將變頻器改造成UPS的可行性

2.2.2 蓄電池放電終止電壓Uz的確定

蓄電池放電終止電壓Uz取決于市電停電后，電池組脫離充電模塊轉(zhuǎn)為向變頻器至終止電壓的數(shù)值要滿足變頻器正常工作的最低電壓值。Uz可按式(2)計算：

將變頻器改成不間斷電源的可行性及應(yīng)用

仍以西門子產(chǎn)品為例，取Ue=510V則Uz=(O.875x510V)/(6×42)=1.77V，考慮到電池和變頻器工作的可靠性，電池放電終止電壓Uz不要小于1.75V，通常取Uz=1.8V。即單只電池終止電壓Uz=1.8x6=10.8V，蓄電池組電壓Ud=10.8×42=453 V，略小于變頻器允許的最小電壓值Ue(min)=459 V，尚能滿足變頻器工作要求。

2.2.3 蓄電池組容量Q的確定

電池組容量Q(A·h)取決于負載額定電源電流I及市電停電后負載由蓄電池供電延遲的時間T以及電池組放電后的終止電壓Uz?？筛鶕?jù)電池生產(chǎn)廠家提供的電池放電曲線或放電表進行選擇計算。計算具體可根據(jù)經(jīng)驗公式，以15 kW負載，停電維持時間l h為例，計算結(jié)果為：選50A.h電池42只。

2.3 DC/DC直流變換器降壓充電板

充電模塊的工作原理是采用IGBT電力電子器件組成Buck(降壓)隔離型直流變換器，耐壓為l 200V．電流則根據(jù)電池容量按0.1C(10)充電，單板可輸出電流10～20A，輸出電壓274~300V可調(diào)，可對400A·h以下的電池組進行浮充充電。將電池組分成相等數(shù)量的若干組(例如將42只電池分為兩組，每組21只，充電電壓僅為287~289V)，可降低充電模塊的輸出電壓值，使模塊結(jié)構(gòu)簡單化從而降低成本。這種充電板也可并聯(lián)使用。

2.4 整流二極管

采用大功率整流器件二極管組成直流隔離開關(guān)，當(dāng)市電正常時，二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，切斷電池組與變頻器的通路，但缺點是電池組在浮充電時有可能因端電壓高與市電經(jīng)整流后輸出的直流電壓引起放電而不能充滿。當(dāng)市電停電時二級管瞬時導(dǎo)通，電池組瞬間放電，可以做到負載由市電供電和電池組供電的瞬時轉(zhuǎn)換，是在線式不間斷電源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.5 DC/DC降壓工作電源(+24V)模塊

采用Buck降壓型DC/DC直流變換器可將通用變頻器直流點電壓轉(zhuǎn)換成邏輯控制板所需的電壓+24 V，供數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機接口單元用。

2.6 數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機接口單元

用數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機接口單元組成具有人機操作顯示界面的監(jiān)控系統(tǒng)，其功能為：充電板及電池電壓值、輸出電流值、輸入市電電壓值、輸出電壓值；電源起停操作；運行參數(shù)顯示；電源工作狀態(tài)顯示；故障狀態(tài)報警以及通過RS485和上位機通訊實現(xiàn)四遙功能。

2.7 電池平衡管理器及電池檢測系統(tǒng)

因為不間斷電源用的電池較多，根據(jù)以往UPS多是電池故障而影響整個系統(tǒng)崩潰的教訓(xùn)，在電池組增加了電池巡檢儀(本公司自己開發(fā)的)來檢測每節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、放電電流及環(huán)境溫度，這類巡檢儀最多能檢測128節(jié)電池。另外，為了保持充電及放電時每節(jié)電池的電壓保持一致,本公司自主研發(fā)了電池平衡管理器。這樣能保持充電放電時電池的一致性，可把落后的電池挑出來，及早發(fā)現(xiàn)問題。

2.8 輸出隔離變壓器及LC濾波器

因為變頻器輸出電壓波形是高頻的階梯波，要使輸出的波形是完美的正旋波，所以在隔離變壓器后面加上LC濾波器，其電感值選為1.5 mH，電容值為20μF。同時為了增加此不間斷電源的帶載能力和可靠性，避免趕擾負載，在變頻器的輸出端接一個△/Y隔離變壓器，其變比為300：380，變比的選擇關(guān)系到輸出的穩(wěn)壓精度(因電池放電時直流電壓逐漸下降至DC459V時，其變頻器輸出的實際電壓為AC 325V)，這是在線式不間斷電源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但缺點是會使變頻器的功率變小。

3 應(yīng)用實例

根據(jù)上述的工作原理，本文作者于2002年研制成功一臺22kW在線式可變頻交流不間斷電源的樣機，原理見圖1所示，試驗取得成功，并在實際中獲得應(yīng)用，均取得成功。

3.1 應(yīng)用實例1

北京建筑設(shè)計院會議及食堂多功能大樓的應(yīng)急照明系統(tǒng)，負載功率22 kW，后備延時時間為90min，應(yīng)急照明通道及消防設(shè)施在今年過程中不能停電，否則將引起嚴(yán)重后果。機器裝機以來一直運行良好，期間曾多次因施工事故停電，但該機不間斷供電保證該大樓的正常運行。

3.2 應(yīng)用實例2

南京新港開發(fā)區(qū)博西華工地上用應(yīng)急電源驅(qū)動卷簾門，功率18.5 kW，由一臺西門子MICRO-MASTER 440變頻器(功率22 kW)供電，要求市電停電后必須接入后備電源保證該公司的倉庫卷簾門能不間斷運行，確保庫存的家電能正常出貨。2005年我公司為其設(shè)計制造一臺在線式不間斷電源，電池容量為65 A·h，42只，后備延時60 min。

4 結(jié)語

可變頻交流不間斷電源是適用于各種負載的應(yīng)用電源，它具備普通交流不間斷電源和變頻器的雙重功能。據(jù)查目前國內(nèi)外電源廠家很多已將此電源改成應(yīng)急電源，但這方面的文章極少，本人寫這篇文章希望對國內(nèi)的電源技術(shù)提高盡微薄之力。對于不允許停電的負載負載，選擇這種電源要比選擇普通UPS具有很高的性能價格比。因此是一種值得推廣應(yīng)用的電源設(shè)備。