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也谈工业UPS

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-12 0:37:25 * 浏览: 1
它着重于工业自动化控制过程中使用的UPS电源系统。根据其应用特性,需要一个输出隔离变压器。它的作用是隔离,转换和过滤。详细介绍了滤波电路的组成及其设计方法。请参阅“ UPS应用”杂志上有关UPS在工业领域中的应用的文章。本文详细分析和解释了各种UPS的电源电路,这对使用UPS的工业领域具有重要意义,值得一读。我还接触过UPS在工业领域的使用以及使用过程中的一些问题。我对这些问题也很感兴趣。让我在这里分享一些观点。一个上一篇文章列出的各种电路的特点之一是所使用的UPS具有输出隔离变压器(所谓的工频机),并且旁路还配备了隔离变压器。 。我们可以从这里开始。图1是本文所示的最简单的电路。原则上,工业UPS可以分为两种:一种是在生产过程中向电气设备供电。此UPS的选择取决于特定的设备,并且UPS容量非常大。使用动态UPS,这里不分析这种UPS的情况。另一种是在工业自动化控制过程中将UPS用于设备和设备的电源中。如用于电厂的计算机监控系统,数据采集系统,重要机器,电力,熔炉保护系统等都需要使用UPS。另一个例子是石油化工厂中经常使用的分布式控制系统(DCS)。有一些用于测量压力,温度,流量等的测量仪器,调节仪器,控制阀和泵以及其他执行装置。此类设备和设备的电源对可靠性的要求非常高,否则生产过程将变得混乱甚至瘫痪。例如,石化厂的DCS系统中使用的UPS被市电电源中断,其中一个电池损坏,无法放电。 DCS系统无法正常工作,导致生产过程瘫痪。电池易于更换,但是在生产过程中需要花费三天的时间清理和修复设备,从而造成严重损失。讨论这里讨论的是在工业领域第二种情况下使用的UPS。这种类型的UPS具有与普通数据中心中使用的UPS不同的许多特性。这类UPS的特点是负载与市电完全隔离。为了防止任何市电影响负载的稳定运行,必须将负载与市电完全隔离。这要求UPS具有输出隔离变压器,并且旁路输入也需要通过隔离变压器,以确保在旁路运行期间可以将其与电网隔离。这样,在负载侧形成一个独立的系统,并带有自己的接地或不接地的悬挂系统。从UPS的角度来看,要满足此负载的要求,就需要一个输出隔离变压器,而不是额外的。如果使用不带输出隔离变压器的UPS,则必须添加一个输出隔离变压器。由用户确定是否可以满足负载。这种类型的UPS的第二个特点是,负载通常需要单相电源,并且需要三相输入/单相输出型UPS。对于UPS而言,这不是一个大问题,因为所需的UPS容量不大,通常约为100kVA。但是对于旁路,这是一个值得探讨的问题。旁路隔离变压器有什么用?使用三相输入/三相输出显然是不合理的。仅单相负载既浪费又极其不平衡。单相220V输入/单相220V输出也很不平衡。更好的方法是使用单相380V输入/单相220V输出。这样,电源侧的平衡更好。可以根据UPS的容量选择变压器的容量。需要根据两相电流的大小来考虑电源的容量s。此外,还有双变压器方案,斯科特变压器方案,三相五柱变压器方案等,但是它们不像单相380V输入/单相220V输出方案那么简单。并且当电源电压非常不稳定或很大时,为了在旁路工作状态下不产生负载,您需要在旁路隔离变压器后面添加一个稳压器,以确保负载可靠且稳定。工作。这也是常用的电源电路。对于发电厂和变电站中使用的UPS,DC链路中有特殊要求。因为电厂中有强大的直流系统,可用于为继电保护系统和高压开关的驱动设备提供电源。该电源必须非常可靠,否则会引起系统故障并引起重大事故。由于有此直流电源,UPS不需要设置自己的直流电源,而可以使用通用的直流电源。这带来两个问题:首先,UPS的直流电压需要适应普通的直流电压。通常,发电厂的直流电源电压为220V,因此UPS的直流电压必须与此电压匹配。另一个问题是公共直流系统容量大,具有自己的充电电源,不需要UPS充电,并且电池仅用于UPS放电。因此,应在电池和UPS DC母线之间添加反向二极管。电厂自己的直流系统非常重要,并且对地面有特殊的绝缘要求。因此,UPS的直流和交流电源必须隔离。这会将隔离变压器添加到UPS的交流输入。该变压器还有助于获得所需的直流电压值。通常,UPS的直流电压略高于电池组的电压。电池无法使UPS放电。当UPS失去交流输入时,电池会使UPS放电。该电路如图2所示。此外,工业UPS的保护等级要求与普通UPS有所不同。普通UPS处于良好的环境中,温度,湿度和灰尘可以满足UPS的需求。因此,防护等级大多为IP20。使用工业UPS的环境通常很差。因此对于UPS,其保护等级更高。有些甚至需要是防水的,通风口应配备过滤器。从以上介绍可以看出,工业UPS电源电路的关键是要与市电电源隔离,并使UPS具有输出隔离变压器。该变压器具有三个功能:一个是隔离,另一个是变压器,第三是滤波。引入了前两个功能,因此我不再赘述,下面将介绍过滤功能。无论是带变压器的全波逆变器还是不带变压器的半波逆变器,其基本工作原理都是相同的。全部使用IGBT功率器件,并使用脉冲宽度调制(PWM)。它的输出必须具有过滤链接,该滤波器应该是低通滤波器。图3和图4是这两种类型的UPS的部分电路图。从图3可以看出,该滤波器电路由一个串联电感器和一个并联电容器组成。但是,带有变压器的UPS不需要串联电感器。通过施加变压器的漏磁抗,然后添加一个电容器以形成一个滤波电路来完成此过程,如图4所示。变压器是两个绕组相互耦合以实现电压变换,因为两个绕组都有它们的自己的非耦合漏磁,在电路中串联形成一个漏磁电抗,这正是滤波的需要。该变压器的参数要求必须符合滤波要求的电抗值,这与普通变压器不同。对于三相变压器,绕组通常通过Δ/ Y连接,而初级侧通过三角形连接,这是因为它可以消除三次谐波和三次谐波。可以通过在三角形绕组中缠绕来消除,并且次级的3次和3的倍数不会出现。这对于整个滤波是有利的。变压器变压器也有容量问题,例如只要满足UPS输出容量要求,ch似乎不是问题。但是,我见过两个不同的制造商,但是容量相同的UPS具有不同的输出变压器。相同的10kVA三相输出UPS。输出电压为380V,负载功率因数为0.8。一个制造商使用10kVA变压器,而另一制造商则不使用。可以通过以下计算来计算变压器的容量。我们知道,变压器后面有一个滤波电容器,它可以滤除高频脉冲,它是50Hz频率的固定电容器分支。换句话说,该电容器与输出电压并联连接,并且在正常条件下会流过电容性电流。它和负载电流由逆变器通过变压器共享,如图5所示。对于UPS,我们介绍的每个滤波电容器为22μF,三相以三角形连接。每个相电容器的电容为XCΦ。计算得出的XCΦ=144.8Ω。每相的电容电流为ICф= 380 / 144.8 = 2.6A。电容器电流IC = 1.73×2.6 = 4.5A。 UPS的额定负载电流为图6的简化电路图,图7为其相量图。逆变器通过变压器的输出电流为:变压器容量为ST = 1.73×380×13 = 8.6kVA。换句话说,一个8.6kVA的变压器可以满足UPS输出10kVA的需求。当然,在实际选择中,还必须考虑高频电流,过载能力等问题。我见过一个容量为88kVA的100kVA UPS输出变压器。当然,这是在额定条件下确定UPS内部设备的参数(例如,上例中,IL = 15.2A,cosφ= 0.8)。使用它来选择电源设备并制造UPS。当负载未达到额定值(cosφ是另一个值)时,逆变器电流不会超过某个值(例如上例中的IINV = 13A),以确定负载的大小(IL的值),即, UPS的负载能力和额定值会有所不同。我已经看到一家制造商使用10kVA变压器,另一家使用小容量变压器。后来,大容量变压器制造商也转向了小容量变压器。当然,变压器的容量与诸如UPS的负载功率因数,脉宽调制频率,滤波电容器的尺寸以及UPS设计的输出性能等因素有关,而不是相同的。但这告诉我们一个事实,即以最少的投资获得的利润就是制造商的制造理念。在UPS产品的许多地方仍然可以看到这样的例子。一旦我们看到这种看似不合理的情况,我们就简单地认为制造商用大号替换小号,最好的替换第二号,但是我们应该仔细分析。以上是讨论工业UPS时UPS输出变压器的分析。当然,这也适用于非工业UPS。关于作者王洪造,中国石油勘探开发研究院高级工程师,本刊编辑部委员。