美國PCM集團UPS原理培訓

1、美國pcm集團 工業(yè)電源事業(yè)部 pgp系列ups 原理介紹 (power generation plant ups) powercom america, inc 目目 錄錄 一、一、6/12 6/12 plusepluse整流器原理及諧波分析整流器原理及諧波分析 二、整流器二、整流器ac/dcac/dc原理介紹原理介紹 三、逆變器三、逆變器dc/acdc/ac原理介紹原理介紹 四、鎖相電路、靜態(tài)開關工作原理介紹四、鎖相電路、靜態(tài)開關工作原理介紹 五、變壓器聯(lián)接組別介紹五、變壓器聯(lián)接組別介紹 六、電池軟啟動原理六、電池軟啟動原理 七、七、upsups中隔離變壓器的作用中隔離變壓器的作用 powe

2、rcom america, inc 一、6/12 pluse整流器原理及諧波分析 1. 6脈沖整流器原理及諧波分析： 6脈沖指以6個可控硅（晶閘管）組成的全橋整流,由于有6個開關脈沖對6個可控硅 分別控制，所以叫6脈沖整流。 當忽略三相橋式可控硅整流電路換相過程和電流脈動，假定交流側電抗為零，直 流電感為無窮大，延遲觸發(fā)角a為零，則交流側電流傅里葉級數(shù)展開為： (1-1) 由公式（1-1）可得以下結論： 電流中含6k1（k為正整數(shù)）次諧波，即5、7、11、13.等各次諧波，各次諧波 的有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 powercom america, inc 一

3、、6/12 pluse整流器原理及諧波分析 1. 6脈沖整流器原理及諧波分析： 圖1.1 計算機仿真的6脈沖a相的輸入電壓、電流波形 2. 12脈沖整流器原理及諧波分析： 12脈沖是指在原有6脈沖整流的基礎上，在輸入端、增加移相變壓器 后再增加一組6脈沖整流器，使直流母線電流由12個可控硅整流完成，因此 又稱為12脈沖整流。 powercom america, inc 橋的網(wǎng)側電流傅立葉級數(shù)展開為： (1-2) ii橋網(wǎng)側線電壓比i橋超前30度，因網(wǎng)側線電流比i橋超前30度，其電流傅立葉 級數(shù)展開為： 如下圖示：兩個三相整流電路就是通過變壓器的不同聯(lián)結構成12相整流電路。 2. 12脈沖整流器

4、原理及諧波分析： powercom america, inc 2. 12脈沖整流器原理及諧波分析： (1-4) 可見，兩個整流橋產(chǎn)生的5、7、17、19、.次諧波相互抵消，注入電網(wǎng)的只有 12k1（k為正整數(shù)）次諧波，即11、13、23、25等各次諧波，且其有效值與與諧波 次數(shù)成反比，而與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 (1-3) 故合成的網(wǎng)側線電流： 圖1.2 計算機仿真的12脈沖ups a相的輸入電壓、電流波形 powercom america, inc 二、整流器二、整流器ac/dc原理介紹原理介紹 導通順序： vt1 vt2 vt3 vt4 vt5 vt6 powercom ame

5、rica, inc 二、整流器二、整流器ac/dc原理介紹原理介紹 a acbcbacacbababac cosutdtuu l 22 3 2 3 35. 1)()sin(26 2 1 powercom america, inc 三、逆變器三、逆變器dc/ac原理介紹（全橋式）原理介紹（全橋式） powercom america, inc v控制器通過計算發(fā)出spwm信號，將信號傳遞給基極驅動板，從而驅動igbt工 作：d1、d4和d2、d3在分別獲得激勵信號后，進入輪流導通或截止狀態(tài)，從 而在變壓器初級和次級分別產(chǎn)生交流電壓u1和u2；逆變電路輸出電壓中除了 基波外還含有一定的諧波分量，若要

6、得到正弦輸出電壓，在次級輸出電路中 必須設置濾波器,經(jīng)過濾波使負載取得正弦電壓。 v濾波器的主要作用： 1、使輸出電壓中單次諧波含量和總諧波含量降到指標允許的范圍內； 2、在三相條件下使輸出電壓不平衡度符合規(guī)定范圍； 3、使負載變化引起的輸出電壓波動小，且滿足動態(tài)指標，同時要重量輕， 體積小。 3.1 逆變原理逆變原理 powercom america, inc 三、逆變器三、逆變器dc/ac原理介紹（全橋式）原理介紹（全橋式） 3.2 逆變電路輸出為正弦波的實現(xiàn)方法逆變電路輸出為正弦波的實現(xiàn)方法 v大多數(shù)情況，我們希望ups輸出50hz正弦交流電，所以要求其逆變電路為正弦 波逆變電路。逆變電

7、路實現(xiàn)輸出為正弦的方法很多，主要有以下三種： （1）階梯波逆變器 （2）多脈沖調制逆變器 （3）正弦脈寬調制（spwm）逆變器 3.3 正弦脈寬調制（正弦脈寬調制（spwm）逆變器原理）逆變器原理 v這種方法是通過頻率較高的等幅三角波（載波）與可調幅度的50hz的正弦波 組合，產(chǎn)生與正弦波等效的而脈沖寬度不等的矩形波，稱為正弦調制。 powercom america, inc 四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹 4.1 鎖相電路工作原理鎖相電路工作原理 鎖相電路基本工作原理如下圖示： v鎖相電路由三個基本部件：鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器組成。用于檢 測兩個交流電源

8、的相位差并將它變成一個電壓信號去控制逆變的輸出電壓相 位與頻率，從而保持逆變器與交流電源的同步運行。 powercom america, inc 四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹 4.2 靜態(tài)開關工作原理（下圖為靜態(tài)開關工作原理（下圖為pgp系列工業(yè)級系列工業(yè)級ups靜態(tài)開關原理圖）靜態(tài)開關原理圖） v在上圖中，交流旁路與逆變器都采用靜態(tài)開關作為切換開關。當執(zhí)行切換時，通 過同步鎖相電路檢測bypass line和inverter line回路電壓信號，當兩路電壓同 步時進行鎖相跟蹤，由靜態(tài)開關driver發(fā)出信號封鎖其中故障回路靜態(tài)開關脈沖 并檢測流過靜態(tài)開關的電

9、流，當電流為零時觸發(fā)另一靜態(tài)開關的晶閘管，實行二 者的轉換。 powercom america, inc 四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹四、鎖相電路、靜態(tài)開關原理介紹 4.2 保證同步切換的方法保證同步切換的方法 （1）通過直接檢測兩電源電壓的相位，以此作為切換時的一個控制信號。 （2）檢測兩電源的電壓差，以此間接反映出相位差，產(chǎn)生切換控制信號。 （3）為防止切換時感性負載中出現(xiàn)浪涌而損壞元件，可通過檢測主用電源在穩(wěn) 態(tài)電流過零時接通旁路電源，以實現(xiàn)安全切換。 powercom america, inc 五、變壓器連接組別介紹五、變壓器連接組別介紹 5.1 連接組別的概念連接組別的概念 連接組

10、別：反映變壓器高、低壓側繞組的連接方式，以及在正相序電源時，高、 低壓側繞組對應線電勢的相位關系。 powercom america, inc 五、變壓器連接組別介紹五、變壓器連接組別介紹 5.2 變壓器同名端的概念變壓器同名端的概念 同名端：繞在同一鐵心柱上，相對繞向相同的端子 powercom america, inc 五、變壓器連接組別介紹五、變壓器連接組別介紹 5.3 連接組別的判斷方法連接組別的判斷方法 5.3.1 5.3.1 三相變壓器電勢相量圖的畫法三相變壓器電勢相量圖的畫法 1.在a、a間連接嵌位線，建立原副邊電勢之間的聯(lián)系； 2.根據(jù)原邊繞組的接法，畫出原邊繞組的電勢相量圖；

11、 3.根據(jù)原副繞組同名端，確定原副邊電勢的相位關系； 5.根據(jù)eab與eab的關系，確定三相變壓器的聯(lián)接組別。 4.根據(jù)副邊繞組的接法，畫出副邊繞組的電勢相量圖； 5.3.2 5.3.2 根據(jù)電勢相量圖，判斷三相變壓器聯(lián)接組別根據(jù)電勢相量圖，判斷三相變壓器聯(lián)接組別 例如： y/y-0連接的判斷方法 三相變壓器連接組別三相變壓器連接組別 時鐘表示法時鐘表示法 ab e bc e ca e a e b e c e a e x c e c z b e b y ab e bc e ca e a e b e c e ab e bc e ca e a e x b e y c e z ca e bc e 由

12、此連接組別為：y/y-0 a(a) ab e ab e 這是 ab e 這是 0 0點點 powercom america, inc powercom america, inc 六、電池軟啟動原理六、電池軟啟動原理 一般ups的設計在無市電的情況下，整 流器無法建立直流電壓，所以逆變器無法啟 動，也無法直接開啟電池保險絲，因為在無 保護的條件下，直接開啟電池保險絲，其電 流是無限大，如此一來，可能造成直流電容 器爆炸。pcm工業(yè)級ups pgp系列設計方式 （如右圖示）：通過加裝電磁接觸器來限制 其電流大小，用以保護直流電容器，因此， 在無市電的情況下，也可以直接開啟電池保 險絲來建立直流電壓，并且可以啟動逆變器， 可使用戶在需要緊急供電的情況下照常使用 ups系統(tǒng)。 powercom america, inc 七、七、ups中隔離變壓器的作用中隔離變壓器的作用 7.1 輸入隔離變壓器的作用 （1）脈沖個數(shù)由傳統(tǒng)的6脈沖變?yōu)?2脈沖，從而需要增加一個三相的交流輸 入，使單全控橋變成兩個全控橋，同時提高輸入功率因數(shù)。 （2）通過變壓器的移相來消除部分諧波干擾，提高電網(wǎng)質量。 （3）使電網(wǎng)