CN1172417C

CN1172417C - 高压大功率不间断电源

Info

Publication number: CN1172417C
Application number: CNB021101949A
Authority: CN
Inventors: 刘同利; 隋学礼
Original assignee: Chuangtong Science And Technology Development Co Ltd Qingdao Economic And Te
Current assignee: Chuangtong Science And Technology Development Co Ltd Qingdao Economic And Te
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: CN1378322A

Abstract

一种高压大功率不间断电源，涉及电源技术。其电路由三相交流输入变压器和功率单元模块电路构成。功率单元模块由整流器、直流滤波电容、IGBT单相全桥逆变器、蓄电池组及充电器组成。功率单元模块电路可以由6个功率单元模块组成，每相有2个功率单元模块串联，先后与电抗器和三相输出变压器连接。也可以由12个、15个或21个功率单元模块组成，对应的每相有4个、5个或7个功率单元模块串联，分别与三相输出变压器和控制器连接，各使用独立充电器。控制器由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成。它输出电压稳定度高、效率高、结构合理、电压高、功率大、功率因数大、无谐波。可广泛用于各种电器设备的不间断供电中。

Description

高压大功率不间断电源

技术领域

本发明属于电力电子电源技术领域，更明确地说是一种利用新的高压变频技术制作的高压大功率不间断电源。

背景技术

传统的不间断电源(UPS)具有下述缺点和不足：输出功率小，一般在数百、数十、数个KW以下甚至更小，难以作大，不能满足大功率的用电器特别是重要实验室和某些重要设备对不间断电源的需要；电压低，不能满足高电压的用电器对不间断电源的需要；电流波形差，高次和低次谐波都很丰富，负载下的功率因数低，往往不足0.9甚至更低；输出稳定性差，输出电压不稳定，稳定度很难作到万分以上；效率低，一般不足0.9甚至更小。另外，已有的不间断电源结构不够合理，其中某一部分出现故障时，往往整机停止工作待修。上述已有的不间断电源难以满足各种用电器对不间断电源的要求。

本发明的目的，在于克服上述缺点和不足，提供一种高电压、大功率、高功率因数、无谐波、对电网的污染小、输出电压的稳定度高、效率高、结构合理的高压大功率不间断电源。

发明内容

为了达到上述目的，本发明高压大功率不间断电源由外壳以及安装在外壳中的电气线路所构成。电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路所构成。功率单元模块由整流器、与整流器连接的直流滤波电容器、与直流滤波电容器连接的IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成。本发明采用的功率单元模块化技术方便了安装与维修，大大提高了电源的可靠性。在电源的工作过程中，当某一个单元出现故障时，可以将其自动旁路切出系统而不影响其它单元的运行。并且，可以发出报警信号，提示有关人员更换。

三相交流输入电路可以是三相移相变压器。功率单元模块电路可以由6个功率单元模块组成，每相有2个功率单元模块串联。功率单元模块电路还先后与电抗器和三相输出变压器连接。所有功率单元模块使用独立充电器。这是由2个功率单元模块串联的不间断电源。

三相交流输入电路也可以是移相变压器。功率单元模块电路可以由12个功率单元模块组成，每相有4个功率单元模块串联。功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接。各个功率单元模块均使用独立充电器。控制器则由互连的单片机电路、工业控制计算机和PLC(逻辑程序控制器)组成。这是由4个功率单元模块串联的不间断电源。

三相交流输入电路也可以是移相变压器。功率单元模块电路可以由15个功率单元模块组成，每相有5个功率单元模块串联。功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接。各个功率单元模块均使用独立充电器。控制器则由互连的单片机电路、工业控制计算机和PLC(逻辑程序控制器)组成。这是由5个功率单元模块串联的不间断电源。

三相交流输入电路也可以是移相变压器。功率单元模块电路可以由21个功率单元模块组成，每相有7个功率单元模块串联。功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接，各个功率单元模块均使用独立充电器。控制器则由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成。这是由7个功率单元模块串联的不间断电源。

本发明的上述电源采用多级移相叠加的整流技术，大大改善了电流的波形，减少了输入电流的谐波，使其负载下的功率因数接近于1。

其输出逆变器部分采用了具有独立直流电源单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠加技术，减小了输出电压的低次谐波，方便了输出电压的调节，消除了开关器件串联的稳态和动态均压问题，减少了单个开关器件的开关频率，提高了逆变效率，可保证输入电压在+10％～-15％的变化范围内，输出电压稳定不变。

控制器核心由高速单片机和工业控制PC机协同运算来实现。精心设计的算法可保证系统达到最优的性能。工业控制PC机提供全中文WINDOWS监控和操作界面，同时可实现远程监控和网络化控制。控制器还包括一台内置的PLC(逻辑程序控制器)，用于柜体内开关信号的逻辑处理以及现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。

控制器结构上采用VME标准箱体结构。各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和表面焊接技术，使系统具有极高的可靠性。

另外，控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，使系统具有极高的安全性。同时，它具有很好的电磁兼容性，抗干扰性能强。

本发明的任务就是这样完成的。

本发明提供了一种高电压、大功率、输出电压的稳定度高、效率高、结构合理的高压大功率不间断电源。其输入电压可达3000～10000V，输出功率可达300～6000KVA，总效率可高达92％，输出电压设定范围100～10000V，输出功率因数可达0.95～0.99，输出频率设定范围40～120HZ。它可广泛用于各种电器设备的不间断供电中。

附图说明

图1为本发明的功率单元模块的电路图。

图2为每相有2个功率单元模块串联的UPS电源的电气原理图。

图3为每相有4个功率单元模块串联的UPS电源的电气原理图。

图4为每相有5个功率单元模块串联的UPS电源的电气原理图。

图5为每相有7个功率单元模块串联的UPS电源的电气原理图。

图1所示，电气线路由三相交流输入电路1以及功率单元模块电路2所构成。功率单元模块6由整流器3、直流滤波电容器4、IGBT单相全桥逆变器5、蓄电池组13以及充电器14组成。功率单元模块电路2由1块功率单元模块6组成。

图2所示，本发明的三相交流输入电路1是三相隔离变压器。功率单元模块电路2由6个功率单元模块6组成，每相有2个功率单元模块6串联。功率单元模块电路2还先后与电抗器7和三相输出变压器8连接。各个功率单元模块6均使用独立充电器14。

图3所示，本发明的三相交流输入电路1是移相变压器。功率单元模块电路2由12个功率单元模块6组成，每相有4个功率单元模块6串联。功率单元模块电路2还分别与三相输出变压器8和控制器9连接。控制器9由互连的单片机电路10、工业控制计算机11和逻辑程序控制器12组成。其输入电压为3KV。各个功率单元模块6均使用独立充电器14。

图4所示，本发明的功率单元模块电路2由15个功率单元模块6组成，每相有5个功率单元模块6串联。其输入电压为6KV。各个功率单元模块6均使用独立充电器14。

图5所示，本发明的功率单元模块电路2由21个功率单元模块6组成，每相有7个功率单元模块6串联。其输入电压为10KV。各个功率单元模块6均使用独立充电器14。

具体实施方式

本发明的实施例如下：

实施例1。一种高压大功率不间断电源，如图1所示。它由外壳以及安装在外壳中的电气线路所构成。电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路所构成。功率单元模块由整流器、直流滤波电容器、IGBT单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成。

实施例2。一种高压大功率不间断电源，如图2所示。其三相交流输入电路是三相隔离变压器，功率单元模块电路由6个功率单元模块组成，每相有2个功率单元模块串联，功率单元模块电路还先后与电抗器和三相输出变压器连接。各个功率单元模块均使用独立充电器。

实施例3。一种高压大功率不间断电源，如图3所示。其三相交流输入电路是移相变压器。功率单元模块电路由12个功率单元模块组成，每相有4个功率单元模块串联。功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接，控制器由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成。其输入电压为3KV。各个功率单元模块均使用独立充电器。

实施例4。一种高压大功率不间断电源，如图4所示。其功率单元模块电路由15个功率单元模块组成，每相有5个功率单元模块串联。输入电压为6KV。其余同实施例3。各个功率单元模块均使用独立充电器。

实施例5。一种高压大功率不间断电源，如图5所示。其功率单元模块电路由21个功率单元模块组成，每相有7个功率单元模块串联。输入电压为10KV。其余同实施例3。各个功率单元模块均使用独立充电器。

实施例1～实施例5是一种高功率因数、无谐波、电压稳定度高、效率高、结构合理的高压大功率不间断电源，可广泛用于各种用电器的不间断供电中。

Claims

1.一种高压大功率不间断电源，它由外壳以及安装在外壳中的电气线路构成，电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路构成，功率单元模块由整流器、与整流器连接的直流滤波电容器、与直流滤波电容器连接的IGBT单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成，其特征在于所说的三相交流输入电路是三相移相变压器，功率单元模块电路由6个功率单元模块组成，每相有2个功率单元模块串联，功率单元模块电路还先后与电抗器和三相输出变压器连接，各个功率单元模块均使用独立充电器。

2.一种高压大功率不间断电源，它由外壳以及安装在外壳中的电气线路构成，电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路构成，功率单元模块由整流器、与整流器连接的直流滤波电容器、与直流滤波电容器连接的IGBT单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成，其特征在于所说的三相交流输入电路是移相变压器，功率单元模块电路由12个功率单元模块组成，每相有4个功率单元模块串联，功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接，控制器由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成，各个功率单元模块均使用独立充电器。

3.一种高压大功率不间断电源，它由外壳以及安装在外壳中的电气线路构成，电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路构成，功率单元模块由整流器、与整流器连接的直流滤波电容器、与直流滤波电容器连接的IGBT单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成，其特征在于所说的三相交流输入电路是移相变压器，功率单元模块电路由15个功率单元模块组成，每相有5个功率单元模块串联，功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接，控制器由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成，各个功率单元模块均使用独立充电器。

4.一种高压大功率不间断电源，它由外壳以及安装在外壳中的电气线路构成，电气线路由三相交流输入电路以及与三相交流输入电路连接的功率单元模块电路构成，功率单元模块由整流器、与整流器连接的直流滤波电容器、与直流滤波电容器连接的IGBT单相全桥逆变器、并联在整流器输出端上的蓄电池组以及与三相交流输入电路和蓄电池组连接的充电器组成，其特征在于所说的三相交流输入电路是移相变压器，功率单元模块电路由21个功率单元模块组成，每相有7个功率单元模块串联，功率单元模块电路还分别与三相输出变压器和控制器连接，控制器由互连的单片机电路、工业控制计算机和逻辑程序控制器组成，各个功率单元模块均使用独立充电器。