TW201935803A - 一種ups故障保護電路及ups裝置 - Google Patents

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蘇崇毅
鄭品宏
吳家豪
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愛爾蘭商伊頓智慧動力有限公司
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Abstract

本發明涉及一種UPS故障保護電路，所述UPS包括靜態旁路、逆變器以及用於控制所述逆變器輸出的接觸器；所述故障保護電路包括保護部件，所述保護部件的一端連接於所述接觸器；所述保護部件的另一端連接於所述靜態旁路的輸出端，且與所述靜態旁路輸出端共同連接於所述UPS的負載輸出端；其中，所述保護部件用於防止在所述UPS中產生從市電經所述靜態旁路與所述接觸器至所述逆變器接地端的故障回路。

Description

一種UPS故障保護電路及UPS裝置
本發明涉及供電電源領域，具體涉及一種UPS故障保護電路及UPS裝置。
UPS（Uninterruptible Power System，不斷電電源系統）是一種含有儲能裝置的交流電源，可利用電池等儲能裝置在停電時向負載提供不間斷的電力供應。作為一種供電保障設備，其在供配電領域的應用非常廣泛。與此同時，供配電領域的安全問題一直是關係到人身安全和設備安全的頭等大事，實際操作中，無論多麼細小的故障都可能導致嚴重的事故，由電弧所導致的故障就是其中一種。
為了提高供電系統的可靠性，避免電弧等因素影響供電的安全，提高UPS的安全性能十分必要，不僅有助於保證供配電的安全運行，同時對於整個電氣系統的運行也具有重要作用。
因此，目前需要一種故障保護電路來保證UPS的可靠運行。
針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種UPS故障保護電路，所述UPS包括靜態旁路、逆變器以及用於控制所述逆變器輸出的接觸器；所述故障保護電路包括保護部件，所述保護部件的一端連接於所述接觸器；所述保護部件的另一端連接於所述靜態旁路的輸出端，且與所述靜態旁路輸出端共同連接於所述UPS的負載輸出端；其中，所述保護部件用於防止在所述UPS中產生從市電經所述靜態旁路與所述接觸器至所述逆變器接地端的故障回路。
較佳地，所述逆變器由三極體/IGBT組成，所述保護部件經所述接觸器連接於所述逆變器中三極體/IGBT的射極或集極。
較佳地，所述保護部件用於防止在所述UPS中產生從市電經靜態旁路與接觸器至三極體/IGBT基極接地端的故障回路。
較佳地，所述保護部件包括熔絲。
較佳地，所述UPS提供三相電源，所述保護部件包括分別連接於三相輸出電壓線路的三個熔絲。
較佳地，所述保護部件包括切換開關。
本發明還提供一種UPS裝置，包括不斷電電源模組、集成旁路櫃以及設置於所述不間斷模組和所述集成旁路櫃中的如上所述的故障保護電路。
較佳地，所述保護組件設置於所述集成旁路櫃中。
較佳地，所述保護組件設置於所述不斷電電源模組中。
較佳地，所述UPS裝置進一步包括與所述保護器件相連的報警裝置。
相對於現有技術，本發明取得了如下有益技術效果：本發明提供的UPS故障保護電路及UPS裝置，在與逆變器相連的觸發器和負載輸出端之間設置了保護器件，該保護器件能夠在直流母線保護器件無法消除故障風險時，防止產生從市電經靜態旁路到逆變器接地端的故障回路，以便在UPS出現故障時，其中的靜態旁路不會受其影響，能夠繼續為負載供電。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
UPS的供電保障功能體現在於它的不間斷供電能力，圖1是UPS裝置的工作架構示意圖，如圖1所示，UPS通常包括整流器、逆變器、蓄電池以及靜態旁路。在市電輸入正常時，UPS相當於穩壓器，可利用整流器將交流電整流成直流電，然後再利用逆變器把直流電逆變成穩定無雜質的交流電，輸出至負載使用；一旦市電交流輸入異常，例如出現欠壓或者停電等故障，那麼UPS會啟用蓄電池，並同時將整流器所在的整流電路關斷，相應的，僅利用逆變器將蓄電池的直流電逆變成穩定無雜質的交流電，供給後級負載使用；靜態旁路會在UPS不工作時，例如休眠或發生故障時，直接將市電傳輸至負載進行供電。
由於UPS在使用過程中，常常會涉及到在上述三種工作狀態的轉換，特別是隨著UPS技術的發展，目前UPS能夠實現在各狀態間更快速無縫的切換，隨之而來的也產生了許多新的電氣故障風險，特別是因UPS故障所導致的電氣供電癱瘓，例如，當UPS的UPM（Uninterruptible Power Module，不斷電電源模組）故障時導致靜態旁路無法工作，進而使得整個電氣系統無法供電。
發明人通過對上述故障的研究，提出了一種UPS故障保護電路，能夠在UPM故障時保證靜態旁路的安全導通，進而保證對整個系統的不間斷供電。
圖2是根據本發明較佳實施例的具有故障保護電路的UPS結構示意圖，如圖2所示，UPS由UPM和ISBM（Integrated System Bypass Module，集成旁路櫃）兩部分組成，UPM中包括整流器21、逆變器22、電池控制器20以及與分別用於控制上述三個部件的接觸器；ISBM中包括靜態旁路開關10和輸入開關CB1，以及與外部器件相連的備用電源接入埠11，市電輸入埠12和13，負載輸出埠14。
本發明較佳實施例提供的故障保護電路包括設置於UPM中的直流母線熔絲和設置於ISBM的旁路熔絲100、輸出熔絲110以及電池熔絲120。其中，UPM中至少包括三組直流母線熔絲，分別是連接於整流器21和接觸器K1之間的直流母線熔絲210，連接於逆變器22和接觸器K3之間的直流母線熔絲220，以及連接於蓄電池充放電控制器20與接觸器K2之間的直流母線熔絲200；另外，上述三組直流母線熔絲分別經電感連接於接觸器K1、K2、K3，接觸器K1的另一端通過ISBM中的輸入開關CB1與輸入端12相連； ISBM中，旁路熔絲100連接於靜態旁路開關組件10和旁路輸入端13之間，輸出熔絲110連接於輸出端14與UPM中的接觸器K3之間，電池熔絲120連接於蓄電池接入端11與UPM中的接觸器K2之間；另外，靜態開關10的另一端連接於輸出端14，接入端11外連接於備用電源（例如蓄電池），整流器輸入端12和旁路輸入端13分別外連接於市電，輸出端14外連接於負載。
當UPS處於使用UPM中的逆變器22進行工作時，接觸器K3導通，逆變器22將整流器21整流後的直流電或蓄電池提供的直流電逆變為交流電後，經ISBM中的負載輸出端14為負載供電，若UPM中的部件發生故障（例如若逆變器22產生了弧閃故障），可利用其中的直流母線熔絲的熔斷機制進行保護（例如使用連接於逆變器22的直流母線熔絲220）； 同時，為了保證UPS對負載的不間斷供電，UPS將迅速導通ISBM中的靜態旁路開關組件，將市電經旁路輸入端13輸入至ISBM，經其中的靜態旁路直接輸出至負載輸出端14為負載供電，若此時UPM中的直流母線熔絲熔斷沒有完全消除故障影響，可採用熔絲110的熔斷機制對靜態旁路的供電回路進行保護，從而避免啟動旁路熔絲100的保護機制，導致整個UPS裝置停止運行。
例如，假設目前UPS處於使用ISBM中的旁路供電狀態，即靜態旁路開關組件10導通，市電從旁路輸入端13經靜態旁路開關組件10從輸出端14對負載進行供電，而UPM處於蓄電池供電待機狀態，即逆變器22為關閉狀態，接觸器K3為導通狀態或斷開並等待導通狀態；此時，若要控制UPS執行從使用ISBM到UPM的工作狀態切換，需啟動UPM中的逆變器22（若接觸器K3原處於斷開狀態，也需控制接觸器K3導通），當UPM發生異常並導致逆變器22故障無法啟動，且直流母線熔絲220熔斷，根據工作原理，此時UPS應再次切換至使用ISBM中的旁路供電狀態，以確保對負載的不間斷供電，但是由於弧閃因素，在執行上述切換時，易形成以下故障回路：市電-旁路輸入端13-旁路熔絲100,-靜態旁路開關組件10-輸出熔絲110-接觸器K3-逆變器22（接地端），因此，為了避免因逆變器故障而導致旁路熔絲100的意外熔斷保護，可使用上述回路中連接於接觸器K3與開關組件10之間的輸出熔絲110進行熔斷保護。
在本發明的一個實施例中，UPS的逆變器22由多個三極體組成，圖3是本發明較佳實施例的故障保護電路示意圖，其中還示出了圖2的UPS裝置中的逆變器22和直流母線熔絲220，如圖3所示，逆變器22中的部分三極體的集極和射極經直流母線熔絲220連接於UPS的直流備用電源（例如蓄電池）或整流器21，部分三極體的集極和射極經還經觸發器K3和輸出熔絲110對負載進行輸出供電，若UPS發生故障導致直流母線熔絲220熔斷後，UPS將切換至靜態旁路，直接將市電經靜態旁路為負載供電，此時，輸出熔絲110可用於防止產生從市電經靜態旁路和接觸器K3至三極體的基極接地端的故障回路。
在本發明的一個實施例中，UPS的逆變器還可以由多個IGBT組成。
在本發明的一個實施例中，上述輸出熔絲110還可以設置於UPM中接觸器K3的輸出端，一般來說，UPS中可以包含多個UPM，因此，在每個UPM中的接觸器K3輸出端分別設置一個輸出熔絲110，可以分別對每個UPM進行熔斷保護。
本發明還提供一種UPS裝置，包括至少兩個UPM和一個ISBM以及設置於UPM和ISBM中的上述UPS故障保護電路。
在本發明第一個實施例中，上述UPS裝置進一步包括與上述UPS故障保護電路相連的報警裝置，該報警裝置可用於監測UPS故障保護電路中各保護部件（例如熔絲）的狀態，當保護部件啟動保護機制（例如熔絲熔斷）時，可產生告警信號。
在本發明第一個實施例中，上述UPS裝置採用了三相輸出方式，其中，故障保護電路中的輸入熔絲110包括與輸出三相電源分別連接的熔絲R、熔絲S和熔絲T，上述報警裝置採用三個與熔絲R、S、T關聯的微動開關，三個微動開關彼此串聯且連接於報警器，當任何一個微動開關導通時，則表示輸出熔絲110啟動熔斷保護，同時可觸發報警器報警。
儘管在上述實施例中，採用了熔絲作為保護部件來說明UPS故障保護電路，但本領域普通技術人員應理解，在其他實施例中可以採用其他的具有保護功能的電子器件來實現同樣的保護功能，例如將輸出熔絲110替換為切換開關，若直流母線熔絲220無法消除UPS故障所導致的弧閃問題時，斷開上述連接於接觸器K3輸出端的保護部件（例如切換開關），可以同樣避免產生從市電經靜態旁路開關組件10到逆變器22接地端的故障回路。
與現有技術相比，本發明提供的UPS故障保護裝置通過在UPS的UPM和ISBM中的電子器件的輸入端/輸出端設置保護器件，可以有效解決在UPS出現故障時導致原本無故障的靜態旁路也無法工作的問題。
雖然本發明已經通過較佳實施例進行了描述，然而本發明並非侷限於這裡所描述的實施例，在不脫離本發明範圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。
10‧‧‧靜態旁路開關/靜態旁路開關組件/靜態開關
11‧‧‧接入埠/接入端
12‧‧‧市電輸入埠/輸入端
13‧‧‧市電輸入埠/輸入端
14‧‧‧輸出埠/輸出端
20‧‧‧控制器
21‧‧‧整流器
22‧‧‧逆變器
100‧‧‧旁路熔絲
110‧‧‧輸出熔絲/輸入熔絲/熔絲
120‧‧‧電池熔絲
200‧‧‧直流母線熔絲
210‧‧‧直流母線熔絲
220‧‧‧直流母線熔絲
CB1‧‧‧輸入開關
K1‧‧‧接觸器
K2‧‧‧接觸器
K3‧‧‧接觸器/觸發器
R‧‧‧熔絲
S‧‧‧熔絲
T‧‧‧熔絲
［圖1］是UPS裝置的工作架構示意圖。 ［圖2］是根據本發明較佳實施例的具有故障保護電路的UPS結構示意圖。 ［圖3］是本發明較佳實施例的故障保護電路示意圖。

Claims (10)

  1. 一種UPS故障保護電路，所述UPS包括靜態旁路、逆變器以及用於控制所述逆變器輸出的接觸器；所述故障保護電路包括保護部件，所述保護部件的一端連接於所述接觸器；所述保護部件的另一端連接於所述靜態旁路的輸出端，且與所述靜態旁路輸出端共同連接於所述UPS的負載輸出端；其中，所述保護部件用於防止在所述UPS中產生從市電經所述靜態旁路與所述接觸器至所述逆變器接地端的故障回路。
  2. 如請求項1所述的UPS故障保護電路，其中所述逆變器由三極體/IGBT組成，所述保護部件經所述接觸器連接於所述逆變器中三極體/IGBT的射極或集極。
  3. 如請求項2所述的UPS故障保護電路，其中所述保護部件用於防止在所述UPS中產生從市電經靜態旁路與接觸器至三極體/IGBT基極接地端的故障回路。
  4. 如請求項1所述的UPS故障保護電路，其中所述保護部件包括熔絲。
  5. 如請求項4所述的UPS故障保護電路，其中所述UPS提供三相電源，所述保護部件包括分別連接於三相輸出電壓線路的三個熔絲。
  6. 如請求項1所述的UPS故障保護電路，其中所述保護部件包括切換開關。
  7. 一種UPS裝置，包括不斷電電源模組、集成旁路櫃以及設置於所述不間斷模組和所述集成旁路櫃中的如請求項1至6任一項所述的故障保護電路。
  8. 如請求項7所述的UPS裝置，其中所述保護組件設置於所述集成旁路櫃中。
  9. 如請求項7所述的UPS裝置，其中所述保護組件設置於所述不斷電電源模組中。
  10. 如請求項7所述的UPS裝置，其中所述UPS裝置進一步包括與所述保護器件相連的報警裝置。
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