CN105141209B - 减少隔离ups旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置 - Google Patents

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    • H02P13/00—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output

Abstract

本发明涉及一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置，包括步骤S1：实时获取UPS输入交流电的过零点，根据相邻两个过零点的时间差获取UPS输入交流电的频率；步骤S2：判断UPS输入交流电的频率是否满足，若满足，则进入步骤S3，否则返回步骤S1；步骤S3：取a的初值为1，其中a为正整数；步骤S4：在UPS输入的交流电的当前第个半个正弦波周期，UPS控制旁路可控硅SCR在时刻至相邻的下一个过零点处于导通状态，其中：；步骤S5：递增a的值，判断a是否小于等于N‑1，若是，则返回步骤S4，否则结束。本发明的有益效果在于：保证输出隔离变压器的励磁电流最小，不损坏旁路可控硅SCR。

Description

减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置
技术领域
本发明涉及UPS领域，尤其涉及一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置。
背景技术
随着UPS的应用不断发展，对UPS系统隔离性要求也不断的被提出，全隔离UPS的应用可有效地保证用户设备系统的安全和可靠，从设计结构上看全隔离系统和传统的非隔离系统的差别在于增加了输出或是输入隔离变压器，其将整个UPS系统和负载系统隔离以保证负载系统不受输入端的干扰信号的影响。但隔离变压器的应用必须要考虑励磁电流的对UPS系统的影响，根据变压器的特性，可把变压器看作是一个电感，由电感的励磁特性可知，对电感突加电压会使其产生反方向的励磁电流，励磁电流的大小根据电感特性不同可以达到很高，可能会远远超过UPS系统中器件可承受的电压或电流限值，导致器件损坏引起UPS故障。
目前为保证全隔离UPS系统在旁路态和逆变态下都能正常工作，在这两种状态下减小变压器励磁电流的方法主要有两种：
(1)先保证旁路态下旁路无输出，通过逆变缓启动方法使输出电压缓慢变大以减小变压器励磁电流，待缓启动结束电压稳定后，即可实现两种状态的切换，此种方法虽然可以减小旁路输出时变压器的励磁电流，但旁路工作时刻受到限制，机器会存在无输出的一个时间段，在输出稳定性要求较高的场合是不允许出现此种情况的。
(2)旁路工作时，在旁路电压的峰值处开通旁路，由于电感电流滞后电压90°，使得旁路电压在过零处时的变压器励磁电流最小，一旦变压器两端的电压稳定，即可实现旁路和逆变的正常切换，但实测中不同变压器产生的励磁电流也会有几十安，因此还需要选用规格较高的器件才能满足设计要求。由此可见，这两种方法从实际应用的角度都存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，避免出现旁路输出时隔离变压器励磁电流较大的现象。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时获取UPS输入交流电的过零点，根据相邻两个过零点的时间差获取UPS输入交流电的频率f；
步骤S2:判断UPS输入交流电的频率f是否满足fmin≤f≤fmax，其中fmin和fmax分别为UPS旁路输出正常范围交流电频率的最小阈值和最大阈值，若满足，则进入步骤S3，否则返回步骤S1；
步骤S3：取a的初值为1，其中a为正整数；
步骤S4：在UPS输入的交流电的当前第i个半个正弦波周期，UPS控制旁路可控硅SCR在tip时刻至相邻的下一个过零点ti1处于导通状态，其中：
其中，N为正整数；ti0为当前第i个半个正弦波周期的第一过零点时刻，tip为第一个过零点ti0至下一个过零点之间的导通时刻，1≤i≤N,且i为正整数；
步骤S5:递增a的值，判断a是否小于等于N-1，若是，则返回步骤S5，否则结束检测。
进一步的，在步骤S5中，还包括以下步骤：
步骤S50：判断a是否小于等于N-1，若是，则转至步骤S4,否则结束检测；
步骤S51:取a＝a+1，转至步骤S50。
进一步的，在所述步骤S1中，还将过零点进行滞后补偿，计算实际过零点的时刻。
进一步的，在所述步骤S4中，第i个半波周期的导通时间为从tip至相邻的下一个过零点的时间。
本发明还提供一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的装置，包括一UPS模块，所述UPS模块的交流电输入端连接一用于实时获取UPS模块输入交流电的过零点获取单元，所述过零点获取单元经一频率判断单元与一用于计算UPS旁路可控硅SCR启动执行时间的缓启动控制单元，所述缓启动控制单元经一PWM信号产生单元与一用于控制旁路可控硅SCR开关的驱动单元的输入端电连接，所述驱动单元的输出端与所述UPS模块的旁路可控硅SCR电连接。
进一步的，还包括一过零点补偿单元，所述过零点补偿单元的一端与所述过零点获取单元电连接，另一端与所述缓启动控制单元电连接。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1)针对目前隔离UPS旁路导通变压器励磁电流的控制方法，存在无法完全消除励磁电流及操作复杂等问题，本发明控制方法采用缓启动控制在隔离型UPS在上电过程中，在UPS的交流电频率正常情况下，在第1至第N个半波周期的过零点处逐渐加大SCR导通时间，使得通过输出隔离变压器的电压值逐步增大，保证输出隔离变压器的励磁电流最小，不损坏旁路可控硅SCR器件。
2)隔离型UPS稳定工作在旁路态下，旁路由异常恢复到正常，旁路可控硅SCR关断和导通过程，保证输出隔离变压器的励磁电流最小，不损坏旁路回路中的可控硅SCR。
3)利用简单的算法得到旁路可控硅SCR的PWM开关控制信号，对旁路可控硅SCR直接控制，使输出电压缓慢增大，有效地减小变压器励磁电流，改善了隔离变压器励磁电流较大问题，保证开关控制器件可靠工作，提高了UPS系统的稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明的实施例所提供方法的流程原理图；
图2本发明的实施例的缓启动控制单元控制过程的波形图；
图3本发明的实施例所述提供装置的电路结构框图；
图4本发明的实施例中的UPS模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～4所示，本发明实施的一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时获取UPS输入交流电的过零点，根据相邻两个过零点的时间差获取UPS输入交流电的频率f；
步骤S2：判断UPS输入交流电的频率f是否满足fmin≤f≤fmax，其中fmin和fmax分别为UPS旁路输出正常范围交流电频率的最小阈值和最大阈值，若满足，则进入步骤S3，否则返回步骤S1；
步骤S3：取a的初值为1，其中a为正整数；
步骤S4：在UPS输入的交流电的当前第i个半个正弦波周期，UPS控制旁路可控硅SCR在tip时刻至相邻的下一个过零点ti1时刻之间处于导通状态，其中：
其中，N为正整数；ti0为当前第i个半个正弦波周期的第一过零点时刻，tip为第i个半个正弦周期内的第一个过零点ti0至下一个过零点ti1之间的导通时刻，1≤i≤N,且i为正整数；
步骤S5:递增a的值，判断a是否小于等于N-1，若是，则返回步骤S5，否则结束检测。
进一步的，在步骤S5中，还包括以下步骤：
步骤S50：判断a是否小于等于N-1，若是，则转至步骤S4,否则结束检测；
步骤S51:取a＝a+1，转至步骤S50。
进一步的，在所述步骤S1中，还将过零点进行滞后补偿，计算实际过零点的时刻。
进一步的，第i个半波周期的导通时间为从tip至相邻的下一个过零点。
本发明实施例还提供一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的装置，包括一UPS模块，所述UPS模块的交流电输入端连接一用于实时获取UPS模块输入交流电的过零点获取单元，所述过零点获取单元经一频率判断单元与一用于计算UPS旁路可控硅SCR启动执行时间的缓启动控制单元，所述缓启动控制单元经一PWM信号产生单元与一用于控制旁路可控硅SCR开关的驱动单元的输入端电连接，所述驱动单元的输出端与所述UPS模块的旁路可控硅SCR电连接。
进一步的，还包括一过零点补偿单元，所述过零点补偿单元的一端与所述过零点获取单元电连接，另一端与所述缓启动控制单元电连接。
如图4所述，其中UPS模块包括UPS主电路，输入电容C1、输出电容C2、输出继电器RLY、旁路可控硅SCR和隔离变压器T，所述UPS模块的交流电输入端连接一用于实时获取UPS模块输入交流电的过零点获取单元，所述驱动单元的输出端与所述UPS模块的旁路可控硅SCR电连接。
本发明提供的一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的装置中，所述过零点捕获单元用于捕获UPS交流电的过零点，所述过零点补偿单元用于对硬件过零点进行滞后补偿，计算UPS交流电的实际过零点；所述频率判断单元根据过零点捕获单元的相邻两个过零点计算UPS交流电的频率，并判断UPS交流电的频率是否属于正常范围内，所述缓启动控制单元用于计算旁路可控硅SCR缓启动执行的时间，在UPS交流电的频率正常范围内的第1至第N半波周期的过零点依次加大过零点处旁路可控硅SCR导通的时间，第i半波周期的过零点导通时刻从第i半波周期的t1时刻至相邻的下一个过零点时刻，所述PWM信号产生单元根据缓启动执行的时间计算结果转换为输出驱动占空；所述驱动单元用于控制旁路可控硅SCR的开启和关断。
本发明实现的缓启动控制过程如图2所示，Uin为隔离UPS的输入交流电的电压波形图，SCR驱动为旁路可控硅SCR的驱动波形图，PWM驱动信号在每半波周期过零点前开通，在UPS的输入交流电的过零点处关闭，PWM脉宽从第一至第N半波周期逐步展宽，图中UT为隔离变压器T初级侧的输入电压波形，可以看出隔离变压器T初级侧的输入电压波形的幅值也是逐渐变大的过程，避免旁路可控硅SCR瞬间导通导致隔离变压器T初级侧的输入电压突变，产生较大的励磁电流，实际关断时刻不在过零处是由于旁路可控硅SCR半控特性引起，旁路可控硅SCR关断要靠通过它的反向电压，反向电压达到一定阈值后便可关断可控硅。
综上所述，本发明提供的减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法及装置，保证UPS系统在旁路和逆变下工作时输出隔离变压器的励磁电流最小，同时保证系统可靠运行。
本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：实时获取UPS输入交流电的过零点，根据相邻两个过零点的时间差获取UPS输入交流电的频率；
步骤S2:判断UPS输入交流电的频率是否满足，其中和分别为UPS旁路输出正常范围交流电频率的最小阈值和最大阈值，若满足，则进入步骤S3，否则返回步骤S1；
步骤S3：取a的初值为1，其中a为正整数；
步骤S4：在UPS输入的交流电的当前第个半个正弦波周期，UPS控制旁路可控硅SCR在时刻至相邻的下一个过零点时刻之间处于导通状态，其中：
；
其中，N为正整数；为当前第个半个正弦波周期的第一过零点时刻，为第一个过零点至下一个过零点之间的导通时刻，,且为正整数；
步骤S5:递增a的值，判断a是否小于等于N-1，若是，则返回步骤S4，否则结束。
2.根据权利要求1所述的减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，其特征在于：在步骤S5中，还包括以下步骤：
步骤S50：取a=a+1；
步骤S51：判断a是否小于等于N-1，若是，则转至步骤S4；否则结束。
3.根据权利要求1所述的减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的方法，其特征在于：在所述步骤S1中，还将过零点进行滞后补偿，计算实际过零点的时刻。
4.一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的装置，包括一UPS模块，其特征在于：所述UPS模块的交流电输入端连接一用于实时获取UPS模块输入交流电的过零点获取单元，所述过零点获取单元经一频率判断单元与一用于计算UPS旁路可控硅SCR启动执行时间的缓启动控制单元电连接，所述缓启动控制单元经一PWM信号产生单元与一用于控制旁路可控硅SCR开关的驱动单元的输入端电连接，所述驱动单元的输出端与所述UPS模块的旁路可控硅SCR电连接，所述频率判断单元根据过零点捕获单元的相邻两个过零点计算UPS交流电的频率，并判断UPS交流电的频率是否属于正常范围内，所述缓启动控制单元用于计算旁路可控硅SCR缓启动执行的时间，在UPS交流电的频率正常范围内的第1个至第N个半波周期的过零点依次加大过零点处旁路可控硅SCR导通的时间。
5.根据权利要求4所述的一种减少隔离UPS旁路导通的变压器励磁电流的装置，还括一过零点补偿单元，所述过零点补偿单元的一端与所述过零点获取单元电连接，另一端与所述缓启动控制单元电连接。
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