電力系統(tǒng)用三相UPS的設(shè)計(jì)

三相PWM逆變器是要把直流輸入變換為三相正弦交流輸出，許多實(shí)際裝置中通常采用經(jīng)典的三相逆變器結(jié)構(gòu)，如圖2所示。這是由三個(gè)基本橋臂組成的三相橋式逆變器，其控制方式一般采用雙極性方式，A、B、C相通常公用一個(gè)三角載波，三相調(diào)制信號(hào)依次相差120°，各相功率開關(guān)的控制規(guī)律相同。

對(duì)于三相輸出的逆變器，三相負(fù)載的平衡是一個(gè)必須考慮的重要問題，目前性能較好的大中型UPS都要求具備三相100％不平衡的功能[2]。為了適應(yīng)三相負(fù)載不平衡的需要，三相逆變器最好采用三個(gè)單相橋分別變換，然后再把輸出按120°的相位差組合起來(lái)的方式，如圖3所示，每相各有一個(gè)單相橋式逆變器（圖3中的逆變器1～3），每個(gè)單相橋式逆變器需用四個(gè)開關(guān)管。因此總共需要12個(gè)開關(guān)器件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。帶來(lái)的好處是：三個(gè)單相逆變器獨(dú)立工作，其輸出互不影響，實(shí)際上三個(gè)單相逆變器并聯(lián)，只是相位不同。這樣可以允許三相負(fù)載100％不平衡，三相嚴(yán)重不平衡也不會(huì)對(duì)任一逆變器輸入產(chǎn)生影響。

本設(shè)計(jì)中選用圖3所示電路，三相各有一套獨(dú)立的SPWM波形產(chǎn)生電路，三相共用同一個(gè)來(lái)自市電的時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)AC50Hz，各相波形產(chǎn)生電路的EPROM中存放的正弦波數(shù)據(jù)相位上互差120°，從而保證得到三相同步正弦波控制信號(hào)。

圖3中各相逆變器結(jié)構(gòu)相同，為全橋逆變電路。采用高頻SPWM技術(shù)，功率開關(guān)管選用IGBT,開關(guān)頻率為30kHz。通過正弦波控制信號(hào)與三角波比較的方法，得到基波為50Hz的SPWM波，再經(jīng)濾波器濾除高頻，可輸出低失真的50Hz正弦波。

2.2靜態(tài)開關(guān)切換電路

靜態(tài)開關(guān)的作用是：當(dāng)市電正常時(shí)，將市電直接送到輸出端給負(fù)載供電；當(dāng)電網(wǎng)電壓異常時(shí)，轉(zhuǎn)由逆變器向負(fù)載供電。靜態(tài)開關(guān)是保證不間斷供電的關(guān)鍵，要求它工作可靠，不會(huì)在切換過程中造成逆變器和市電之間出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。目前常用交流固態(tài)繼電器(SSR)作為靜態(tài)開關(guān)進(jìn)行切換。它具有切換速度快、便于控制、可直接與計(jì)算機(jī)接口的優(yōu)點(diǎn)。本文所設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)用三相UPS，選用固態(tài)繼電器通過邏輯控制實(shí)現(xiàn)切換，可滿足UPS快速、可靠切換的要求。

市電旁路通過固態(tài)繼電器與負(fù)載相連,逆變器輸出通過固態(tài)繼電器與交流接觸器的并聯(lián)接到負(fù)載。市電中線、逆變器中線和負(fù)載中線直接連接在一起。

如圖4所示,控制邏輯如下：

（1）市電切換到逆變器首先關(guān)斷市電旁路的固態(tài)繼電器，待該固態(tài)繼電器電流過零可靠關(guān)斷后，再開通逆變器支路的固態(tài)繼電器，并同時(shí)發(fā)出合交流接觸器的指令,因?yàn)楣虘B(tài)繼電器比交流接觸器的動(dòng)作速度快,所以固態(tài)繼電器接通一段時(shí)間后,交流接觸器閉合，將固態(tài)繼電器短接。這樣可提高開關(guān)器件的工作可靠性，并減少損耗。

（2）逆變器切換到市電

①若逆變器故障，首先將逆變器停機(jī)，然后關(guān)斷逆變器支路的固態(tài)繼電器和交流接觸器，同時(shí)將市電旁路的固態(tài)繼電器接通。故障消除后，視具體情況自動(dòng)開啟逆變器。

圖5交流濾波電路

圖6逆變器控制電路框圖

②若逆變器正常，首先斷開逆變器支路的交流接觸器，交流接觸器可靠斷開后，再關(guān)斷逆變器支路的固態(tài)繼電器，待該固態(tài)繼電器電流過零可靠關(guān)斷后，再開啟市電旁路的固態(tài)繼電器。