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美国PCM集团 工业电源事业部 PGP系列UPS 原理介绍(Power Generation Plant UPS),POWERCOM AMERICA,INC,目 录一、6/12 Pluse整流器原理及谐波分析二、整流器AC/DC原理介绍三、逆变器DC/AC原理介绍四、锁相电路、静态开关工作原理介绍五、变压器联接组别介绍六、电池软启动原理七、UPS中隔离变压器的作用,POWERCOM AMERICA,INC,一、6/12 Pluse整流器原理及谐波分析,1.6脉冲整流器原理及谐波分析：6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流,由于有6个开关脉冲对6个可控硅 分别控制，所以叫6脉冲整流。,当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：,(1-1)由公式（1-1）可得以下结论：电流中含6K1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13.等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,POWERCOM AMERICA,INC,一、6/12 Pluse整流器原理及谐波分析,1.6脉冲整流器原理及谐波分析：,图1.1 计算机仿真的6脉冲A相的输入电压、电流波形,2.12脉冲整流器原理及谐波分析：12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移相变压器 后再增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此 又称为12脉冲整流。,POWERCOM AMERICA,INC,桥的网侧电流傅立叶级数展开为：(1-2)II桥网侧线电压比I桥超前30度，因网侧线电流比I桥超前30度，其电流傅立叶级数展开为：,如下图示：两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。,2.12脉冲整流器原理及谐波分析：,POWERCOM AMERICA,INC,2.12脉冲整流器原理及谐波分析：,(1-4)可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、.次谐波相互抵消，注入电网的只有12k1（k为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,(1-3),故合成的网侧线电流：,图1.2 计算机仿真的12脉冲UPS A相的输入电压、电流波形,POWERCOM AMERICA,INC,二、整流器AC/DC原理介绍,导通顺序：VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6,POWERCOM AMERICA,INC,二、整流器AC/DC原理介绍,POWERCOM AMERICA,INC,三、逆变器DC/AC原理介绍（全桥式）,POWERCOM AMERICA,INC,控制器通过计算发出SPWM信号，将信号传递给基极驱动板，从而驱动IGBT工作：D1、D4和D2、D3在分别获得激励信号后，进入轮流导通或截止状态，从而在变压器初级和次级分别产生交流电压U1和U2；逆变电路输出电压中除了基波外还含有一定的谐波分量，若要得到正弦输出电压，在次级输出电路中必须设置滤波器,经过滤波使负载取得正弦电压。滤波器的主要作用：,1、使输出电压中单次谐波含量和总谐波含量降到指标允许的范围内；2、在三相条件下使输出电压不平衡度符合规定范围；3、使负载变化引起的输出电压波动小，且满足动态指标，同时要重量轻，体积小。,3.1 逆变原理,POWERCOM AMERICA,INC,三、逆变器DC/AC原理介绍（全桥式）,3.2 逆变电路输出为正弦波的实现方法,大多数情况，我们希望UPS输出50Hz正弦交流电，所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多，主要有以下三种：（1）阶梯波逆变器（2）多脉冲调制逆变器（3）正弦脉宽调制（SPWM）逆变器,3.3 正弦脉宽调制（SPWM）逆变器原理,这种方法是通过频率较高的等幅三角波（载波）与可调幅度的50Hz的正弦波组合，产生与正弦波等效的而脉冲宽度不等的矩形波，称为正弦调制。,POWERCOM AMERICA,INC,四、锁相电路、静态开关原理介绍,4.1 锁相电路工作原理,锁相电路基本工作原理如下图示：,锁相电路由三个基本部件：鉴相器、低通滤波器和压控振荡器组成。用于检测两个交流电源的相位差并将它变成一个电压信号去控制逆变的输出电压相位与频率，从而保持逆变器与交流电源的同步运行。,POWERCOM AMERICA,INC,四、锁相电路、静态开关原理介绍,4.2 静态开关工作原理（下图为PGP系列工业级UPS静态开关原理图）,在上图中，交流旁路与逆变器都采用静态开关作为切换开关。当执行切换时，通过同步锁相电路检测Bypass Line和Inverter Line回路电压信号，当两路电压同步时进行锁相跟踪，由静态开关Driver发出信号封锁其中故障回路静态开关脉冲并检测流过静态开关的电流，当电流为零时触发另一静态开关的晶闸管，实行二者的转换。,POWERCOM AMERICA,INC,四、锁相电路、静态开关原理介绍,4.2 保证同步切换的方法,（1）通过直接检测两电源电压的相位，以此作为切换时的一个控制信号。（2）检测两电源的电压差，以此间接反映出相位差，产生切换控制信号。（3）为防止切换时感性负载中出现浪涌而损坏元件，可通过检测主用电源在稳 态电流过零时接通旁路电源，以实现安全切换。,POWERCOM AMERICA,INC,五、变压器连接组别介绍,5.1 连接组别的概念,连接组别：反映变压器高、低压侧绕组的连接方式，以及在正相序电源时，高、低压侧绕组对应线电势的相位关系。,POWERCOM AMERICA,INC,五、变压器连接组别介绍,5.2 变压器同名端的概念,同名端：绕在同一铁心柱上，相对绕向相同的端子,POWERCOM AMERICA,INC,五、变压器连接组别介绍,5.3 连接组别的判断方法,5.3.1 三相变压器电势相量图的画法,1.在A、a间连接嵌位线，建立原副边电势之间的联系；,2.根据原边绕组的接法，画出原边绕组的电势相量图；,3.根据原副绕组同名端，确定原副边电势的相位关系；,5.根据EAB与Eab的关系，确定三相变压器的联接组别。,4.根据副边绕组的接法，画出副边绕组的电势相量图；,5.3.2 根据电势相量图，判断三相变压器联接组别,例如：,Y/y-0连接的判断方法,三相变压器连接组别,时钟表示法,X,由此连接组别为：Y/y-0,0点,POWERCOM AMERICA,INC,POWERCOM AMERICA,INC,六、电池软启动原理,一般UPS的设计在无市电的情况下，整流器无法建立直流电压，所以逆变器无法启动，也无法直接开启电池保险丝，因为在无保护的条件下，直接开启电池保险丝，其电流是无限大，如此一来，可能造成直流电容器爆炸。PCM工业级UPS PGP系列设计方式（如右图示）：通过加装电磁接触器来限制其电流大小，用以保护直流电容器，因此，在无市电的情况下，也可以直接开启电池保险丝来建立直流电压，并且可以启动逆变器，可使用户在需要紧急供电的情况下照常使用UPS系统。,POWERCOM AMERICA,INC,七、UPS中隔离变压器的作用,7.1 输入隔离变压器的作用（1）脉冲个数由传统的6脉冲变为12脉冲，从而需要增加一个三相的交流输 入，使单全控桥变成两个全控桥，同时提高输入功率因数。（2）通过变压器的移相来消除部分谐波干扰，提高电网质量。（3）使电网侧和UPS侧通过电磁耦合实现能量传递，避免直接的电能传递，互 相隔离直接干扰和故障源。7.2 输出隔离变压器的作用（1）在电压的两次变换中完成升压功能，保证在电网电压 下限和输出满负荷的情况下，UPS能输出稳定的380V/220V额定电压。（2）为全桥逆变器三相输出提供零线，以满足单相输入电源负载的供电要求。（3）消除配电系统中的零地电位差。,POWERCOM AMERICA,INC,谢谢大家,
