電力系統中三相UPS的設計

三相PWM逆變器是要把直流輸入變換為三相正弦交流輸出，許多實際裝置中通常采用經典的三相逆變器結構，如圖2所示。這是由三個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相通常公用一個三角載波，三相調制信號依次相差120°，各相功率開關的控制規律相同。

對于三相輸出的逆變器，三相負載的平衡是一個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]。為了適應三相負載不平衡的需要，三相逆變器最好采用三個單相橋分別變換，然后再把輸出按120°的相位差組合起來的方式，如圖3所示，每相各有一個單相橋式逆變器（圖3中的逆變器1～3），每個單相橋式逆變器需用四個開關管。因此總共需要12個開關器件，結構較復雜。帶來的好處是：三個單相逆變器獨立工作，其輸出互不影響，實際上三個單相逆變器并聯，只是相位不同。這樣可以允許三相負載100％不平衡，三相嚴重不平衡也不會對任一逆變器輸入產生影響。

本設計中選用圖3所示電路，三相各有一套獨立的SPWM波形產生電路，三相共用同一個來自市電的時鐘基準信號AC50Hz，各相波形產生電路的EPROM中存放的正弦波數據相位上互差120°，從而保證得到三相同步正弦波控制信號。

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

2.2靜態開關切換電路

靜態開關的作用是：當市電正常時，將市電直接送到輸出端給負載供電；當電網電壓異常時，轉由逆變器向負載供電。靜態開關是保證不間斷供電的關鍵，要求它工作可靠，不會在切換過程中造成逆變器和市電之間出現短路的現象。目前常用交流固態繼電器(SSR)作為靜態開關進行切換。它具有切換速度快、便于控制、可直接與計算機接口的優點。本文所設計的電力系統用三相UPS，選用固態繼電器通過邏輯控制實現切換，可滿足UPS快速、可靠切換的要求。

市電旁路通過固態繼電器與負載相連,逆變器輸出通過固態繼電器與交流接觸器的并聯接到負載。市電中線、逆變器中線和負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斷市電旁路的固態繼電器，待該固態繼電器電流過零可靠關斷后，再開通逆變器支路的固態繼電器，并同時發出合交流接觸器的指令,因為固態繼電器比交流接觸器的動作速度快,所以固態繼電器接通一段時間后,交流接觸器閉合，將固態繼電器短接。這樣可提高開關器件的工作可靠性，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，然后關斷逆變器支路的固態繼電器和交流接觸器，同時將市電旁路的固態繼電器接通。故障消除后，視具體情況自動開啟逆變器。

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，再關斷逆變器支路的固態繼電器，待該固態繼電器電流過零可靠關斷后，再開啟市電旁路的固態繼電器。