在《UPS運(yùn)用》雜志上看到一篇文章,敘述在工業(yè)范疇內(nèi)UPS的運(yùn)用。文章詳細(xì)剖析闡明晰各種UPS的供電電路,對運(yùn)用UPS的工業(yè)范疇很有含義,值得一讀。自個(gè)也曾接觸過工業(yè)范疇運(yùn)用UPS以及運(yùn)用過程中的某些疑問,對這些疑問也很有愛好,在此談?wù)勔恍┯^點(diǎn)。
　　
　　在上述文章所羅列的各種電路中都有一個(gè)特色,那即是運(yùn)用的UPS都帶有輸出阻隔變壓器(所謂的工頻機(jī)),而旁路也都裝有阻隔變壓器。咱們就能夠從這兒說起。
　　
　　圖1即是該文中所示電路中的最簡略的一個(gè)。
　　
　　工業(yè)用UPS從原則上來講,能夠分成兩種:一種是為生產(chǎn)過程中的電氣設(shè)備供電的,這種UPS的選用要看詳細(xì)的設(shè)備而定,并且UPS的容量都很大,有的就選用動態(tài)UPS,對這一種運(yùn)用UPS的狀況此處不做剖析。另一種則是在工業(yè)自動化控制過程中所用設(shè)備、器材的電源運(yùn)用UPS。如發(fā)電廠運(yùn)用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控體系、數(shù)據(jù)收集體系、主要的機(jī)、電、爐維護(hù)體系等就需求運(yùn)用UPS。又如在石化工廠常常運(yùn)用的散布控制體系(DCS)也是如此。那里有一些檢測壓力、溫度、流量等檢測外表、調(diào)理外表、控制閥和泵等履行器材。關(guān)于此類設(shè)備、器材的電源的牢靠性請求是很高的,否則會構(gòu)成生產(chǎn)過程失調(diào),乃至癱瘓。例如某石化工廠的DCS體系運(yùn)用的UPS因市電電源中止,而電池中有一塊電池?fù)p壞放不出電,DCS體系不能作業(yè),構(gòu)成生產(chǎn)過程癱瘓。一塊電池很簡略更換,但生產(chǎn)過程設(shè)備的整理康復(fù)卻用了三天時(shí)刻,損失慘重。
　　
　　這兒評論的是在工業(yè)范疇中第二種狀況下運(yùn)用的UPS。這一類UPS與通常數(shù)據(jù)中心運(yùn)用的UPS有許多不相同的特色。
　　
　　這類UPS的第一個(gè)特色是負(fù)載與市電電源徹底阻隔。為了防止市電的任何*影響負(fù)載的安穩(wěn)作業(yè),有必要把負(fù)載與市電徹底阻隔。這就需求UPS有輸出阻隔變壓器,并且旁路輸入也需求通過一個(gè)阻隔變壓器,以確保在旁路作業(yè)時(shí)也能與市電阻隔。這么,在負(fù)載側(cè)就構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的體系,有自個(gè)的接地或者是不接地的懸浮體系。
　　
　　從UPS來看,滿意這種負(fù)載的請求,輸出阻隔變壓器是有必要的,而不是額外的。假如選用不帶輸出阻隔變壓器的UPS,就需求外加輸出阻隔變壓器,是否能滿意負(fù)載需求,那就要由用戶來斷定了。
　　
　　這類UPS的第二個(gè)特色是負(fù)載常常請求單相電源供電,需求選用三相輸入/單相輸出型的UPS。這對UPS來說疑問不大,由于所需UPS容量不大,常常是100kVA擺布。可是關(guān)于旁路來說,即是一個(gè)值得探討的疑問了。旁路阻隔變壓器用什么樣的呢?用三相輸入/三相輸出,顯然是不合理的,只單相帶載,既糟蹋又極不平衡。用單相220V輸入/單相220V輸出,也很不平衡。比較好的方法是用單相380V輸入/單相220V輸出。這么在電源側(cè)的平衡程度要好一些。變壓器的容量能夠按UPS容量來挑選。電源的容量需求按兩相有電流的巨細(xì)來思考。此外還有雙變壓器計(jì)劃、Scott變壓器計(jì)劃、三相五柱變壓器計(jì)劃等,但都不如單相380V輸入/單相220V輸出的計(jì)劃簡略。
　　
　　而在市電電壓很不安穩(wěn)或*較大時(shí),為了在旁路作業(yè)狀態(tài)下,對負(fù)載不產(chǎn)生*,需求在旁路阻隔變壓器的后邊,再加上穩(wěn)壓器,以確保負(fù)載牢靠安穩(wěn)地作業(yè)。這也是常用的一種供電電路。
　　
　　關(guān)于發(fā)電廠和變電站用的UPS,在直流環(huán)節(jié)還要有特別的請求。由于發(fā)電廠中有強(qiáng)壯的直流體系,用來為繼電維護(hù)體系和高壓開關(guān)的驅(qū)動裝置供給電源。這個(gè)電源有必要十分牢靠,否則會構(gòu)成體系的失調(diào),變成重大事故。由于有了這個(gè)直流電源,UPS就不需求單獨(dú)建立自個(gè)的直流電源,而是運(yùn)用公共的直流電源。這么就帶來兩個(gè)疑問:一是UPS的直流電壓需習(xí)慣公共的直流電壓,通常發(fā)電廠的直流電源電壓是220V,因而UPS的直流電壓要與這個(gè)電壓相匹配。另一個(gè)疑問是公共直流體系容量很大,有自個(gè)的充電電源,不需求UPS充電,電池只為UPS放電用。所以在電池與UPS直流母線之間要添加防反二極管。發(fā)電廠自個(gè)的直流體系非常主要,專門有對地絕緣請求,因而請求UPS直流與溝通電源之間有必要阻隔。這么就在UPS的溝通輸入端添加阻隔變壓器。這個(gè)變壓器一起也為直流電壓所需數(shù)值供給了便利。平常UPS的直流電壓略高于電池組的電壓,電池對UPS不能放電。
　　
　　UPS失去溝通輸入時(shí),電池給UPS放電。這個(gè)電路如圖2所示。
　　
　　此外,工業(yè)用UPS在維護(hù)等級的請求上與通常UPS也有所不相同。通常的UPS所處環(huán)境比較好,溫度、濕度、塵土度都能滿意UPS的需求。因而維護(hù)等級多為IP20。而工業(yè)用UPS所處的環(huán)境往往是比較差的。因而對UPS來說,它的維護(hù)等級就要高一些。有的乃至要防水滴、通風(fēng)口要加過濾網(wǎng)等。
　　
　　從以上介紹能夠看出,工業(yè)用UPS供電電路關(guān)鍵是需求與市電電源阻隔,而對UPS來說就要有輸出阻隔變壓器。這個(gè)變壓器有三個(gè)功用:一是阻隔,二是變壓,三是濾波。關(guān)于前兩個(gè)功用現(xiàn)已介紹過,不再贅述,下面闡明其濾波功用。
　　
　　無論是帶變壓器的全波逆變,仍是不帶變壓器的半波逆變,其根本作業(yè)原理是相同的。都是選用IGBT功率器材,以脈沖寬度調(diào)制(PWM)的調(diào)理方法作業(yè)。其輸出都有必要有濾波環(huán)節(jié),這個(gè)濾波器應(yīng)該是低通濾波器。圖3和圖4分別是這兩類UPS的有些電路圖。
　　
　　

從圖3能夠看出這個(gè)濾波電路是串聯(lián)電感和并聯(lián)電容構(gòu)成的。可是有變壓器的UPS就不需求串聯(lián)電感,它是運(yùn)用變壓器的漏磁電抗完結(jié)的,再外加電容構(gòu)成濾波電路,如圖4所示。變壓器是兩個(gè)繞組相互耦合實(shí)現(xiàn)變壓的,由于兩個(gè)繞組都有各自的不相互耦合的漏磁,這就構(gòu)成串聯(lián)在電路中的漏磁電抗，這恰恰是濾波的需求。該變壓器的參數(shù)請求，有必要滿意按照濾波請求的電抗數(shù)值，這就與通常的變壓器不相同了。
　　
　　關(guān)于三相變壓器,其繞組通常選用Δ/Y接線,其原邊選用三角形接線,是由于這么能夠消除3次及3的倍數(shù)次諧波,這是由于三相3次諧波是同相的,它們在三角形繞組中能夠環(huán)繞而消除,在副邊就不呈現(xiàn)3次及3的倍數(shù)次諧波。關(guān)于全部濾波是有利的。
　　
　　該變壓器還有一個(gè)容量疑問,這如同不是疑問,只需滿意UPS輸出容量請求即可。可是,筆者卻見到過兩個(gè)不相同廠家,同一容量的UPS卻有著不相同容量的輸出變壓器。同一臺10kVA的三相輸出的UPS。輸出電壓為380V,負(fù)載功率因數(shù)為0.8。有一廠家是選用10kVA的變壓器,另一家卻不是10kVA。變壓器容量可按照下列計(jì)算求得。
　　
　　咱們知道變壓器后邊有濾波電容,它可濾掉高頻脈沖,關(guān)于50Hz頻率來說是一個(gè)固定電容支路。也即是說這個(gè)電容是并聯(lián)在輸出電壓上的,正常時(shí)就有一個(gè)容性電流流過。它與負(fù)載電流一起由逆變器經(jīng)變壓器的電流承當(dāng),如圖5所示。
　　
　　關(guān)于咱們介紹的UPS來說,每個(gè)濾波電容是22μF,三相做三角形銜接。每相電容的容抗為XCΦ。計(jì)算得XCΦ=144.8Ω。每相電容電流為ICф=380/144.8=2.6A。電容電流IC=1.73×2.6=4.5A。
　　
　　UPS額外負(fù)載電流為
　　
　　圖6是簡化電路圖,圖7是其相量圖。
　　

　　逆變器經(jīng)變壓器的輸出電流是
　　
　　變壓器容量為ST=1.73×380×13=8.6kVA。也即是說用一臺8.6kVA的變壓器就能夠滿意UPS輸出10kVA的需求。當(dāng)然,在實(shí)踐挑選時(shí),還須思考高頻電流、過載才能等疑問。筆者就曾見過一臺100kVA的UPS的輸出變壓器銘牌的容量是88kVA。
　　
　　當(dāng)然,這是在額外狀況下(如上例,IL=15.2A、cosφ=0.8),斷定UPS內(nèi)部器材的參數(shù)。以此來挑選功率器材,制作UPS。在負(fù)載不是額外狀況時(shí)(cosφ為別的數(shù)值),是以逆變器電流不超越斷定數(shù)值(如上例,IINV=13A),來斷定負(fù)載的巨細(xì)(IL的數(shù)值),即UPS的帶載才能與額外值會有不相同。
　　
　　筆者見過一家廠商用10kVA的變壓器,另一家用小容量的變壓器,后來用大容量變壓器廠家也改為用小容量的了。當(dāng)然變壓器的容量要多大,這與UPS的負(fù)載功率因數(shù)、脈寬調(diào)制頻率、濾波電容的巨細(xì)以及UPS設(shè)計(jì)的輸出功能等要素有關(guān),而不是千人一面的?？墒沁@通知咱們一個(gè)事實(shí),那即是用最小的投入以獲得最大的收益是廠家的制作理念。這么的案例在UPS產(chǎn)品中仍是多處可見。咱們不能一見到這種如同不合理的狀況,就簡略地認(rèn)為是廠家以小替大、以次充好,而應(yīng)仔細(xì)剖析。
　　
　　上面是研討工業(yè)用UPS時(shí),剖析了UPS的輸出變壓器。當(dāng)然這關(guān)于非工業(yè)用的UPS也是適用的。

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