CN201319509Y - 一种全数字化控制三进三出工频在线式ups电源 - Google Patents

Abstract

一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，包括与市电输入端连接的内部带功率因数较正电路的整流电流，其输出端与逆变电路的输入端及电池组正负极两端连接，逆变电路的输出端与静态旁路转换电路的输入端连接，双路辅助电源通过控制芯片与逆变电路连接，所述与控制芯片串接的干接点电路及通讯接口电路之间增设并机接口电路；控制芯片为DSP控制芯片，逆变电路为SVPWM。本实用新型为工频在线式，输入/输出均为三相交流电压，整机控制系统由DSP芯片完成，整机线路结构简单，可靠性更高，功率因数高，安全工作区更宽，逆变输出能得到THD非常低的正弦波，数字矢量正弦脉冲调制技术(SVPWM)能有效地提高UPS的逆变效率。

Description

一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源

技术领域

本实用新型涉及UPS电源，特别涉及一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源。

背景技术

UPS(Uninterruptible Power Supply)，即不间断电源，它是一种以逆变为主要组成部分的电源设备。在市电输入正常情况下(根据使用环境可设定输入电压的低端及高端范围)，UPS将市电整流通过逆变器或直接稳压后一方面供负载使用，另一方面还向UPS内部的蓄电池进行限流浮充及均充充电，当市电发生中段或产生大幅度波动时，UPS立即将电池的电能通过逆变转换的方式向负载继续供电，使用电设备保持正常工作，以达到保护负载软件和硬件不受损坏。

目前在线式UPS分为高频和工频两种工作方式，高频在线式UPS整机体积小，重量轻，输入端带PFC电路，但是高频在线式UPS输出抗冲击能力弱，超载能力较低，特别是负载为电动机负载时更为明显。

工频在线式UPS由于内置工频逆变变压器，旁路隔离变压器，输入三相电抗器，因此整机体积较大，但工频在线式UPS输出抗冲击能力强，超载能力高，特别适合负载为电动机等感性负载。

现有工频在线式UPS大多数整流部分为二极管(如图1所示)或可控硅6脉冲(如图2所示)、12脉冲整流方式(如图3所示)，上述整流方式产生的谐波大，谐波电流倒灌于市电输入端，造成电网电压波型畸变，电网线路电压损失增大，输电效率降低，即UPS输入功率因子低。

另外传统的UPS逆变控制信号为正弦脉冲调制方式(SPWM)，此调制方式的UPS逆变输出波形THD较高，动态电压瞬变范围及瞬变响应时间较大，输出三相负载不平衡度较高，为提高UPS输入功率因数，大部分UPS在整流后端加一级功率因数修正电路，但这种方式线路复杂，故障率高，功率器件易老化，造成UPS整机可靠性降低。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高现有工频UPS的输入功率因数，减少UPS工作时产生的谐波对市电电网的干扰以及可使其能进行多台冗余并机工作，增长UPS的使用寿命的全数字化控制三进三出工频在线UPS电源。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，包括与市电输入端连接的内部带功率因数较正电路的整流电流，其输出端与逆变电路的输入端及电池组正负极两端连接，所述逆变电路的输出端与静态旁路转换电路的输入端连接，所述双路辅助电源通过控制芯片与逆变电路连接，所述与控制芯片串接的干接点电路及通讯接口电路之间增设并机接口电路。

所述并机接口电路与控制芯片串联。

所述控制芯片为DSP控制芯片，所述逆变电路为SVPWM。

本实用新型采用上述技术方案后，可达到如下有益效果：

1、性能好。本实用新型整机控制系统由一片高速DSP芯片完成，整机线路结构简单，可靠性比同类产品更高，功率器件均采用IGBT逆变及冗余并机技术，使UPS安全工作区更宽，良好的开关特性使UPS逆变输出能得到THD非常低的正弦波，数字矢量正弦脉冲调制技术(SVPWM)能有效地提高UPS的逆变效率。

2、智能化。本实用新型的电池充电管理功能大大地延长电池的使用寿命，人性化的网络监控系统能使用户对UPS进行远程控制及实施对UPS的无人值守控制。

3、功率因数高。本实用新型为避免从市电电网吸取谐波电流导致市电电网电压畸变，为此在UPS输入端连接了市电功率因数效正电路(PFC)，此功率因子效正电路之控制信号亦由DSP芯片产生，由于采用了高速DSP芯片产生PWM，功率因数效正控制信号，从而使得本UPS的输入功率因数可达到0.98-0.99。

4、结构合理。本实用新型参考三相电动机工作原理，将三相逆变器和电动机看成一个整体，用八个基本的电压矢量合成出逆变器的工作电压矢量，建立逆变器IGBT的开关状态，并依据电机磁链和电压的关系，由DSP芯片产生SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样后得到SVPWM调制波，SVPWM的主要特点在于利用逆变器空间电压矢量的切换合成，参考电压矢量在同一桥臂上两个开关的工作状态在任意时刻都是互补之原理，用二值逻辑函数表示6个开关的工作状态。

附图说明

图1为现有技术中三相二极管整流原理图；

图2为现有技术中三相6脉冲整流原理图；

图3为现有技术中三相12脉冲整流原理图；

图4为本实用新型的原理框图；

图5为本实用新型的电路连接图；

图6为本实用新型中多台冗余并机连接示意图；

图7为本实用新型中静态开关转换电路连接图。

附图标记说明

K、手动旁路开关。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明：

参见图4

图4为本实用新型的原理框图。在图中，所述全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，包括与市电输入端连接的内部带功率因数较正电路的整流器，其输出端与逆变器的输入端及电池组正负极两端连接，所述逆变电路的输出端与静态旁路转换电路的输入端连接，所述双路辅助电源通过控制芯片与逆变电路连接，所述控制芯片与双路辅助电源连接，所述干接点电路通过控制制芯片与通讯接口电路连接，所述干接点电路与通讯接口电路之间增设有并机接口电路。所述并机接口电路与控制芯片串联。所述控制芯片采用DSP控制芯片，所述逆变电路采用SVPWM。

UPS电源由DSP芯片提供SVPWM控制信号运作，带功率因数较正电路的三相整流器、逆变器均采用模块式设计。所述UPS可采用并接方式。

所述逆变器由数字信号控制可作冗余并机使用，三相整流器为IGBT整流方式并具有功率因数较正功能。

市电正常时，输入经三相电抗器及电容滤波后(由于市电受各种干扰信号的影响，其输入正弦波电压中包含有多种干扰信号，输入相电抗器及电容就是滤去这些干扰信号的，使正弦波形光滑，稳定)由整流电路及PFC电路修正后得到一稳定的直流电压，此直流电压一路向逆变器提供直流逆变电压。

参见图5

图5为本实用新型的电路连接图。在图中，所述6路驱动PWM由DSPIC U207产生后驱动6路IGBT整流，高速DSP检测市电输入电压及电流相位并对驱动PWM进行实时修正使输入电压及电流相位同步，以此实现输入功率的修正减小UPS工作时产生的谐波对输入电网的干扰。

参见图6

图6为本实用新型中多台冗余并机连接图。在图中，UPS为并接状态，其主要工作原理为：UPS在多台冗余并机时只要将每台单机的并机接口一一连接上即可，并支持在线热更换，其工作原理为在并机的UPS系统中分别检测每台UPS的环流瞬时值并将环流瞬时值分解成有功功率偏差及无功功率偏差，由两路检测电路通过DSP高速信号处理后分别调整并机中UPS的基准电压正弦波的相位和幅度，亦即调整逆变器输出电压的相位和幅度，以此来实现每台并机中UPS的有功电流和无功电流的分配。

参见图7

图7为本实用新型中静态开关转换器电路连接图。在图中，其主要工作原理为：UPS正常工作时，SCR4，SCR5，SCR6导通，输出由逆变器供电，当负载过冲或负载容量超出UPS额定容量时SCR4，SCR5，SCR6立即关闭，SCR1，SCR2，SCR3在SCR4，SCR5，SCR6关闭过程中导通，负载由市电供电，当负载容量减轻后SCR1，SCR2，SCR3又自动关闭，SCR4，SCR5，SCR6再次导通，负载继续由逆变器供电，当负载短路时SCR1---SCR6同时关闭，以避免UPS损坏。图中手动旁路开关K用于一旦UPS损坏或UPS需日常维护时使用，手动旁路开关处于闭合状态时可对UPS进行维修。

UPS所有控制信号，市电同步信号，静态转换开关信号均由一块DSP芯片完成。

输入主电路设置了容量很大的滤波电容，它能吸收来自电网中的各种干扰信号，从而提高了UPS的抗干扰能力。

当市电中断时，电池电压通过逆变器变换为标准的正弦波，该电压又经过转换开关输出。逆变器出现故障时，UPS通过静态转换开关进行旁路输出，并关闭主逆变器。

本实用新型的其他技术可采用现有技术。

Claims (4)

1、一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，包括与市电输入端连接的内部带功率因数较正电路的整流电流，其输出端与逆变电路的输入端及电池组正负极两端连接，所述逆变电路的输出端与静态旁路转换电路的输入端连接，其特征在于：所述双路辅助电源通过控制芯片与逆变电路连接，所述与控制芯片串接的干接点电路及通讯接口电路之间增设并机接口电路。

2、根据权利要求1所述的一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，其特征在于：所述并机接口电路与控制芯片串联。

3、根据权利要求1所述的一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，其特征在于：所述控制芯片为DSP控制芯片。

4、根据权利要求1所述的一种全数字化控制三进三出工频在线式UPS电源，其特征在于：所述逆变电路为SVPWM。

Images