【正文】 時(shí)的情況。若 UPS 內(nèi)部任何一個(gè)單元出現(xiàn)故障，則控制電路可使轉(zhuǎn)換開關(guān)由 K接 A點(diǎn)轉(zhuǎn)換為 B點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)旁路輸出。這樣的轉(zhuǎn)換一是有轉(zhuǎn)換時(shí)間 (供電有間斷 )，二是此時(shí)市電必須不中斷，否則負(fù)載供電就無保障了。為了使轉(zhuǎn)換過程不影響負(fù)載工作，應(yīng)該使轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，考慮到較大的濾波電容的儲(chǔ)能作用，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般應(yīng)小于3ms。目前，功率稍大一些的 UPS 為了縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間，大都采用靜態(tài)無觸點(diǎn)電子開關(guān)，這就大大縮短了轉(zhuǎn)換時(shí)間。 （ 2）后備式 UPS 工作過程 后備式 UPS 的工作過程是： 電網(wǎng) 供電正常時(shí)， 電網(wǎng) 一方面經(jīng)變壓器至充電器給蓄電池組充電；另一方面經(jīng)變壓器和旁路開關(guān) (K 接 B點(diǎn) )送給負(fù)載。此時(shí)的電能流向如下： 電網(wǎng) 變壓器 轉(zhuǎn)換開關(guān) 負(fù)載 變壓器 整流器 逆變器 變壓器 轉(zhuǎn)換開關(guān)K 充電器 6 充電器 蓄電油組 供電異常時(shí)，控制電路立即切斷 電網(wǎng) 與負(fù)載的聯(lián)系，同時(shí)起動(dòng)逆變器并使 K由接 B 轉(zhuǎn)為接 A，繼續(xù)由蓄電池提供電能向負(fù)載供電。此時(shí)的電能流向如下： 蓄電池組 逆變器 輸出變壓器 轉(zhuǎn)換開關(guān) 負(fù)載 這時(shí)的能量流向和在線式是 一樣的，只是轉(zhuǎn)換為蓄電池輸送電能這個(gè)過程和在線式 UPS 有區(qū)別，即在線式 UPS 當(dāng) 電網(wǎng) 異常轉(zhuǎn)為蓄電池提供電能時(shí)不存在轉(zhuǎn)換時(shí)間，而后備式 UPS 存在一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這種轉(zhuǎn)換時(shí)間和在線式 UPS 中的轉(zhuǎn)換旁路時(shí)間一樣，一般希望其愈短愈好。 通過上述可見，后備式 UPS 就是指 電網(wǎng) 正常供電時(shí)， 電網(wǎng) 通過旁路開關(guān)直接送給了負(fù)載，同時(shí)也給 UPS 的蓄電池充電。送給負(fù)載的是沒有經(jīng)過 UPS 加工和處理的 電網(wǎng)的電 ，供電質(zhì)量明顯不及在線式 UPS 的供電質(zhì)量好。在 電網(wǎng) 供電出現(xiàn)異常時(shí)，才啟動(dòng) UPS 內(nèi)部的逆變器工作，將蓄電池提供的直流電能變成交流電能后送給負(fù)載。 后備式 UPS 和在線式 UPS 雖然其基本結(jié)構(gòu)大致一樣，但在 電網(wǎng) 正常供電時(shí)，在線式 UPS 的輸出較后備式 UPS 的輸出交流電質(zhì)量好，這主要是說在線式 UPS 的輸出是穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的，而后備式 UPS 最多對(duì)輸出采取粗穩(wěn)壓而沒有穩(wěn)頻等其他處理功能。不但如此，在 電網(wǎng) 供電異常、蓄電池組開始向逆變器提供能量時(shí)，在線式 UPS 沒有轉(zhuǎn)換時(shí)間，后備式 UPS 是有一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間的。因此從工作方式和供電質(zhì)量上看， 電網(wǎng) 供電時(shí)和 電網(wǎng) 供電轉(zhuǎn)為蓄電池組提供電能的轉(zhuǎn)換過程，在線式UPS 的性能優(yōu)于后備式。有的后備式 UPS 的生產(chǎn)廠家加了電網(wǎng)濾波裝置， 有的在輸出變壓器上增加了一些抽頭，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的簡單穩(wěn)壓，使其產(chǎn)品的性能有所改善，但終究和在線式還有一定差距。但后備式 UPS 約造價(jià)低于在線式 UPS，因此小容量的后備式 UPS 也得到了廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 本文設(shè)計(jì)的是靜止型不間斷電源，而在線式和后備式相比，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，所以本文設(shè)計(jì)在線式的 UPS。其技術(shù)性能如下： 輸入電壓：三相四線制 380V、 50Hz 交流電壓 輸入電壓范圍： 380V 土 10％ 輸入頻率范圍： 50Hz 土 5％ 7 輸出電壓：單相 220V、 50Hz 交流電壓 電壓穩(wěn)定度： 220V 土 2％ 頻率穩(wěn)定度： 50Hz 土 ％ 蓄電池組：采用 12v、 38A﹒ h 全密封電池 16 塊 滿載工作時(shí)：蓄電池組能維持 15min 總體結(jié)構(gòu)和整流、逆變主電路 UPS 總體結(jié)構(gòu) 10KVA UPS 電源的 總體 結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示 。 在 圖 21 中： 、調(diào)整電路、正弦脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使 UPS 輸出電壓穩(wěn)定、輸出波形失真小。 ，可以吸收來自電網(wǎng)的各種干擾信號(hào)，從而提高 UPS 的抗干擾性。 ，為蓄電池充電。 完善的保護(hù)系統(tǒng)，是電力電子模塊、蓄電池得到可靠的保護(hù)。 ，一旦逆變器出現(xiàn)故障，便使逆變器輸出轉(zhuǎn)換為市電輸出。 電網(wǎng) 正常供電時(shí)， 電網(wǎng) 一方面通過主電路先整流，再逆變成標(biāo)準(zhǔn)正弦交流電壓后，經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出；同時(shí)， 電網(wǎng) 又通過充電電路變成直流電壓向蓄電池充電。 電網(wǎng) 中斷供電時(shí)，蓄電池通過逆變器變成標(biāo)準(zhǔn)正弦交流電壓，該電壓又經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出。逆變器出現(xiàn)故障時(shí)， UPS 通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行旁路輸出，并停止逆變器工作。 UPS 整流、逆變主電路的設(shè)計(jì) 10KVA— UPS 主電路的功能是將非標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓變換 為標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓。 8 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 5 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : G : \ B A C K U P ~ 1. D D B D r a w n B y:電網(wǎng)整流、逆變轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)整電路保護(hù)電路S P W M充電電路 電池輸出主電路它主要由輸入濾波器、三相電源變換器、三相不控整流橋、阻容吸收裝置、單相倍頻逆變橋、輸出變壓器，其電路如圖 22 所示。 三相電源變壓器 1B 三相電源變壓器 1B的功能是： UPS 與市電隔離。 變換為 110V(防止 IGBT 擊穿 )。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 5 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : G : \ B A C K U P ~ 1. D D B D r a w n B y:電網(wǎng)整流、逆變轉(zhuǎn)換開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)整電路保護(hù)電路S P W M充電電路 電池輸出主電路 圖 2－ 1 UPS 總體 結(jié)構(gòu)框圖 三相不控整流橋 （ 1D6D） 三相不控整流橋（ 1D6D）由三個(gè)整流管模塊構(gòu)成 ,它的功能是將三相交流電壓變換為單相脈動(dòng)直流電壓。其輸出電壓平均值近似由公式 決定。 dV 187。 6 180。 110V=269V () 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : G : \涂祎 \ B A 7 95 9 ~ 1 .D D B D r a w n B y:C3T1T2T3T4VaVbVcD1 D3 D5D2 D4D6D7 D8C1 C2R1 R2Vo220VB1 110V 9 圖 22 UPS 整流、逆變主電路 單 相 倍頻逆變橋 單相倍頻逆變橋 如圖 23 所示，它 的功能是將直流電壓 dV 或 eV 變成單相正弦脈寬電壓。它由四塊 IGBT 模塊組成，輸入端接整流器 。 輸出端 通過 2B 接負(fù)載 。 IGBT模塊的柵極分別接驅(qū)動(dòng)脈沖。 圖 2－ 3 單相倍頻逆變橋 其工作過程如下 0t 1t 期間 1Gv 與 4Gv 為 gv ， 2Gv 與 3Gv 為 0， 1T 與 4T 導(dǎo)通， 2T 與 3T 截止，變壓器 2B 初級(jí)電壓 1i 沿著 dV+ 174。 1T 174。 1174。 2174。 4T 174。 dV 路徑流動(dòng)，故 12V = dV 0V39。 = dV 1t 2t 期間 1Gv 與 3Gv 為 gv , 2Gv 與 4Gv 為 0， 4T 截止，變壓器 2B 的初級(jí)電流 1i 沿著2174。 3T 174。 1T 174。 1流動(dòng)， 將變壓器中 2B 儲(chǔ)存的能量消耗在電路電阻中。由于 3T 、 1T 導(dǎo)通，變壓器 2B 的 2 兩端被短路，故 12V ＝ 0 39。0V ＝ 0 2t 39。0t 期間重復(fù) 上 述過程。 39。0t 39。1t 期間 1Gv 與 4Gv 為 0V， 2Gv 與 3Gv 為 Gv ， 2T 、 3T 導(dǎo)通，變壓器初級(jí)電流 1i 沿著dV+ 174。 3T 174。 2174。 1174。 2T 174。 dV 路徑流動(dòng)。由于 2T 、 3T 導(dǎo)通，故 21V = dV 0V39。 = dV 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : G : \涂祎 \ B A 7 95 9 ~ 1 .D D B D r a w n B y:T1T2T3T4ViC?+1 2V o 39。 10 39。1t 39。2t 期間 1Gv 與 3Gv 為 0V， 2Gv 與 4Gv 為 Gv ， 3T 截止，變 壓器初級(jí) 電流 1i 沿著1174。 2T 174。 4T 174。 2路徑流動(dòng)，將變壓器 2B 中儲(chǔ)存的能量消耗在電路電阻中。由于 2T 、4T 導(dǎo)通，變壓器 2B 的 2兩端被短路，故 21V ＝ 0 39。0V ＝ 0 39。2t 39。0t ；期間重復(fù)上述過程。 對(duì)輸出電壓 0v 進(jìn)行博氏級(jí)數(shù)展開，輸出電壓基波分量為： 01v =e dV sin 1tw 輸出電壓中最低次諧波的頻率為： f +1f ， f 1f 。其中， f 為驅(qū)動(dòng)脈沖 的兩倍，1f 為調(diào)頻，一般為 50H：。 電力電子模塊的主要參數(shù)如下： 1） DSOBV DSOBV ＝ ( ) dV ＝ ( ) 269 ＝ 444 710V 選擇 DSOBV 為 600V 2) DMI DMI = 2iPEd 考慮到蓄電油放電終廠時(shí)，仍能維持滿載輸出；另外考慮到占空比 d 為 時(shí)，也能 維持 滿載輸出，則 DMI ＝ 2180。 10000/(180。 16180。 )=396A 選擇 DMI 為 400A 3) GEV GEV =(1. 5 ) ()GEthV = ) 180。 5= 故可選擇 GEV 為 15 V 阻容吸收裝置 阻容吸收裝置由 1R 、 2R 、 1C 、 2C 、 7D 、 8D 組成。若單相倍頻逆變器輸入端出現(xiàn)過電壓，過電壓首先通過 7D 向 1C 充電，由于電容器兩端電壓不能突變，故過電壓被吸收。 IGBT 模塊導(dǎo)通時(shí)，電容器 1C 通過 1R 、 IGBT 模塊放電， 1R 限制了放電電流，從而保護(hù)了 IGBT 模塊。 11 在 UPS 中 控制電路的功能 主要 是： IGBT 模塊的脈沖。 IGBT 模 塊進(jìn)行瞬時(shí)保護(hù) . 控制電路由正弦脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓調(diào)節(jié)電路 、波形調(diào)節(jié)電路組成。其電路如 圖 31所示 。 圖 31 控制電路 正弦 脈寬調(diào)制電路 正弦脈寬調(diào)制電路的功能是產(chǎn)生四組正弦脈寬 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。它是由誤差放大器、三角波發(fā)生器、比較器、同相器、倒相器、延時(shí)電路及控制門組成 。 1 2 3 4ABCDEF4321FEDCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : G : \涂祎 \ B A C K U P ~ 4 D B D r a w n B y:V03 R2 6 3 R3 53 C3 13 C2 13 R3 33 R1 83 R1 53 R1 73 R2 53 V R 3P O T 23 R63 R1 63 R2 23 R3 63 R2 13 V R 2P O T 23 R43 R1 43 C2 83 R1 13 R1 33 C2 93 C1 93 R3 93 R3 83 R2 73 C1 53 C2 73 R4 03 R7 23 R6 93 U 2 13 R3 03 U 1 73 U 83 U 33 U 33 U 8驅(qū)動(dòng)器3 U 1 2過載保護(hù)3 U 2 13 U 1 7驅(qū)動(dòng)器3 U 1 2過載保護(hù)過載保護(hù)3 U 2 13 U 1 7驅(qū)動(dòng)器3 U