UPS_AP_3-21 无变压器UPS技术.ppt

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1、第3-21节无变压器结构的UPS技术—关注UPS的发展趋向1.无变压器结构的UPS…问题的提出：早期的UPS，变压器在实现逆变功能方面，发挥了不可或缺的作用；各种各样的变压器绕组的耦合，主要被用于弥补大功率半导体器件SCR（可控硅）性能的不足：耐压、功率、开关频率等。市场对中大型UPS的需求在不断增长：大型数据中心、大型工业设备、网络、通信、金融…变压器消耗量较大的黑色金属、有色金属在不断涨价，使得UPS的制造成本居高不下；变压器笨重、体积较大，UPS体积无法进一步减小；变压器损耗较大，使UPS的效率难以提升。1.无变压器结构的UPS…当今的形式：微电子技术

2、和控制技术的发展，使得取消变压器成为可能；高频大功率开关器件的不断创新，为取消变压器提供了物质基础；新型绝缘栅双极晶体管（IGBT）的技术性能，为不带变压器的UPS设计，创造了物质条件。技术上的进步使得“硅”（IGBT半导体）得以代替“铜”（变压器绕组），其性能完全达到、甚至超越了历代UPS系统的性能水平。2.设计理念的演变早期UPS的设计特征（MG240-1969年）70年代的UPS，设计了4个逆变变压器；四个变压器又分为两组，每组含有两个变压器；变压器的一次侧为三角形连接，二次侧绕组一个为星型，另一个为曲折星型（Zig-Zag,30°相移）；每组的两个变

3、压器，在一定程度上可消除部分的谐波；调整两组变压器间的相移即可调整逆变器的输出电压。方波叠加MG240(1969)早期UPS的设计特征（Alpes3000-1975年）变压器的数量从4个减少到2个；为消除6k±1次的谐波，只需要一组相移30°的变换器；在每台变压器一次侧以“脉冲宽度调节(PWM)”的方式，实现对输出电压的调整。2.设计理念的演变换向电路以固定的(每20毫秒6次)基本脉宽调制频率工作，以减小6k±1次以外的其它次谐波的影响。固定频率斩波Alpes3000(1975)早期UPS的设计特征（Alpes4000-1980年）变压器的数量从2个减少到1

4、个；变压器的一次侧绕组之间不做连接(openphase)，而其二次侧绕组则为Z形连接，可消除3n次的谐波；每个变换器以基波的7倍频率来实现直流逆变(固定频率脉宽调制)，以尽可能减小输出电压的失真度以及减小逆变器输出滤波器的尺寸。输出电压是通过移动两组变换器之间的初始相位进行调整的。滤波电感已经被集成在变压器绕组中。PWM斩波Alpes4000(1980)2.设计理念的演变早期UPS的设计特征（Galaxy-1994年）仍然保持一个变压器输出；逆变器功率器件改为IGBT；自由频率的脉宽调制（Free–Frequency-PWM）。自由频率PWM斩波Galaxy

5、(1994)主要原因是：功率半导体器件换向时的损耗较大，而较高的耐压要求又使得人们很难在不用变压器的条件下成功地制作出大容量的变换器2.设计理念的演变早期UPS的设计特征（GalaxyPW-1998年）采用一个变换器，变压器的耦合方式采用一次侧三角形/二次侧Z形连接，能消除3n次及5、7次等谐波。三角形连接可均分IGBT的换向电流，从而减少了换向损耗。自由频率的PWM斩波GalaxyPW(1998)2.设计理念的演变早期无变压器UPS的设计特征（Comet-1993年）事实上，人们一直在追求无变压器的UPS结构；1993年MGE生产的CometS3330KV

6、AUPS，是第一代应用这种结构的中等容量的UPS；整流器采用三相全桥六可控硅全波整流+IGBT-PFC。自由频率PWM斩波Comet(1993)2.设计理念的演变中期无变压器UPS的设计特征（Galaxy3000-2000年）2000年，第2代六单元集成IGBT的成熟，使无变压器的UPS结构成为真正的产品投放市场；IGBT（PFC）整流-IGBT逆变的30KVAUPS，是第一代应用这种结构的中等容量的UPS。自由频率的PWM斩波Galaxy3000(2000)2.设计理念的演变中期无变压器UPS的设计特征（Galaxy5000-2005年）2005年，第五代

7、六单元IGBT的成熟，使新一代无变压器的UPS产品投放市场，功率提升到120KVA。自由频率的PWM斩波Galaxy5000(2005)2.设计理念的演变最新型无变压器UPS的设计特征（Galaxy7000-2008年）2008年，更新的技术使无变压器的UPS产品容量提升到500KVA/单机。自由频率的PWM斩波Galaxy7000(2008)2.设计理念的演变无变压器的逆变器组成：至少需要3个单相的逆变器半桥，每个逆变器半桥需要独立地工作，产生出各自的输出电压；为使每个逆变器能够输出交流电压的峰值，直流电压E应大于交流输出电压的峰值；考虑到在滤波电感中的电

8、压降和由于负载的各种变化引起的电压降，应使E增加一定