將變頻器改造成UPS的可行性

0 引言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對建筑物內的環(huán)境、使用功能、消防安全等提出了更高的要求。越現代化的建筑對電的依賴(lài)越高，但電力故障是不以人的意志為轉移，一旦發(fā)生災害事故將導致電力中斷或電力中斷后發(fā)生災害事故，人民的生命財產(chǎn)安全將直接受到威脅。因此，《高層民用建筑設計防火規范》和《民用建筑電氣設計規范》中嚴格規定：一級負荷中特別重要的設備必須增設二路電源。目前，市場(chǎng)上常用的備用電源有發(fā)電機組、UPS、EPS等產(chǎn)品，至于它們三種供電方案以及衍生方案并不能保證電源100％不間斷。本文的內容是筆者根據工作幾年來(lái)從事EPS及UPS項目總結出來(lái)的。

1、 解決問(wèn)題的方法

變頻器無(wú)論是頻率控制型還是矢量控制型或者轉矩控制型，都是具有變頻軟起動(dòng)功能，即電機起動(dòng)時(shí)，因為輸出電壓和頻率均可從零開(kāi)始，就限制了電機的起動(dòng)電流，甚至小于額定電流就可以正常起動(dòng)。變頻器的容量，在380V電壓等級，功率范圍從2,2~1 500 kW的產(chǎn)品幾乎可以覆蓋目前所有的應用范圍。

目前常用的變頻器都是交-直-交類(lèi)型的電壓源型變頻器，其中間直流環(huán)節的電壓約為510～620V，是三相交流電壓經(jīng)過(guò)三相不受控整流后得到的。如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節提供另一路510～620 V的直流電源，其IGBT逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓為0~380V、頻率為O～50Hz連續可調，實(shí)現負載的軟起動(dòng)或者達到輸出電壓380(1±3％)V，輸出頻率50(1±I％)Hz的精度。例如一組蓄電池，就可以實(shí)現對負載的不間斷供電?；谶@個(gè)想法開(kāi)發(fā)出一種新型UPS，即可成為變頻型交流不間斷電源，使變頻器在新的應用領(lǐng)域中得到應用。因UPS輸出是三相正弦波且穩壓穩頻，為了增加設備的可靠性及避免對負載的干擾，在變頻器的輸出增加變壓器和LC低通濾波器。

根據負載性質(zhì)，這種可變頻UPS同樣可以像普通UPS一樣設計成后備式和在線(xiàn)式。該電源的過(guò)載能力為150％時(shí)3 s，整機效率為98％以上。

本文以西門(mén)子公司通用變頻器產(chǎn)品為應用實(shí)例來(lái)說(shuō)明這種電源的工作原理、架構組成和設計方法。

2 系統組成和工作原理

該電源主要單元有：矢量型變頻器，蓄電池組，DC/DC直流變換器降壓充電模塊，控制邏輯板，DC/DC降壓工作電源(+24V)模塊，輸出隔離變壓器及LC濾波器，數字面板表及及半導體節能燈人機接口單元，結構圖如圖1所示。

將變頻器改成不間斷電源的可行性及應用

2.1 矢量型變頻器

本文仍以西門(mén)子產(chǎn)品為例，其技術(shù)參數為：

輸入電壓 3相380～460V±10％f變頻器)；

輸出電壓 3相0~380V或380(1±3％)V；

輸入頻率 50/60(1±6%)Hz：

輸出頻率 0~600Hz或50/60(1±1％)Hz。

2.2 蓄電池組

選用閥控式全密封鉛酸免維護電池，一般200A·h以上為2V/單只電池。

2.2.1 組串聯(lián)只數N的確定

串聯(lián)只數M取決于通用變頻器中間環(huán)節直流電壓的最大和最小允許值。不間斷電源在正常運行時(shí)，系統處于浮充電狀態(tài)，電池只數N應為將變頻器改成不間斷電源的可行性及應用

式中：N為蓄電池組串聯(lián)只數，Ue為變頻器中間直流環(huán)節額定電壓，Uf為單體電池的浮充電電壓。

以12V/單只電池為例，浮充電壓Uf=13.5V(單體電池的浮充電壓Uf=2.25 V)。以西門(mén)子變頻器為例：Ue=510～620V，即Ue(min)=510V×O.9=459V，Ue(max)=620x1.1=682V，是變頻器能正常工作的電壓上限和下限值，取平均值：Ue=(459 V+682v)/2=570.5V。

則N=Ue/6Uf=570.5 V/(6x2.25 V)=42.25，取N=42只。

浮充時(shí)，電池端電壓Ud=42×2.25V×6=567V，電壓均在設備允許范圍內。