通信工程師考試培訓(xùn)UPS電源的逆變電路

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6.2.2 UPS電源的逆變電路

逆變器是雙變換在線式UPS電源的重要組成部分，其直接影響到UPS整機(jī)的可靠性和輸出電器指標(biāo)的優(yōu)劣。

大多數(shù)情況，我們希望UPS輸出50Hz的正弦交流電，所以要求其逆變電路為正弦波逆變電路。逆變電路實(shí)現(xiàn)輸出為正弦的方法很多，主要有以下三種。

（1）階梯波逆變器。由于逆變電路得到矩形波相對容易，我們可以利用不同相位的矩形波疊加的方式得到一個近似正弦波的階梯波。階梯越多，其所含正弦分量就越多。

（2）多脈沖調(diào)制逆變器。多脈沖調(diào)制法的基本原理是用一組等高不等寬的矩形脈沖等效正弦波。具體方法是將正弦波沿橫軸分割為若干等份，每一個等份包含的正弦面積用一個相同面積的矩形波來代替，這些矩形波組成的半個周期波形便與半個周期正弦波等效。

（3）正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器。

下面就簡單介紹一下正弦波PWM逆變器的工作原理，如圖6-7所示。功率開關(guān)管構(gòu)成全橋式電路的四個橋臂，輸出電感L與電容C組成高頻濾波器。全橋式電路的直流供電來自前級DC/DC高頻變換器。當(dāng)功率開關(guān)管VT,和VT3在PWM驅(qū)動下導(dǎo)通時，輸出電流/01通過濾波電感L為負(fù)載供電而形成交流電壓和電流的正半周，VT,與VT3關(guān)斷時，電感L的儲能通過負(fù)載、VD2電源S及VD4續(xù)流釋放。負(fù)半周時，功率開關(guān)管VT2與VT4以PWM驅(qū)動方式導(dǎo)通，輸出電流化2則以相反的方向流過負(fù)載，VT2與VT4關(guān)斷時電感L的儲能通過VD1、E、VD3及負(fù)栽續(xù)流釋放。因此在一個周期內(nèi)負(fù)載獲得了交流供電。

這種電路中功率開關(guān)管VT1-VT4的驅(qū)動控制方式一般采用三角波與正弦波比較產(chǎn)生的PWM方式。

三角波與正弦波相比較而產(chǎn)生的PWM控制信號如圖6-8（a）所示。由圖6-8中可以看出正弦波與三角波經(jīng)過電壓比較器后所產(chǎn)生的PWM驅(qū)動信號的寬度與正弦波的幅度成正比，如圖6-8（b）所示。當(dāng)用此PWM驅(qū)動信號去控制逆變器中的VTi和VT3的通斷時，可在全橋式電路得到與驅(qū)動脈沖寬度相等，幅度等于逆變器輸入直流電壓值的一串方波電壓，此一串方波電壓經(jīng)過濾波電感L和電容C后，按照其調(diào)制脈沖寬度規(guī)律還原為與基準(zhǔn)正弦波相近的波形。這種正弦波PWM逆變電路較多地應(yīng)用于中大型UPS電源中，其工作頻率一般在15kHz左右，提高工作頻率有利于改善輸出正弦波波形和負(fù)載動態(tài)響應(yīng)。

UPS單相逆變電路可以有推挽式、半橋式和全橋式等，均用于中小型UPS系統(tǒng)中；大型UPS的逆變電路往往采用三相逆變電路。目前大功率三相UPS的輸出端一般都帶有隔離變壓器，這種UPS與負(fù)載隔離，具有較好的短路特性。

為保證UPS電源安全穩(wěn)定的工作，UPS中使用的逆變器不僅僅將直流電簡單地變換為交流電輸出，還應(yīng)具有以下功能。

（1）保證UPS輸出電壓穩(wěn)定。由于負(fù)載的變化、輸入電壓的被動以及元器件的老化等因素的影響，要實(shí)現(xiàn)UPS輸出電壓的穩(wěn)定，UPS電源的逆變器應(yīng)有自動調(diào)壓的能力。在逆變器中，常采用移相控制的方法和脈寬調(diào)制（PWM）的方法實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的自動調(diào)節(jié)。

（2）大功率在線式UPS-般要求正弦波輸出，所以在逆變器電路屮要加濾波器。如果逆變器輸出波形中諧波成分較多，特別是低次諧波的含量大時，濾波器的電感量、電容量就要增大，導(dǎo)致濾波器的體積、重量增大，電路動態(tài)響應(yīng)變壞。因此，在晶體管、場效應(yīng)管逆變器中，多采用正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)，通過提高開關(guān)管的工作頻率減少諧波，或使逆變器輸出階梯波代替方波，來減少諧波分量。

（3）為了使UPS實(shí)現(xiàn)同步切換和并機(jī)運(yùn)行，逆變器的輸出交流電應(yīng)與市電或并機(jī)運(yùn)行UPS鎖相同步，因此UPS逆變器輸出交流電的頻率、相位應(yīng)方便可調(diào)。

（4）要求逆變器的效率要高，動態(tài)特性好，觸發(fā)控制電路簡單，元器件及材料消耗要少，并且維護(hù)容易，成本低等。

UPS交流濾波器應(yīng)具有以下性能。

（1）輸出電壓中單次諧波含量和總諧波含量降到指標(biāo)允許的范圍內(nèi)。

（2）在三相條件下，使輸出電壓不平衡度符合規(guī)定范圍。

（3）使負(fù)載變化引起的輸出電壓波動小，且滿足動態(tài)指標(biāo)，同時要重量輕、體積小。

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