淺談大中型UPS原理-大中型UPS逆變器

1大中型UPS工作原理

大、中型UPS多為在線式，其系統(tǒng)框圖與小型在線式UPS差不多，如圖4-1所示。有市電時(shí)，市電經(jīng)整流器、逆變器給負(fù)載供電。當(dāng)市電中斷或者超限時(shí)，整流器停止工作，蓄電池電能經(jīng)逆變后繼續(xù)給負(fù)載供電;當(dāng)UPS故障時(shí)，市電通過(guò)旁路直接給負(fù)載供電。

2大中型UPS整流濾波電路

大型UPS中廣泛應(yīng)用三相橋式全控整流電路，如圖4-2所示。

當(dāng)控制角α=0時(shí)，其工作過(guò)程與三相橋式不控整流電路相同，在自然換相點(diǎn)換相。當(dāng)控制角α>0時(shí)，每個(gè)晶閘管都從自然換相點(diǎn)向后移α角開(kāi)始換相。不管α為何值，電壓Ud都是線電壓的一部分。所以，從線電壓入手計(jì)算Ud更簡(jiǎn)單，由于ud波形每隔60°重復(fù)一次，Ud的計(jì)算只要在π/3范圍內(nèi)取平均值即可。

在三相星形接法的電路中，線電壓較其相應(yīng)的相電壓超前30°，例如30°。現(xiàn)將線電壓uab的零點(diǎn)作為新坐標(biāo)的原點(diǎn)，即比原來(lái)以相電壓ua零點(diǎn)的坐標(biāo)提前30°。因此在新坐標(biāo)上，自然換相點(diǎn)的位置在ωt=π/3處。

2.1電阻性負(fù)載

(1)當(dāng)0≤α≤π/3時(shí)，

=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

式中U2--變壓器T次級(jí)相電壓;

U2L--次級(jí)線電壓。

(2)當(dāng)π/3α 2π /3時(shí) , 整 流 只 能 在 正 半 周 進(jìn) 行 , 故

當(dāng)α=2π/3時(shí)Ud=0,從公式亦可看出電阻負(fù)載的最大移相范圍是120°。

2.2電感性負(fù)載

對(duì)于電感性負(fù)載，由于電流是連續(xù)的，晶閘管的導(dǎo)通角總是2π/3,上式的積分上限可以超過(guò)π，仍為(2π/3)+α，故

=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

可見(jiàn)電感性負(fù)載時(shí)的最大移相范圍為90°。

3大中型UPS充電電路

3.1大型UPS充電電路

大容量UPS的充電電路，一般采用晶閘管作為

中圖法分類(lèi)號(hào)：TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)0842805

圖4-1大、中型UPS系統(tǒng)框圖

整流元件，這是因?yàn)榇笕萘縐PS充電器的輸出電壓一般高達(dá)幾百伏，充電電流為幾十安培。在大功率UPS中一般都將充電器和整流器合二為一，雖然這使得其控制電路較為復(fù)雜，但由于大功率UPS本身造價(jià)較高，控制電路設(shè)計(jì)得稍微復(fù)雜一些并不會(huì)明顯增加成本。圖4-3所示為大功率UPS中的充電器方框圖。

圖4-2三相橋式全控整流電路

圖4-3三相橋式全控整流充電電路框圖

由圖中可以看出，此充電器分為3個(gè)主要部分，即三相橋式全控整流器，由V1-V6和濾波電感L1,L2組成;采樣電路，其功能是對(duì)三相橋輸出的充電電壓和電流進(jìn)行采樣，然后將采樣的結(jié)果送到控制電路;控制電路，其功能是根據(jù)采樣電路送來(lái)的電壓和電流信號(hào)去控制三相橋式全控整流器，以調(diào)整其輸出電壓和充電電流。該電路的充電曲線如圖4-4所示。

圖4-4某大容量UPS充電曲線

該曲線表明，大功率UPS的充電分為3個(gè)階段：初期由于電池放電后損失較大，急需補(bǔ)充，故需充電電流較大，如不限流就會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命，故這一階段為恒流充電;當(dāng)電壓到達(dá)設(shè)計(jì)值(一般為浮充電壓，每個(gè)電池單元為2.25V)時(shí)就轉(zhuǎn)為恒壓充電，其充電電流由式(4-1)決定;蓄電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的恒壓充電，當(dāng)其端電壓上升到某一值時(shí)就轉(zhuǎn)為浮充充電。(4-1)

式中：IB為充電電流;Uch為恒壓充電期間的充電電壓;UB為電池組端電壓;r為蓄電池組內(nèi)阻和線路電阻之和。

圖4-5脈沖階梯混合波

充電初期的充電電流IBmax,對(duì)于鉛酸蓄電池為0.1C,對(duì)鎳鎘蓄電池為0.2C.

圖4-6混合波的形成

(a)電路原理圖(b)波形圖

3.2中型UPS充電電路

這里以梅蘭日蘭Comet系列UPS充電器為例，其充電電路采用開(kāi)關(guān)型降壓斬波器，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電(具體電路略)。該充電器由于采用了微處理器監(jiān)控，它除了具有一般充電器所要求的恒流恒壓充電功能外，還具有以下功能：

(1)根據(jù)放電電流自動(dòng)修正放電終止電壓;

(2)根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)修正浮充電壓。

4大中型UPS逆變器

4.1大中型UPS中的逆變控制技術(shù)

大、中型UPS逆變器控制電路，除采用三相正弦脈寬調(diào)制技術(shù)外，波形疊加技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，波形疊加技術(shù)有疊加式階梯波、離散型階梯波、脈寬階梯混合波等多種。這里對(duì)應(yīng)用較多的脈寬階梯混合波作一介紹。

這種逆變器是結(jié)合階梯波的高效率和脈寬調(diào)制的低價(jià)格而采取的一種折衷方案，由于混合式的逆變頻率較低，因而噪聲較大。它的體積略大于脈寬調(diào)制

圖4-7三相輸出混合波的情況