变频器改成不间断电源的工作原理、系统组成、应用实例

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1、变频器改成不间断电源的工作原理、系统组成、应用实例摘要：介绍了将变频器改成不间断电源的工作原理和系统组成，指出了变频器改成普通UPS可能出现的问题及解决的办法，说明了该电源的选型和计算方法，并介绍了该电源在实际生产中的部分应用实例。关键词：变频器；不间断电源；可行性和应用引言随着科学技术的高速发展，人民生活水平的不断提高，人们对建筑物内的环境、使用功能、消防安全等提出了更高的要求。越现代化的建筑对电的依赖越高，但电力故障是不以人的意志为转移，一旦发生灾害事故将导致电力中断或电力中断后发生灾害事故，人民的生命财产安全将直接受到威胁。因此，

2、《高层民用建筑设计防火规范》和《民用建筑电气设计规范》中严格规定：一级负荷中特别重要的设备必须增设二路电源。目前，市场上常用的备用电源有发电机组、UPS、EPS等产品，至于它们三种供电方案以及衍生方案并不能保证电源100%不间断。本文的内容是笔者根据工作几年来从事EPS及UPS项目总结出来的。1解决问题的方法变频器无论是频率控制型还是矢量控制型或者转矩控制型，都是具有变频软起动功能，即电机起动时，因为输出电压和频率均可从零开始，就限制了电机的起动电流，甚至小于额定电流就可以正常起动。变频器的容量，在380V电压等级，功率范围从2.2~1

3、500kW的产品几乎可以覆盖目前所有的应用范围。目前常用的变频器都是交-直-交类型的电压源型变频器，其中间直流环节的电压约为510~620V，是三相交流电压经过三相不受控整流后得到的。如果在市电停电后能为变频器的中间环节提供另一路510~620V的直流电源，其IGBT逆变器就能不间断地输出三相正弦交流电压，而且其电压为0~380V、频率为0~50Hz连续可调，实现负载的软起动或者达到输出电压380（1依3%）V，输出频率50（1依1%）Hz的精度。例如一组蓄电池，就可以实现对负载的不间断供电。基于这个想法开发出一种新型UPS，即可成为变

4、频型交流不间断电源，使变频器在新的应用领域中得到应用。因UPS输出是三相正弦波且稳压稳频，为了增加设备的可靠性及避免对负载的干扰，在变频器的输出增加变压器和LC低通滤波器。根据负载性质，这种可变频UPS同样可以像普通UPS一样设计成后备式和在线式。该电源的过载能力为150%时3s，整机效率为98%以上。本文以西门子公司通用变频器产品为应用实例来说明这种电源的工作原理、架构组成和设计方法。2系统组成和工作原理该电源主要单元有：矢量型变频器，蓄电池组，DC/DC直流变换器降压充电模块，控制逻辑板，DC/DC降压工作电源（+24V）模块，输出

5、隔离变压器及LC滤波器，数字面板表及及半导体节能灯人机接口单元，结构图如图1所示。①充电模块②电池组③变频器整流模块④变频器⑤隔离二极管⑥逻辑控制⑦数字面板表及人机接口单元变频器的通路，但缺点是电池组在浮充电时有可能因端电压高于市电经整流后输出的直流电压引起放电而不能充满。当市电停电时二级管瞬时导通，电池组瞬间放电，可以做到负载由市电供电和电池组供电的瞬时转换，是在线式不间断电源的关键环节。2.5DC/DC降压工作电源（+24V）模块采用Buck降压型DC/DC直流变换器可将通用变频器直流点电压转换成逻辑控制板所需的电压+24V，供数字

6、面板表及及半导体节能灯人机接口单元用。2.6数字面板表及及半导体节能灯人机接口单元用数字面板表及及半导体节能灯人机接口单元组成具有人机操作显示界面的监控系统，其功能为：充电板及电池电压值、输出电流值、输入市电电压值、输出电压值；电源起停操作；运行参数显示；电源工作状态显示；故障状态报警以及通过RS485和上位机通讯实现四遥功能，如图2所示。2.7电池平衡管理器及电池检测系统因为不间断电源用的电池较多，根据以往UPS多是电池故障而影响整个系统崩溃的教训，在电池组增加了电池巡检仪（本公司自己开发的）来检测每节电池的电压、内阻、放电电流及环境

7、温度，这类巡检仪最多能检测128节电池。另外，为了保持充电及放电时每节电池的电压保持一致，本公司自主研发了电池平衡管理器。这样能保持充电放电时电池的一致性，可把落后的电池挑出来，及早发现问题。2.8输出隔离变压器及LC滤波器因为变频器输出电压波形是高频的阶梯波，要使输出的波形是完美的正旋波，所以在隔离变压器后面加上LC滤波器，其电感值选为1.5mH，电容值为20滋F。同时为了增加此不间断电源的带载能力和可靠性，避免干扰负载，在变频器的输出端接一个吟/Y隔离变压器，其变比为300：380，变比的选择关系到输出的稳压精度（因电池放电时直流电

8、压逐渐下降至DC459V时，其变频器输出的实际电压为AC325V），这是在线式不间断电源的关键环节，但缺点是会使变频器的功率变小。3应用实例根据上述的工作原理，本文作者于2002年研制成功一台22kW在线式