CN108808835A - 一种ups故障保护电路及ups装置 - Google Patents

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苏崇毅
郑品宏
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    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
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    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions

Abstract

本发明涉及一种UPS故障保护电路，所述UPS包括静态旁路、逆变器以及用于控制所述逆变器输出的接触器；所述故障保护电路包括保护部件，所述保护部件的一端连接于所述接触器；所述保护部件的另一端连接于所述静态旁路的输出端，且与所述静态旁路输出端共同连接于所述UPS的负载输出端；其中，所述保护部件用于防止在所述UPS中产生从市电经所述静态旁路与所述接触器至所述逆变器接地端的故障回路。

Description

一种UPS故障保护电路及UPS装置
技术领域
本发明涉及供电电源领域，具体涉及一种UPS故障保护电路及UPS装置。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源系统)是一种含有储能装置的交流电源，可利用电池等储能装置在停电时向负载提供不间断的电力供应。作为一种供电保障设备，其在供配电领域的应用非常广泛。与此同时，供配电领域的安全问题一直是关系到人身安全和设备安全的头等大事，实际操作中，无论多么细小的故障都可能导致严重的事故，由电弧所导致的故障就是其中一种。
为了提高供电系统的可靠性，避免电弧等因素影响供电的安全，提高UPS的安全性能十分必要，不仅有助于保证供配电的安全运行，同时对于整个电气系统的运行也具有重要作用。
因此，目前需要一种故障保护电路来保证UPS的可靠运行。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种UPS故障保护电路，所述UPS包括静态旁路、逆变器以及用于控制所述逆变器输出的接触器；所述故障保护电路包括保护部件，所述保护部件的一端连接于所述接触器；所述保护部件的另一端连接于所述静态旁路的输出端，且与所述静态旁路输出端共同连接于所述UPS的负载输出端；其中，所述保护部件用于防止在所述UPS中产生从市电经所述静态旁路与所述接触器至所述逆变器接地端的故障回路。
优选的，所述逆变器由三极管/IGBT组成，所述保护部件经所述接触器连接于所述逆变器中三极管/IGBT的发射极或集电极。
优选的，所述保护部件用于防止在所述UPS中产生从市电经静态旁路与接触器至三极管/IGBT基极接地端的故障回路。
优选的，所述保护部件包括熔丝。
优选的，所述UPS提供三相电源，所述保护部件包括分别连接于三相输出电压线路的三个熔丝。
优选的，所述保护部件包括切换开关。
本发明还提供一种UPS装置，包括不间断电源模块、集成旁路柜以及设置于所述不间断模块和所述集成旁路柜中的如上所述的故障保护电路。
优选的，所述保护组件设置于所述集成旁路柜中。
优选的，所述保护组件设置于所述不间断电源模块中。
优选的，所述UPS装置还包括与所述保护器件相连的报警装置。
相对于现有技术，本发明取得了如下有益技术效果：本发明提供的UPS故障保护电路及UPS装置，在与逆变器相连的触发器和负载输出端之间设置了保护器件，该保护器件能够在直流母线保护器件无法消除故障风险时，防止产生从市电经静态旁路到逆变器接地端的故障回路，以便在UPS出现故障时，其中的静态旁路不会受其影响，能够继续为负载供电。
附图说明
图1是UPS装置的工作架构示意图。
图2是根据本发明优选实施例的具有故障保护电路的UPS结构示意图。
图3是本发明优选实施例的故障保护电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
UPS的供电保障功能体现在于它的不间断供电能力，图1是UPS装置的工作架构示意图，如图1所示，UPS通常包括整流器、逆变器、蓄电池以及静态旁路。在市电输入正常时，UPS相当于稳压器，可利用整流器将交流电整流成直流电，然后再利用逆变器把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，输出至负载使用；一旦市电交流输入异常，例如出现欠压或者停电等故障，那么UPS会启用蓄电池，并同时将整流器所在的整流电路关断，相应的，仅利用逆变器将蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，供给后级负载使用；静态旁路会在UPS不工作时，例如休眠或发生故障时，直接将市电传输至负载进行供电。
由于UPS在使用过程中，常常会涉及到在上述三种工作状态的转换，特别是随着UPS技术的发展，当前UPS能够实现在各状态间更快速无缝的切换，随之而来的也产生了许多新的电气故障风险，特别是因UPS故障所导致的电气供电瘫痪，例如，当UPS的UPM(Uninterruptible Power Module，不间断电源模块)故障时导致静态旁路无法工作，进而使得整个电气系统无法供电。
发明人通过对上述故障的研究，提出了一种UPS故障保护电路，能够在UPM故障时保证静态旁路的安全导通，进而保证对整个系统的不间断供电。
图2是根据本发明优选实施例的具有故障保护电路的UPS结构示意图，如图2所示，UPS由UPM和ISBM(Integrated System Bypass Module，集成旁路柜)两部分组成，UPM中包括整流器21、逆变器22、电池控制器20以及与分别用于控制上述三个部件的接触器；ISBM中包括静态旁路开关10和输入开关CB1，以及与外部器件相连的备用电源接入端口11，市电输入端口12和13，负载输出端口14。
本发明优选实施例提供的故障保护电路包括设置于UPM中的直流母线熔丝和设置于ISBM的旁路熔丝100、输出熔丝110以及电池熔丝120。其中，UPM中至少包括三组直流母线熔丝，分别是连接于整流器21和接触器K1之间的直流母线熔丝210，连接于逆变器22和接触器K3之间的直流母线熔丝220，以及连接于蓄电池充放电控制器20与接触器K2之间的直流母线熔丝200；另外，上述三组直流母线熔丝分别经电感连接于接触器K1，K2，K3，接触器K1的另一端通过ISBM中的输入开关CB1与输入端12相连；
ISBM中，旁路熔丝100连接于静态旁路开关组件10和旁路输入端13之间，输出熔丝110连接于输出端14与UPM中的接触器K3之间，电池熔丝120连接于蓄电池接入端11与UPM中的接触器K2之间；另外，静态开关10的另一端连接于输出端14，接入端11外连接于备用电源(例如蓄电池)，整流器输入端12和旁路输入端13分别外连接于市电，输出端14外连接于负载。
当UPS处于使用UPM中的逆变器22进行工作时，接触器K3导通，逆变器22将整流器21整流后的直流电或蓄电池提供的直流电逆变为交流电后，经ISBM中的负载输出端14为负载供电，若UPM中的部件发生故障(例如若逆变器22产生了弧闪故障)，可利用其中的直流母线熔丝的熔断机制进行保护(例如使用连接于逆变器22的直流母线熔丝220)；
同时，为了保证UPS对负载的不间断供电，UPS将迅速导通ISBM中的静态旁路开关组件，将市电经旁路输入端13输入至ISBM，经其中的静态旁路直接输出至负载输出端14为负载供电，若此时UPM中的直流母线熔丝熔断没有完全消除故障影响，可采用熔丝110的熔断机制对静态旁路的供电回路进行保护，从而避免启动旁路熔丝100的保护机制，导致整个UPS装置停止运行。
例如，假设当前UPS处于使用ISBM中的旁路供电状态，即静态旁路开关组件10导通，市电从旁路输入端13经静态旁路开关组件10从输出端14对负载进行供电，而UPM处于蓄电池供电待机状态，即逆变器22为关闭状态，接触器K3为导通状态或断开并等待导通状态；此时，若要控制UPS执行从使用ISBM到UPM的工作状态切换，需启动UPM中的逆变器22(若接触器K3原处于断开状态，也需控制接触器K3导通)，当UPM发生异常并导致逆变器22故障无法启动，且直流母线熔丝220熔断，根据工作原理，此时UPS应再次切换至使用ISBM中的旁路供电状态，以确保对负载的不间断供电，但是由于弧闪因素，在执行上述切换时，易形成以下故障回路：市电-旁路输入端13-旁路熔丝100,-静态旁路开关组件10-输出熔丝110-接触器K3-逆变器22(接地端)，因此，为了避免因逆变器故障而导致旁路熔丝100的意外熔断保护，可使用上述回路中连接于接触器K3与开关组件10之间的输出熔丝110进行熔断保护。
在本发明的一个实施例中，UPS的逆变器22由多个三极管组成，图3是本发明优选实施例的故障保护电路示意图，其中还示出了图2的UPS装置中的逆变器22和直流母线熔丝220，如图3所示，逆变器22中的部分三极管的集电极和发射极经直流母线熔丝220连接于UPS的直流备用电源(例如蓄电池)或整流器21，部分三极管的集电极和发射极经还经触发器K3和输出熔丝110对负载进行输出供电，若UPS发生故障导致直流母线熔丝220熔断后，UPS将切换至静态旁路，直接将市电经静态旁路为负载供电，此时，输出熔丝110可用于防止产生从市电经静态旁路和接触器K3至三极管的基极接地端的故障回路。
在本发明的一个实施例中，UPS的逆变器还可以由多个IGBT组成。
在本发明的一个实施例中，上述输出熔丝110还可以设置于UPM中接触器K3的输出端，一般来说，UPS中可以包含多个UPM，因此，在每个UPM中的接触器K3输出端分别设置一个输出熔丝110，可以分别对每个UPM进行熔断保护。
本发明还提供一种UPS装置，包括至少两个UPM和一个ISBM以及设置于UPM和ISBM中的上述UPS故障保护电路。
在本发明第一个实施例中，上述UPS装置还包括与上述UPS故障保护电路相连的报警装置，该报警装置可用于监测UPS故障保护电路中各保护部件(例如熔丝)的状态，当保护部件启动保护机制(例如熔丝熔断)时，可产生告警信号。
在本发明第一个实施例中，上述UPS装置采用了三相输出方式，其中，故障保护电路中的输入熔丝110包括与输出三相电源分别连接的熔丝R、熔丝S和熔丝T，上述报警装置采用三个与熔丝R、S、T关联的微动开关，三个微动开关彼此串联且连接于报警器，当任何一个微动开关导通时，则表示输出熔丝110启动熔断保护，同时可触发报警器报警。
尽管在上述实施例中，采用了熔丝作为保护部件来说明UPS故障保护电路，但本领域普通技术人员应理解，在其它实施例中可以采用其他的具有保护功能的电子器件来实现同样的保护功能，例如将输出熔丝110替换为切换开关，若直流母线熔丝220无法消除UPS故障所导致的弧闪问题时，断开上述连接于接触器K3输出端的保护部件(例如切换开关)，可以同样避免产生从市电经静态旁路开关组件10到逆变器22接地端的故障回路。
与现有技术相比，本发明提供的UPS故障保护装置通过在UPS的UPM和ISBM中的电子器件的输入端/输出端设置保护器件，可以有效解决在UPS出现故障时导致原本无故障的静态旁路也无法工作的问题。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种UPS故障保护电路，所述UPS包括静态旁路、逆变器以及用于控制所述逆变器输出的接触器；所述故障保护电路包括保护部件，所述保护部件的一端连接于所述接触器；所述保护部件的另一端连接于所述静态旁路的输出端，且与所述静态旁路输出端共同连接于所述UPS的负载输出端；其中，所述保护部件用于防止在所述UPS中产生从市电经所述静态旁路与所述接触器至所述逆变器接地端的故障回路。
2.根据权利要求1所述的UPS故障保护电路，其特征在于，所述逆变器由三极管/IGBT组成，所述保护部件经所述接触器连接于所述逆变器中三极管/IGBT的发射极或集电极。
3.根据权利要求2所述的UPS故障保护电路，其特征在于，所述保护部件用于防止在所述UPS中产生从市电经静态旁路与接触器至三极管/IGBT基极接地端的故障回路。
4.根据权利要求1所述的UPS故障保护电路，其特征在于，所述保护部件包括熔丝。
5.根据权利要求4所述的UPS故障保护电路，其特征在于，所述UPS提供三相电源，所述保护部件包括分别连接于三相输出电压线路的三个熔丝。
6.根据权利要求1所述的UPS故障保护电路，其特征在于，所述保护部件包括切换开关。
7.一种UPS装置，包括不间断电源模块、集成旁路柜以及设置于所述不间断模块和所述集成旁路柜中的如权利要求1至6任一项所述的故障保护电路。
8.根据权利要求7所述的UPS装置，其特征在于，所述保护组件设置于所述集成旁路柜中。
9.根据权利要求7所述的UPS装置，其特征在于，所述保护组件设置于所述不间断电源模块中。
10.根据权利要求7所述的UPS装置，其特征在于，所述UPS装置还包括与所述保护器件相连的报警装置。
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