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，其系統框圖與小型在線式UPS差不多，如圖4-1所示。有市電時，市電經整流器、逆變器給負載供電。當市電中斷或者超限時，整流器停止工作，蓄電池電能經逆變后繼續給負載供電;當UPS故障時，市電通過旁路直接給負載供電。

2大中型UPS整流濾波電路

大型UPS中廣泛應用三相橋式全控整流電路，如圖4-2所示。

當控制角α=0時，其工作過程與三相橋式不控整流電路相同，在自然換相點換相。當控制角α>0時，每個晶閘管都從自然換相點向后移α角開始換相。不管α為何值，電壓Ud都是線電壓的一部分。所以，從線電壓入手計算Ud更簡單，由于ud波形每隔60°重復一次，Ud的計算只要在π/3范圍內取平均值即可。

在三相星形接法的電路中，線電壓較其相應的相電壓超前30°，例如30°。現將線電壓uab的零點作為新坐標的原點，即比原來以相電壓ua零點的坐標提前30°。因此在新坐標上，自然換相點的位置在ωt=π/3處。

2.1電阻性負載

(1)當0≤α≤π/3時，

=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

式中U2--變壓器T次級相電壓;

U2L--次級線電壓。

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

當α=2π/3時Ud=0,從公式亦可看出電阻負載的最大移相范圍是120°。

2.2電感性負載

對于電感性負載，由于電流是連續的，晶閘管的導通角總是2π/3,上式的積分上限可以超過π，仍為(2π/3)+α，故

=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

可見電感性負載時的最大移相范圍為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

中圖法分類號：TM92文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)0842805

圖4-1大、中型UPS系統框圖

整流元件，這是因為大容量UPS充電器的輸出電壓一般高達幾百伏，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雜，但由于大功率UPS本身造價較高，控制電路設計得稍微復雜一些并不會明顯增加成本。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，其功能是對三相橋輸出的充電電壓和電流進行采樣，然后將采樣的結果送到控制電路;控制電路，其功能是根據采樣電路送來的電壓和電流信號去控制三相橋式全控整流器，以調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個階段：初期由于電池放電后損失較大，急需補充，故需充電電流較大，如不限流就會嚴重影響蓄電池的使用壽命，故這一階段為恒流充電;當電壓到達設計值(一般為浮充電壓，每個電池單元為2.25V)時就轉為恒壓充電，其充電電流由式(4-1)決定;蓄電池經過一段時間的恒壓充電，當其端電壓上升到某一值時就轉為浮充充電。(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,對于鉛酸蓄電池為0.1C,對鎳鎘蓄電池為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，其充電電路采用開關型降壓斬波器，可自動實現恒流恒壓充電(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)根據放電電流自動修正放電終止電壓;

(2)根據環境溫度自動修正浮充電壓。

4大中型UPS逆變器

4.1大中型UPS中的逆變控制技術

大、中型UPS逆變器控制電路，除采用三相正弦脈寬調制技術外，波形疊加技術也得到了廣泛應用，波形疊加技術有疊加式階梯波、離散型階梯波、脈寬階梯混合波等多種。這里對應用較多的脈寬階梯混合波作一介紹。

這種逆變器是結合階梯波的高效率和脈寬調制的低價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制

圖4-7三相輸出混合波的情況