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          热门关键词:输出 svg 变频电抗器
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          未来UPS技术趋势:无变压器技术解析

          作者: 来源: 日期:2016-4-12 16:47:15 人气:62

          UPS输出隔离变压器功能
          TR 了解传统UPS输出隔离变压器的功能非常重要 ,因为只有通过电路措施完全实现 ,才能在新一代设备中更换和消除它 。事实上 ,对这个问题存在一些误解 ,例如:逆变器输出隔离变压器'具有隔离作用' ,可以'抗干扰' ,可以'缓冲负载突变' ,并且可以'提高UPS可靠性'等 。等等即使是无变压器的UPS也无法可靠地工作 ,就好像变压器是专门为这些目的而设计的 。持这种观点的人要么不太了解UPS逆变器的工作情况 ,要么他们对隔离变压器的功能及其在逆变器电路中的作用知之甚少 。应该说这个变压器是工频机全桥逆变器不可分割的组成部分 ,其功能也非常简单:提升和产生三相四线输出的零线 。 TR TR 1.输出变压器的一个功能是为单相负载提供所需的中性线 。 TR 传统的双转换UPS输出变压器的一个重要功能是产生为UPS输出端的单相负载供电所需的中性线(通常称为中性线) 。 TR 带输出变压器的UPS的DC/AC逆变器通常由全桥电路组成 ,如图6和图7所示 。输出必须配备变压器 ,否则将无法输出单相或三相四线交流电压 。因此 ,该变压器应视为产生输出中性的变压器 。 TR TR 图6是单相UPS输出DC/AC逆变器的主电路图 。它是全桥逆变电路 。每个桥臂有两个串联的IGBT(VT1-VT4) ,输出交流电压UAB由两个组成 。取出桥臂的中点A和B. TR TR 当VT1和VT4同时被引导(VT2和VT3被切断)时 ,由直流电压E形成的电流回路是电压E-VT1的正端子 - 负载A端子 - 负载B端子 - 负端子VT4电压E;和VT2当VT3同时导通(VT1 ,VT4截止)时 ,由直流电压E形成的电流环路是电压E正端子的负端子 - VT2 - 负载B端子 - 负载A端子 - VT3 - 电压E.如果VT1和VT4与VT2和VT3交替导通的周期为50 Hz ,则施加到负载的电压UAB是50 Hz方波或具有DC电压E大小的准方波 ,如果VT1和VT4以及VT2和VT3都是高频正弦波脉冲宽度调制(SPWM)正常接通和断开 ,负载端电压UAB是幅度可调的正弦波 。 TRTR 值得注意的是 ,通常单相负载的输入电压需要中性线 ,并且该零线连接到系统中的地(电源系统的输入变压器的输出) 。显然 ,如果使用图6中的单相电路 ,输出零线接地中A或B的任何一点将导致输入电压通过导通的半导体功率器件使中性线短路并立即烧毁逆变器 。 TR TR 图7是用于三相UPS输出的全桥DC/AC逆变器电路的框图 。为了满足负载必须具有中性线的要求 ,增加了输出隔离变压器 。变压器的初级线圈以三角形连接 。三相全桥的三个桥臂的三相线电压输入用于产生三相线电压输入 。连接 ,生成新的中性线 ,为三相四线系统中的负载供电 。 TR TR 这里 ,不仅输出隔离变压器需要产生中性线 ,而且UPS要旁路的正常供电 ,输出变压器产生的中性线也必须与系统输入的中性线连接 。

          输出变压器的第二个功能是输出电压的匹配效应 。 TR 传统的大中型UPS主回路结构采用晶闸管整流将输入交流电整流为直流电 。电池直接挂在直流母线上 。当输入电源正常时 ,通过整流器晶闸管的调节对电池充电 ,并且还使用IGBT结构 。由桥式逆变器供电 。从系统结构可以看出 ,在从整流到逆变器的过程中 ,每个链路都是一个降压链路:晶闸管整流是一种采用整流方法来提供恒定的直流电压 ,因为需要晶闸管整流 。 '推迟'输入电压的一部分 ,因此输出电压是恒定的 ,代价是恒定输出电压低于全波整流输出电压的某个值 。逆变器链路也是降压步骤 。来自可控整流输入的DC功率通常是在通过逆变器反转正弦AC的过程中的脉冲宽度调制(PWM) 。结果也是输出电压 。水平再次降低 。由于上述原因 ,在这种结构的UPS逆变器中 ,输出变压器起到电压匹配和升压的作用 ,并将逆变器输出的电压升高到合理的输出范围 。 TRTR 在实际应用中 ,输出变压器通常采用图8的连接方法 。变压器的初级是三角形 。对于没有降压 - 升压的隔离变压器 ,三个初级线圈的电压为380V ,次级为星形 ,为三次 。初级线圈的电压为220V ,则初级和次级线圈的匝数比应为:N1: N2=1: 0.577 。 TR 当输出相电压要求稳定在220V时 ,变压器初级侧的峰值电压(即直流电压E)应为: 220V×1.414×1.732=538.8V
          TR 考虑到逆变器PWM的操作模式 ,用于向逆变器供电的DC电压高于变压器初级侧的峰值电压 。最小极限值通常约为变压器初级侧峰值电压的1.2倍 ,即: TR 538.8V×1.2=646.56V
          TR 但是 ,当考虑输入电压下限变化10%时 ,全波整流输入三相线电压的最高直流电压的理论值为: TR 380V×1.414×0.9=483V
          TR 实际上 ,考虑到AC/DC转换过程的降压因素 ,大中型UPS(直接连接到DC总线)的电池通常配置有32-34个部分 ,额定电压为384V-408V和浮动电压(即AC/DC) 。转换后的直流母线电压为432V - 459V ,电池放电线电压为340V-362V 。 TR UPS直流母线电压(340V-362V)的下限与输出电压所需的变压器初级侧的峰值电压(646.56V)之间的差值应由输出变压器使用升压方法求解 。因此 ,输出变压器被提升 。压力比应为:646.56V /(340V - 362V) ,即1.9~1.78 。 TR 换句话说 ,输出变压器的实际匝数比应为:1: 1.9或1: 1.78 。 TRTR 以上数据根据一般情况计算 。实际情况与不同的电路结构形式有直接关系 。输出变压器的参数和连接方法不尽相同 ,但无论电路的区别如何 ,输出变压器总是通过原始的侧对比 。该变化在使逆变器输入电压与UPS输出电压匹配方面起作用 。

          TR 3.输出变压器是隔离变压器 ,但系统中没有隔离功能 。 在UPS电源系统中 ,UPS设备的一个重要功能是在输出过载或UPS逆变器出现故障时自动关闭静态旁路电源 。此外 ,当UPS需要维护时 ,系统中也会设置维护旁路 。可以手动转动维护旁路以向负载供电 。执行这两项操作时 ,旁路输入的三相四线电压直接提供给负载 ,因此系统的中性线和负载端的中性线必须短接在一起 。这确定UPS与输出变压器的新变压器次级中性点必须连接到输入电源系统的中性点 ,如图9所示 。也就是说 ,UPS中的变压器没有电源系统隔离功能 。如果系统具有较大的零地电压差 ,则UPS中的逆变器输出变压器可能无能为力 。 TR TR 在实际应用中 ,当零到地电压差太大而需要降低时 ,必须配置一个额外的隔离变压器 。

          有两种配置隔离变压器的方法:
          TR 第一种方法:在旁路输入端配置与UPS相同功率的隔离变压器 ,使UPS输出变压器的输出中性线和旁路隔离变压器的输出中性线可以连接到系统地(重构接地系统)) ,这实现了UPS输出与电源系统的真正隔离 ,并使零到地电压差等于零 。使用此连接的优点是 ,在UPS的正常工作模式下 ,旁路隔离变压器在空载状态下运行 ,不会影响UPS的输出性能和系统效率 。缺点是当UPS转向旁路时 ,变压器突然加载负载 ,其输出电压将低于UPS转换前检测到的电压(变压器空载电压) 。如果UPS检测到的电压在转换前已经处于UPS同步操作中 。限制的下限(可以旁路运行) ,然后由于变压器后变压器的电压降(电压调节) ,输出电压低于负载电源电压的下限 ,负载可能会中断或者关闭TRTR 第二种方法:变压器安装在UPS的输出端 。该方法可以实现UPS电源系统与负载之间理想 ,完整的电气隔离 ,特别是当UPS电源系统长时间与负载物理隔离时 。变压器可以靠近负载端放置 ,例如一些大型数据中心 ,隔离变压器安装在负载柱柜的输入端 。这种方法的缺点是变压器的阻抗会影响UPS对负载电源的稳定性 ,电源和动态 。 TR TR 4.隔离变压器的抗干扰功能
          TR 由于变压器的阻抗具有一定的电感分量 ,因此变压器具有一定的抗干扰效果是可以理解的 。但是 ,逆变器输出变压器没有设置抗干扰 ,其抗干扰能力也受到限制 。 TR TR 通常假设当系统中安装隔离变压器时 ,其抗干扰功能会很强 。这种理解并不完全正确 。在电力系统中 ,干扰的原因和干扰很多 ,包括高压脉冲 ,尖峰 ,浪涌 ,瞬态过电压 ,射频干扰(EFI)和电磁干扰(EMI) 。然而 ,就其干扰形式和传输路径而言 ,它可以大致分为两类:一类是共模干扰 ,另一类是差模干扰 。电源的任何相线与中性线和地之间存在共模干扰 。共模干扰有时称为纵向模式干扰 ,非对称干扰或接地干扰 。这是因为辐射或串扰耦合到电路中并且是载流体和地球之间的干扰 。差分模式干扰存在于电源的相线和中性线之间以及相线和相线之间 。差模干扰有时被称为正常模式干扰 ,横向模式干扰或对称干扰 ,并且是载流导体之间的干扰 。 TR TR 目前 ,抑制干扰的常用措施主要包括受保护设备的并联干扰瞬态抑制器和电子设备输入的电源滤波器 。使用变压器来提高抗干扰能力是很有用的 ,但这里提到的变压器应该是特殊的“超级隔离变压器” ,而不是普通的线性变压器 。

          TR

          它不是可以抵抗干扰的隔离变压器 。普通变压器的抗干扰能力有限 。对于输入电压中的低频干扰和电压失真 ,变压器不能也不允许“抗干扰” 。否则 ,通过变压器传输的电压波形将失真 。它对接地回路引起的器件之间的相互高频干扰有一定的抑制作用 。然而 ,由于绕组之间的分布电容 ,随着干扰频率的增加 ,对共模干扰的抑制效果降低 。 TR 变压器通过磁耦合转换初级侧和次级侧的电压 ,因此它不具有抵抗差模干扰的功能 。在1 kHz至100 MHz的干扰频率范围内 ,普通隔离变压器对于共模和差模干扰的衰减能力可以忽略不计 。对普通隔离变压器共模抑制能力的分析表明 ,为了改善共模干扰的抑制 ,关键是要降低变压器绕组的匝间耦合电容 。因此 ,在变压器的初级和次级之间增加了屏蔽层 。图12显示 。 TR TR C1是初级绕组和屏蔽层之间的分布电容 ,C2是次级绕组和屏蔽层之间的分布电容 ,Z1是屏蔽接地阻抗 ,Z2是负载的接地阻抗 ,E1是主要干扰(总模型)电压 ,E2是E1通过耦合到次级的干扰(共模)电压 。如果C1和C2的阻抗远大于屏蔽接地阻抗 ,则耦合到次级的干扰电压E2将远小于E1 。为了使隔离变压器具有更好的抗差模干扰和共模干扰能力 ,必须将其制成超隔离屏蔽变压器 。超屏蔽隔离变压器是一种具有更好性能的多屏蔽隔离变压器 。它具有强大的差模和共模抑制功能 ,如图13所示 。超屏蔽隔离变压器有3个屏蔽层 ,初级绕组附近的屏蔽连接到主中性线 ,可以滤除高电平 。 - 主要发生的频率差模干扰 。 50Hz工频电压没有影响 ,靠近次级绕组的屏蔽层连接到次级中性线 ,可以滤除次级中产生的高频差模干扰 。中间屏蔽连接到变压器外壳并连接到地 ,以滤除共模干扰 。

          TR

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