大中型ups原理分析-大中型ups的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)

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1、大中型UPS原理分析-大中型UPS的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2010-9-30　大、中型UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)一般使用電子式靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。所謂電子式靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，是將一對(duì)反向并聯(lián)的快速晶閘管連接起來(lái)作為UPS在執(zhí)行由市電旁路供電至逆變器供電切換操作時(shí)的元件，由于快速晶閘管的接通時(shí)間為微秒級(jí)，同小型繼電器毫秒級(jí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間相比，它只是小型繼電器的千分之一左右。因此，依靠這種先進(jìn)技術(shù)，可以對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為零的不間斷供電。在大型UPS中常用的兩種靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制框圖（三相中的一相）如圖4－10所示。從此圖可以看出，三相UPS逆變器的輸出電壓經(jīng)三組接觸器送到負(fù)載。與此同時(shí)，三相50Hz交流旁路電源經(jīng)三相靜態(tài)開(kāi)關(guān)（由三組

2、反向并聯(lián)的晶閘管組成）也可送到負(fù)載。正常工作時(shí)，只有逆變器供電通道或交流旁路電源通道之中的一路電源向負(fù)載供電。只有當(dāng)UPS需要執(zhí)行由交流旁路電源供電至逆變器供電切換操作時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)短暫的（約幾毫秒～幾十毫秒）兩路交流電源在時(shí)間上重疊向負(fù)載供電的情況。為保證逆變器及靜態(tài)開(kāi)關(guān)的安全運(yùn)行，UPS的控制系統(tǒng)必須滿足下述的基本工作條件：　?。?）由UPS逆變器所產(chǎn)生的50Hz正弦波電源應(yīng)隨時(shí)保持與市電50Hz交流旁路電源的同頻率、同相位、同幅度和較小正弦波失真度的關(guān)系。因?yàn)橹挥性谶@樣的條件下才有可能使UPS在執(zhí)行由逆變器供電至市電交流旁路供電切換操作時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述兩種交流電源間不存在任何瞬態(tài)電壓差或是

3、在瞬態(tài)電壓差足夠小的條件下執(zhí)行安全切換操作要求。為此必須在UPS的系統(tǒng)控制中引入“鎖相同步”?！　。?）UPS的控制電路應(yīng)具有分別執(zhí)行同步切換和非同步切換的能力，以確保UPS能在具有不同供電質(zhì)量的交流旁路電源系統(tǒng)中正常運(yùn)行。1同步切換方式　　當(dāng)UPS的逆變器輸出電壓與市電交流旁路電源電壓處于鎖相同步工作狀態(tài)時(shí),在需要執(zhí)行從交流旁路供電至逆變器供電切換操作前,用戶可通過(guò)仔細(xì)調(diào)節(jié)UPS逆變器的輸出電壓,使它的輸出電壓值等于交流旁路電源電壓或者使逆變器的輸出電壓稍高于交流旁路電源電壓(一般控制在5V～10V左右)。對(duì)于如圖所示的控制系統(tǒng)而言，主控板首先向逆變器的輸出接觸器發(fā)出閉合操作命令。在此階

4、段將會(huì)出現(xiàn)由交流旁路電源和逆變器同時(shí)向負(fù)載供電的狀況，以確保對(duì)負(fù)載的不間斷供電。在執(zhí)行上述同步切換操作時(shí)，很難滿足這兩種交流電源間的瞬態(tài)電壓差一直為零。因此，總會(huì)有一個(gè)或大或小的環(huán)流在這兩種電源之間流動(dòng)，該環(huán)流的大小可通過(guò)專門的電流檢測(cè)電路來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?？刂齐娐肥窃陔娏鬟^(guò)零點(diǎn)上將處于交流旁路通道上的靜態(tài)開(kāi)關(guān)中的晶閘管關(guān)斷，然后UPS才進(jìn)入由逆變器供電的正常工作狀態(tài)。采用這種“先合后斷”的切換控制方式，可以確保上述兩種交流電源產(chǎn)生重疊向負(fù)載供電的最長(zhǎng)時(shí)間，被控制在50Hz的半個(gè)周波之內(nèi)（即小于10ms)。當(dāng)UPS在運(yùn)行過(guò)程中，如果遇到輸出過(guò)載、短路、逆變器故障或用戶人為地關(guān)閉逆變器情況之一

5、時(shí)，由控制電路在向逆變器本身及位于逆變器供電通道上的輸出接觸器發(fā)出“關(guān)斷”命令信號(hào)的同時(shí)，也向位于交流旁路通道上的靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)出“閉合”命令。此時(shí)，由于輸出接觸器的關(guān)斷響應(yīng)時(shí)間較慢（大約為80ms～100ms),而靜態(tài)開(kāi)關(guān)中的快速晶閘管開(kāi)通時(shí)間很短（幾微秒至十幾微秒）的緣故，當(dāng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，接觸器尚未真正釋放，所以此時(shí)向負(fù)載提供能量的電源有逆變器輸出濾波電容上的殘余電壓（因?yàn)榇藭r(shí)的逆變器已處于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài)之中）及市電交流旁路電源。這段時(shí)間大約要持續(xù)20ms左右。此后，負(fù)載則完全由市電交流旁路電源供電了。另一類大、中型UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)如圖1所示?！　?duì)于圖1所示的控制系統(tǒng)而言，由于在它的逆變器

6、供電和市電交流旁路供電通道上都采用靜態(tài)開(kāi)關(guān)來(lái)作為它們的切換元件。對(duì)于晶閘管而言，一旦它被觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通狀態(tài)會(huì)一直維持到流過(guò)晶閘管的電流小于它的最小維持電流或者加在晶閘管陽(yáng)極上的電位低于陰極上的電位時(shí)，晶閘管才會(huì)重新恢復(fù)它的阻斷能力。因此對(duì)于采用由反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的靜態(tài)開(kāi)關(guān)而言，唯一確保晶閘管靜態(tài)開(kāi)關(guān)被“關(guān)斷”的條件是將流過(guò)它的電流降低到它的維持電流以下。因此，當(dāng)這種類型的UPS在執(zhí)行市電交流旁路供電逆變器供電切換操作時(shí)，常采用如下控制原理：當(dāng)UPS的邏輯控制板上的控制電路在執(zhí)行切換操作命令時(shí)，它首先發(fā)出控制命令立即封鎖原來(lái)處于導(dǎo)通狀態(tài)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)中的晶閘管的觸發(fā)脈沖。與此同時(shí)，隨時(shí)檢測(cè)

7、流過(guò)該晶閘管的電流，當(dāng)控制電路發(fā)現(xiàn)流過(guò)該晶閘管的電流過(guò)零時(shí)，立即向原來(lái)處于關(guān)斷狀態(tài)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)中的晶閘管發(fā)送觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)之間換流的切換操作。在這里，由于快速晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間僅是微秒數(shù)量級(jí)，所以在技術(shù)上是能實(shí)現(xiàn)向負(fù)載提供切換時(shí)間為零的連續(xù)供電要求的。2不同步切換方式　　當(dāng)交流旁路電源電壓與逆變器輸出電壓之間的相位差超差(一般UPS允許的最大相位差在3.6°～15°之間）或上述兩種電壓間的瞬態(tài)電壓差過(guò)大（如