温、高湿、高盐环境中，湿、热、盐气体会通过设备主机通风孔进入结构内部，对设备板卡造成腐蚀和结水，影响设备正常可靠工作，因此必须对系统进行有效的三防设计：因此，

a)主机内部电路板全部进行三防处理；

b)内部电路板的分立元件采用点胶方式进行固定；

c)所有安装标准件选用不锈钢材质；

d)设备内壁(即机壳的内壁)进行三级防腐处理(喷砂-镀镍-涂防腐漆)。

4.设备电磁兼容的设计重点在对设备的壳体和电缆进行电磁兼容性设计，综合利用屏蔽、滤波、接地等技术，重点对RE102和CE101的抑制进行优化设计，保证电磁兼容性指标：

1)屏蔽设计

设备主机屏蔽设计主要靠机壳屏蔽及电缆屏蔽保证。屏蔽分为电场屏蔽和磁场屏蔽，机壳屏蔽选用具有良好的电场屏蔽性能、磁场屏蔽性能的高导电材料。具体措施如下：

a)壳体框架和面板选用高导电的铝合金材料；

b)机壳表面采用导电处理并在连接缝隙处采用导电衬料有效解决电场屏蔽的问题；

c)设备前面板用导电材料有效地防止了电磁波的泄露。

2)滤波设计

a)由于主机上电源输入端都装有军用直流滤波器，具有优异的共模和差模抑制能力，对电源线对尖峰干扰具有良好的抑制作用，滤波器安装在导电金属表面上，位置靠近电源入口处；

b)滤波器输入和输出线均采用屏蔽线，并分离走线，严禁捆扎在一起，避免形成回路；

c)滤波器保证接地良好。

3)电缆辐射抑制

a)电源线采用屏蔽导线；

b)电缆屏蔽通过选择舰用屏蔽电缆并对电缆合理布局。

4)接地设计：设置独立的机壳地。

在设备机壳的正面设计有操作面板和仪表显示等，见图1-2，用于对主机的控制。

为适应于舰用，本发明在UPS主机方面进行了如下设计：

舰用UPS电源设备主机对外有485接口，内部电路主要由二十四相整流器11，充放电单元12，逆变器单元13，以及静态开关14，手动旁路开关15组成，设备工作原理如图2所示。如前所述，主机内还设置有滤波器，与整流器一起完成整流与滤波，然后变成直流电。

舰用UPS电源设备采用在线式工作方式，由舰上配电盘提供交流主电源和旁路(备用)电源，自带电池组2为应急电源。

在交流电源正常供电期间，UPS主机按“双变换(AC/DC、DC/AC)”结构模式工作。本设备将输入的三相电源(380V或220V，50Hz)经输入变压器16隔离和移相变换为每隔15°的4组三相电源，然后经二十四相整流器11整流将交流电变换成直流电(24相整流器的特点是输入功率因数高)；之后，一路直流电供给充放电单元12，在充放电单元12中，在充放电控制器的控制下，经充电器对电池组按标准充电曲线进行恒流、恒压充电；另一路直流电供给逆变器单元13，在逆变控制器的控制下，逆变器将直流电变换成高品质的正弦波交流电(正弦波失真≤3％，稳压精度±2％)，经输出变压器17隔离和变压后为负载供电。

旁路电源是UPS设备的备用交流电源，当UPS设备因过载、故障等原因退出工作时，由静态开关14自动切换至旁路电源供电，保持输出不断电。静态开关14是一双刀切换开关，两开关刀之间的转换时间几乎为“0mS”；在主电源正常供电，UPS设备正常工作期间，静态开关14的一路开关刀接通，主电源正常供电；当UPS设备过载时，静态开关14的另一开关刀接通，旁路电源供电。静态开关14由静态开关控制器18控制，静态开关控制器18根据逆变器是否发生逆变决定开关的状态。

主机中还配置一手动旁路开关15，手动旁路开关15连接于静态开关14之后的电路与旁路电源电路之间，也是一双刀开关，在UPS设备维修时，可由手动旁路开关15将负载切换至旁路电源工作。手动旁路开关是先通后断型的，转换过程中不中断负载供电。

在交流电源(包括主电源与备用电源)供电中断时，由电池组2通过充放电单元向外放电，电池组2放电继续提供能量，保持逆变器不间断向负载供电(在电池规定放电时间内)。电池组2可由多组电池组合而成，数量视用电载荷的大小配置。

本发明从设备的加固性，抗振抗电磁干扰性，防潮防尘性等方面对UPS进行了加强设计，1)对设备采取有效三防设计、抗振动与冲击设计，能够使设备可适应有关军用标准规定的舰用恶劣环境；2)对设备综合利用屏蔽、滤波、接地等技术措施，能够使其具有良好的电磁兼容性。此外，对于主机方面进行了多电源供给设计方案，确保了UPS的无间断性供电。

Claims (10)

1.一种舰用UPS电源设备，其特征在于：主要由机壳、主机、蓄电池组组成，主机和电池组都安装于机壳内；

所述机壳采用铝合金材料，在机壳的顶部设置有一吊板，在吊板上安装有吊环；在机壳的底部和后背部设置有减振弹簧装置；

所述机壳内壁经过喷砂-镀镍-涂防腐漆的三级防腐处理；

所述机壳内所有电缆均用线夹固定，所有电缆采用屏蔽电缆；

所述主机内部电路板全部进行三防处理，电路板上的分立元件采用点胶方式进行固定；

所述主机电路主要由二十四相整流器、充放电单元、逆变器单元、静态开关、手动旁路开关构成；所述主机由主电源、旁路电源和所述电池组三种方式供电，其中，所述主电源为正常工作时的交流供电电源，旁路电源为设备过载、故障时的备用交流电源，电池组为没有交流供电情况下的应急电源；

所述主电源经过输入变压器隔离和移相变换为每隔15°的4组三相电源，然后经二十四相整流器整流将交流电变换成直流电，之后一路供给充放电单元，另一路供给逆变器单元，在逆变逆变器单元将直流电变换成正弦波交流电，经输出变压器隔离和变压后为负载供电。

2.根据权利要求1所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述机壳表面采用导电处理，并在连接缝隙处采用导电衬料作电场屏蔽。

3.根据权利要求1所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述主机电路上还设置有滤波器；所述滤波器输入和输出线均采用屏蔽线，并分离走线，避免形成回路；滤波器良好接地。

4.根据权利要求1所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：在所述旁路电源与主电源的输出电路之间设置所述的静态开关，通过所述静态开关完成旁路电源与主电源的切换。

5.根据权利要求1或4所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：在所述静态开关之后的电路与所述旁路电源电路之间设置所述的手动旁路开关，在UPS设备维修时，由手动旁路开关将负载切换至旁路电源工作。

6.根据权利要求1或4所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述静态开关是一双刀切换开关。

7.根据权利要求5所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述手动旁路开关为一双刀开关。

8.根据权利要求1所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述减振弹簧装置，包括一弹簧支架，在弹簧支架中间安装弹簧，所述弹簧支架的顶面焊接到机壳的底板上，所述弹簧支架的底面焊接到一底座上，所述底座着地。

9.根据权利要求8所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述减振弹簧装置，在机壳的底部至少安装2组，为偶数组安装，并且对称性安装。

10.根据权利要求9所述的舰用UPS电源设备，其特征在于：所述减振弹簧装置，在机壳的底部当有多于2组时，横纵向安装都兼顾。