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Galaxy PW50/60Hz 20200KVA全系列IGBT UPS单机和并机韩林 张永萍 刘爱珍 编写MGE培训中心(中国区域)目录目录第一章 Galaxy PW介绍.(4)第二章 ECO模式.(12)第三章 Galaxy PW UPS概述3-1 单机UPS结构.。.(15)3-2 并联UPS结构.(17)3-3 控制系统结构.(19)第四章 单元电路介绍 4-1 控制电源.。.(23)4-2 整流器电路.(26)4-3 逆变器电路.(35)4-4 旁路静态开关电路.(43)4-5 并联UPS系统.(53)4-6 电池.(65)第五章 UPS特性5-1 过载特性.(70)5-2 负载特性与功率折算.(75)5-3 功率因数与cosF.(78)5-4 峰值系数.(79)附录附录一：Galaxy PW UPS系统的设置参数.(81)附录二：PC 板介绍（PC board specification）.(91)附录三：系统接地方式.(95)附录四：Galaxy PW UPS单机和ECO模式电路图（40/60KVA）.(101)附录五：Galaxy PW UPS单机和ECO模式电路图（120KVA）.（116）附录六：Galaxy PW UPS单机和ECO模式电路图（200KVA）.（131）梅兰日兰电子有限公司版权所有Page 132 of 132Galaxy PW UPS介绍第一章 Galaxy PW UPS介绍可用性通过设计，Galaxy PW 总是优先保证负载的电力：w 双转换在线技术 (在IEC 62040-3/EN 62040-3标准中定义为VFI级)，完全地再生电压和频率，并保 证无论配电系统的情况如何都能提供恒定质量的电力。w 自动旁路用于在发生内部异常的情况下将负载无间断地切换到旁路交流输入(容错功能)。w N+1冗余多达四个UPS单元(3+1)。w 冷起动功能用于在市电停电的情况下利用电池电力起动负载。消除谐波和节能THM (全面谐波治理) 选件提供了对上线谐波问题的全面解决方案：w 消除输入电流中的谐波 (THDI Monitor-Pac，用于管理和监视各种梅兰日兰的电源设备； Solution-Pac，用于管理UPS，具有在UPS的后备时间结束之前自动关闭系统文件的功能； UPS Web-Pac，用于通过环球网(Web)管理UPS，具有在UPS的后备时间结束之前自动关闭系统文 件的功能； Management-Pac，用于由网络管理员来管理和监视一组若干台UPS。图4.29：中文图形显示屏图4.30：电池监视器电池监视器用于先进的电池管理电池监视器通过下列的功能优化了电池的服役年限和连续地维持电池的高度可用性：w 综合考虑电池初始化参数和按照环境温度调整充电电压，延长电池的服役年限；w 按照电池的老化程度、房间的温度和UPS的负载率精确地测量真实的后备时间；w 计算剩余的电池服役年限；w 电池深度放电保护；w 充电电流的限流 (0.05 C10 到 0.1 C10)；w 定期自动测试电池；w 倒送保护装置(选件)在电池放电期间防止电力流向上线的配电系统中；w 电池监视器TM(选件)用于逐只监视电池。优质的供电电压随着非线性负载的大量增加， Galaxy PW 提供最具有创新意义的解决方案：w IGBT技术加上自由频率斩波 ， 保证了输出电压的谐波失真度低于3%；w 带电池运行期间负载发生100%阶跃变化时，瞬态电压变化低于2%；w 能够为峰值因数最高达6.6：1的负载供电；w 能够在不平衡负载的情况下运行 (高达 100%)。与发电机组完全兼容Galaxy PW 提供与发电机组完全兼容的运行：w 消除上线的谐波 (全系列无源和有源谐波滤波器)；w 顺序起动并联的各个 UPS 单元来限制起动电流；w 在利用发电机组供电时可人为限制输入的功率；w 当发电机组起动投入供电时，各UPS单元可依次延时斜坡起动（0到255秒钟的延时递增过程)。图4.31：当发电机组起动投入供电时，各UPS单元可依次延时斜坡起动单线图和功能Galaxy PW 单机UPS单元提供下列组件和功能：标准配置w 三相整流器/充电器w 具有PWM自由频率斩波的三相逆变器w 自动旁路 (静态开关)w 手动维修旁路w 图形显示屏具有15种语言，带时间标识的事件记录w 中介11接点通信接口w 三个通信板插槽w 功能： 电池监视器精确测量真实后备时间 ECO 节能方式 依靠电池电力的冷起动 在发电机组供电期间暂时中断对电池的充电 当发电机组起动并投入供电时，UPS经过不同的延时后 斜坡起动选件配置w THM 有源滤波器或无源滤波器 (带接触器的非补偿式或 补偿式)w 倒送功能防止电池故障影响上线的配电系统 w 电池监视器TMw MultiSlotw 通信接口板： RS232/U-Talk或JBus/Modbus RS485 JBus/Modbus SNMP/以太网 RS232 HID USB/HID XML-Web (HTTP) 6 继电器接点，250 V 2 A 干接点和/或远程关闭系统文件w 软件： Monitor-Pac Solution-Pac UPS Web-Pac Management-Pac图4.32：单机UPS单元.电气特性和通信额定功率 (PF= 0.8时的KVA)(额定视在输出功率)40506080100120160200有功功率 (kW)324048648096128160输入(额定值和容限范围)相数3相 + N + PE电压主交流输入380 / 400 / 415 V 15 % 三相 (1)旁路交流输入380 / 400 / 415 V 10 % 三相 (1) + N频率50或60 Hz 10 %电流参阅下面的“输入和输出电流”表输出(额定值和容限范围)相数3相 + N + PE电压380 / 400 / 415 V 1 % (1)频率与交流电源同步50或60 Hz 0.5 Hz (以0.25Hz的步长在0.5到2Hz之间可调整)非同步运行 0.02 Hz功率因数线性负载0.8THDU (2)线性负载 2 % 相电压非线性负载 2 % 线电压， 3 %相电压逆变器的短路能力2.33 In 1秒钟(3)旁路的短路能力(以20毫秒计)(3)21In20In16In27In21In18In23In19In过载能力125 % 为 10分钟，165 % 为 1分钟峰值因数3 ：1 瞬态电压 2 %，从0到100%或从100到0%的负载阶跃变化恢复时间 20 毫秒；电压和相位的不平衡对100%的电流时分别为1%和2度最大频率变化率0.5到2 Hz/s可调效率负载率100 %91.5%93%92%92.5%92%91.5%92.5%92%50 %91.5%92.5%93%91%91.5%92%92%92.5%ECO 方式100 %高达 97 %50 %高达 96 %切换到交流旁路的条件可以接受的电压偏差+ 10 %，- 12%同步频率范围 0.5 Hz 到 2 Hz (从1%到4%可调)最大相位差3 度电池类型密封铅酸 (可选： 开口铅酸或镍镉)服役年限5年、10 年或10 年以上后备时间8 - 10 - 15 - 20 - 30分钟 - 60分钟 (或按用户要求更长的后备时间)通信标准中介11接点通信接口3 个插槽用于安装通信接口板选件MultiSlot通过RJ45接口提供三个额外的插槽2接口 RS232/U-Talk卡、JBus/ModBusRS485 JBus/Modbus接口板10BT SNMP接口板2接口RS232接口板(HID 协议)USB接口板(HID 协议)XML-Web接口板(HTTP)2接口干接点和/或远程关闭系统文件接口板具有 6 个继电器接点的接口板 (250 V 2 A)LED指示灯单元(1) 按用户的要求可提供其它的电压，如 208、220、480 V、660 V(2) THDU (总谐波失真度 - U 代表电压)(3) In = 输出电流 (对PF = 0.8)， 即物理特性、环境和标准额定功率 (PF= 0.8时的KVA)(额定视在输出功率)40506080100120160200有功功率 (kW)324048648096128160UPS主机柜的尺寸和重量高度 (毫米)1400或19001900宽度 (毫米)71510151215深度 (毫米)825不加选件的重量 (千克)4905408001200进口电池柜的尺寸和重量： 高度 1400毫米- 深度 825 mm-后备时间 10分钟 - 5年宽度 (毫米)7151015不加电池 (千克) 640670820后备时间 30分钟 - 5年宽度 (毫米)17302445不加电池 (千克) 125015401990进口电池柜的尺寸和重量： 高度 1900毫米- 深度 825 mm后备时间 10分钟 - 5年宽度 (毫米)715101514302030不加电池 (千克) 67569084511001370173021102785后备时间 30分钟 - 5年宽度 (毫米)14301730101514302030不加电池 (千克) 13901685193024752765382042955670环境噪声水平(dBA) (按照ISO3746的定义) 58 60 65热损耗 (kW)单台UPS 带100%的负载6.57.810.213.91 / 2 冗余2 台UPS各带50%负载14.017.51 / 3 冗余3 台UPS各带66%负载6.58.410.611.515.017.524.031.0保护等级(按照IEC 529的定义)高度为 1400 mm的机柜为IP215 - 高度为 1900毫米的机柜为IP 205 (其它IP等级为选件)不用功率折算的最高海拔高度 1000 m贮存温度范围不带电池- 25C 到 + 70C 干热带电池- 10C 到 + 45C运行温度范围逆变器带额定负载，PF = 0.8： 0 到 40C 日平均 (40C为8个小时，35C为24个小时)，对过载情况，PF = 0.8： 0 到 30C 电池可能：0 到 40C (40C为8个小时，35C为24个小时)最佳： + 15C 到 + 25C (超过25C后，温度每升高10C服役年限减半)标准结构和安全IEC 62040-1 / IEC 60950 / EN 62040-1性能和拓扑结构IEC 62040-3 / EN 62040-3EMCIEC 62040-2 / EN 62040-2 B级 / EN 55011和EN 55022 B级 / FCC 第15部分 谐波IEC 61003-2 / IEC 61003-4设计和生产ISO14001 / ISO 9001认证和标志TV / CE电流和保护特性额定功率 (PF= 0.8时的KVA)(额定视在输出功率)40506080100120160200有功功率 (kW)324048648096128160输入和输出电流电流及其测量条件注：这些电流的测量条件为：- 带 PF = 0.8的额定负载；- 额定主交流输入电压为400 V；- 电池正在浮充对额定主交流输入电压为380V和415V的情况，将给出的数值I1和Iu分别乘以1.05和0.96。图4.33：输入和输出电流n I1： 主交流输入的相电流n Iu： 负载输出和旁路交流输入的相电流n Ibmax：最大电池电流10分钟后备时间的最大输入电流 I1 (A)电池正在充电79100119158195236288357负载电流 Iu (A)617692122152183243303最大电池输出电流 Ibmax (A)103128154205256308410512上线的保护 (1) 推荐使用施耐德电气的断路器主交流输入和旁路交流输入主交流输入 (三相)型号 (3极)NS 100NNS125ENS160NNS250NNS 400N脱扣单元TM80DTM100DTM125DTM160DTM200DTM250DSTR23E旁路交流输入(三相)型号 (4极)NS 100NNS125ENS160NNS250NNS 400N脱扣单元TM80DTM100DTM100DTM160DTM200DTM200DSTR23E(1) 下面的保护信息只是针对由400V、50或60Hz主交流电源供电的单机UPS单元的通用指标。始终需要核实所使用的保护装置满足当地的标准和电气系统规定的特性，包括：w 相对于安装位置的短路电流的承受能力w 静态开关可控硅能够承受的最大允许电流w 旁路运行时相对于UPS输出保护装置的选择性。ECO工作模式第二章 ECO工作模式正常工作状态1 电源2通过静态旁路模块C给负载供电。2 整流器A提供电池D浮充的浮充电压。3 LED灯（1），（2），（3），（5）为绿色常亮，（4）为绿色闪烁。4 面板显示“LOAD PROTECTED，ECO MODE”。旁路电源2超限工作状态 -电源1正常1 负载由逆变器B供电。2 逆变器供电时间最短为2mins,即使电源2在这段时间内恢复正常。3 2mins时间结束后，如果电源2恢复正常，逆变器立即切换回旁路供电。4 负载从旁路到逆变器的切换时间最长为15ms。 -电源1超限 1负载由电池供电。2逆变器供电时间最短为2mins,即使电源2在这段时间内恢复正常。32mins时间结束后，如果电源2恢复正常，逆变器立即切换回旁路供电。4负载从旁路到逆变器的切换时间最长为15ms。旁路电源恢复时工作状态1 电池没有放电的情况下，工作状态如上正常工作状态。2 电源2不超限的情况下，逆变器到旁路的切换是无间断的。3 如果电池有放电过程，切换到旁路后，充电器给电池充电。Galaxy PW UPS概述第三章 Galaxy PW UPS概述 3-1 单机UPS结构单机UPS由以下几部分组成(图1a)：图1a：单机UPS的结构框图A.整流充电器(Rectifier - Charger )：由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电源1( Mains 1)输入的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。B.逆变器(Inverter):由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅型双极晶体管)逆变功率电路和相应的控制电路组成。它将整流充电器输入的直流电变换为正弦交流电供给负载。C.旁路静态开关(StaticSwitchforBypass):由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在逆变器与旁路电源2(Mains 2)之间的不间断切换。D/E.电池电路(BatteryCircuit ):由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1停电或超限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式(Back up)的供电。 GK3N接触器或者是输出静态开关模块其它各种隔离保护装置1) Q1：整流器输入开关；2) QF1：电池电路保护开关；3) Q4S：电源2或静态旁路输入开关；4) Q5N：逆变器输出开关;5) Q3BP：手动维修旁路开关。单机带内部旁路隔离变压器。（见图1b）图1b：单机带内部旁路隔离变压器UPS的结构框图3-2 并联UPS结构 图2a.Galaxy PW冗余并联结构框图 1电源1 2旁路电源2 A整流器/充电器模块 B逆变器模块 C静态旁路模块 D靠近Galaxy PW UPS柜的电池柜 E附加电池柜 F机柜之间的连线 GK3N接触器或者是输出静态开关模块图2b.Galaxy PW增容并联结构框图1电源12旁路电源2A整流器/充电器模块B逆变器模块C静态旁路模块D靠近Galaxy PW UPS柜的电池柜E附加电池柜 F机柜之间的连线GK3N接触器或者是输出静态开关模块3-3 控制系统结构Galaxy PW UPS的控制系统有别于以往各系列UPS，它采用多总线独立控制的原则，将各个单元电路组成各自独立的反馈系统，并通过总线结构实现各单元电路的联系(图3a和图3b)。 总线类型分为如下几种：1)电源总线 ( Power supply Bus):向UPS内部的所有控制电路实现集中式供电，以保证控制电源的精度及均衡性： 15V，24V，5V。2)模拟总线 ( AnalogBus)：将各单元采样电路得到的有效模拟量传送到相应的调整电路和通迅电路上。3)数字总线 ( NumericBus )：多点串行总线。实现各单元电路与通讯电路的信息交换，例如人机对话软件(Soft-tuner Software)。当UPS处于正常运行状态时，数字总线将停止工作。4)控制总线 ( Contral Bus)：操作命令的传送路径。例如从面板上启动或停止UPS；强迫逆变器处于内部振荡器工作方式；电源1停电时转入发电机供电方式；引起开放电池的均衡充电方式等。5)状态总线 (StatusBusses)：由三条单向总线组成，用以向控制面板和显示单元传递各单元电路的状态或条件的数据。状态总线为8位并行总线，其中高四位(MSB)表示地址，低四位(LSB)表示状态。例如：D0D31110 (表示地址)D4D71100(表示状态，意为QF1闭合，Q1闭合)6)内部处理总线 (Interprocess Bus)：实现各单元调整控制电路之间的相互联系。主要信息包括：(1)从整流器到逆变器Ubatt.nok:表示直流电压过压或欠压、电池放电结束等引起的逆变器停止信号；Auto.dem:表示整流器启动、电池开关QF1闭合后，允许逆变器启动；(2)从逆变器到静态开关 Ond.Pret :表示逆变器运行正常，输出电压、频率正常； Lim.Mask Ver.：表示逆变器按编程数据 进行屏蔽限流的运行方式。(3)从静态开关到逆变器 Cde.pilote：表示逆变器跟踪电源2作同步运行的命令；Basc.Aff：表示将逆变器的输出电压幅值强迫调整到电源2电压幅值， 以进行重迭切换的命令。Arr .def .coup: 表示切换电路故障，强迫逆变器停止的命令；Ref.synchro.: 表示电源2同步信号，用于逆变器的同步跟踪及相位调整。注：上述缩写字母为法语。图3a:40/60KVA单机和ECO模式图3b:40/60KVA单机和ECO模式（T系列）Galaxy PW UPS控制电源第四章 单元电路介绍4-1 控制电源 控制电源所需要的各种电压由ALII电源板产生。它基于调制隔 离整流再调制的原理，采用完全退磁和自激振荡的往复式电路( flyback circuit withcomplete demagnetic and selfoscillating)，因此输出电压的稳定度和精度较高(图4)。 在闭合整流器的输入开关Q1后，首先是电源板ALII的启动，只要输入交流电整流后的直流电压大于380V，ALII板即由内部的启动电路产生斜坡控制，逐渐升高输出电压直到达到稳定值。 在正常运行时，隔离变压器一次侧主绕组P1产生的激磁电流在二次侧绕组S1、S2上分别产生感应电势，并整流成为直流电压。当S1上的感应电势消失时(变压器饱和)，反馈检测电路发出T1、T2的关断信号( 退出饱和)，P1绕组由续流二极管D1、D2泄放电流，并在一次侧反馈绕组R1、R2上再次形成感应电势，产生T1、T2的下一次导通信号(经过死区延时)。为了隔断高低压电路之间的电气联系，功率电路采用变压器隔离，反馈电路采用光耦隔离。光耦器件的供电由一次侧P2绕组产生的15V辅助电源(15VAuxil.)实现。当T1、T2发生过流时，或反馈电路失效时，将在P1绕组中产生强大的激磁电流，这时T2下端的电流检测环节将强迫关断T1、T2。 为改善输出电压的精度和提高带载能力，二次侧经整流后的直流电压再次经过PWM的调制方式，产生5V、15V电压。5V用于数字集成电路及微处理器的供电。15VLEM用于霍尔效应电流互感器的供电，15V用于逻辑状态电路的供电。功率电路的输入端由电源1交流和电池组直流双重供电(逻辑“或” 门)，并增加了整流、滤波、过电压保护等环节。在市电正常时由交流电启动，当整流器启动后改由电池组供电，以防止市电波动对ALII板的干扰。当市电停电时电池组放电，电压降至335V以下时，ALII板停止工作，UPS的控制电路全部停止。当ALII板内部异常时，输出电压将发生波动，阈值检测电路(High low Detection)将发出ALII板停止工作的命令，并送入存储器中记忆，同时对所有的单元控制电路发出供电故障的信号，停止整个UPS系统。这时负载由静态旁路供电。当输入电源全部切断后(Q1开关、QF1开关断开Poweroff)，记忆才能复位。Galaxy PW UPS控制电源图4.控制电源ALII 板框图Galaxy PW UPS整流器电路42 整流器电路 421 整流器电路的组成(见图5)V1，V2，V3：组成三相全控桥式整流功率电路；ALII：控制电源板；AQUI：整流器采样电路板；CRII：整流器调整电路板；CRAI(20-60KVA)/CHAI(80-120KVA)/CHDI(200KVA)：整流器驱动电路板；ETOI：接口电路板；FDPI：总线控制电路板；ATIZ：电池温度检测电路板(选件)；Q1：具有状态指示的电源1交流输入开关；QF1：具有状态指示和保护功能的电池电路开关；T1、T2：电源1电流检测互感器；FU1，2，3：具有状态指示的交流输入保险；L1：整流器输入电抗器；R1：电池电流检测电阻；L2：电池电路平滑电抗器；Vigi:整流器的过热保护热动开关。422 工作原理 从电源1输入的市电经整流桥可控硅(Silicon-Contrallable-Rectifier, 简称SCR)的单相导通作用，产生直流电，为电池组充电并向后续的逆变器供电。当闭合Q1开关后，电源板ALII产生控制电源，使调整板CRII开始工作。采样板AQUI对输入交流进行检测，当电源1电压( Umains1)大于额定值的10%(或15%)时，CRII向整流器功率模块的驱动板CRAI(20-60KVA)/CHAI(80-120KVA)/CHDI(200KVA)发出启动命令，并通过对整流后的平均电压的检测形成反馈式的斜坡启动，直到将直流电压上升到由软件调节器(Soft tuner)设置的整定值。 当电源1电压下降到额定值的10%(或15%)以下或电源1停电时,整流器停止工作，CRII板封锁对功率SCR的触发脉冲。当电源1再次恢复正常时，整流器经适当的延时后再次斜坡启动，以避免对电网的电流冲击。这对于启动发电机组供电的情况极为有利。 UI Galaxy PW输入相电压和相电流Galaxy PW UPS整流器电路图5.整流器的组成 4-2-3 电路环节介绍1)SCR整流器模块：由六只SCR组成的格里茨桥式电路(Graetz Bridge，图6A)与驱动板CRAI(20-60KVA)/CHAI(80-120KVA)/CHDI(200KVA)组成整流器模块组件。当输入电压在380V10%(或15%)到 415V10%内变化时，输出的整流平均电压在整定值的1%精度内， 当输入电压较高时，SCR的导通角后移，以保证输出的平均电压不变，反之则前移。为了与负载构成回路，在三相正弦电压的每半个周期内，应有两只SCR同时导通(图6B)。通常是在自然换流点过后，对同一只SCR进行第二次的触发导通，即双窄脉冲的触发方式。SCR触发信号的时序见图6C。2)输入电流限流保护 ( Limit I ch )整流器的最大输入能力是指逆变器额定输入电流与电池组最大充电电流之和，通常设计为逆变器额定输入电流的1.5倍。由T1、T2两只电流互感器对电源1电流进行采样并送到采样板AQUI进行处理，然后送到调整板CRII进行监测。当输入电流过载时，CRII将封锁整流器的驱动脉冲，以保护功率电路。由于整流器是三相对称型电路，它的电流矢量和为0，即I1I2I3 0。因此用两只电流互感器的测量值经过计算即可得到三相电流值。当电流检测环节故障而同时有过载发生时，整流器的输入保险FU1、FU2、FU3会熔断，并向CRII板发出信号，停止整流器，直到更换好该保险才允许重新启动。3)充电限流保护 ( LimitIB )电池组的充电电流是从分流电阻R1(Shunt)采样得到的。根据电池的容量及放电深度不同，整流器限制充电电流不超过电池生产厂家推荐的最大值。这对于防止过充电而造成永久性损坏是必不可少的。它不同于前面所介绍的“输入限流保护 I ch”。例如当输入限流为100A时， 假设其中90A为逆变器输入电流，10A为充电电流。当逆变器因负载波动电流减少二分之一时(即由90A变为45A)，如果没有充电限流环节， 则电池的充电电流会猛增到55A，这样大的电流不仅会使电池组损坏，甚至可能引起密封型电池的爆炸。由此可见整流器必须有独立的充电限流保护。 为了减少充电电流中的纹波对电池的影响，电池电路中还串入了L2 平滑电抗器(Smooth filter)。当电池放电时，L2和R1都不会造成较大的功率损耗，为此R1的电导值通常设计为每毫伏压降在200A到1000A(随UPS容量而不同)。采样板AQUI将R1上的电压值进行放大并变换为频率信号(Voltage to Frequency converter)后送入调整板CRII进行运算处理。CRII采用降压限流的方式调整以保证充电电流不超过Softtuner 设置的整定值。4)可控硅元件保护(SCR dv/dtprotection)由于整流器的SCR工作在断续的开关状态中，交流电网的瞬间高电压(称为浪涌电压)和SCR导通瞬间的电压突变(称为波前电压)都将在SCR上造成较大的电压变化率dv/dt。特别是电网电压越高，导通角越向后移，则波前电压的dv/dt也越大。为此在每一只SCR的两端都并联有RC串联的保护电路，以吸收dv/dt的冲击。这些保护电路安装在整流器模块的驱动板上。5)电池电路的保护电池电路除了前面所述的充电限流及平滑滤波外，在电池开关QF1 上还加装了过流脱扣保护、辅助开关和欠压脱扣线圈。过流脱扣是在电池短路或严重过流时强迫开关QF1断路的保护装置，由设置在 开关上的整定电流值所决定，通常为6-10倍的额定电流。辅助开关是表示QF1工作状态的微动开关。当电池电路没有投入运行时，即使 整流器已工作，仍然不允许逆变器启动。这是因为电池组在UPS中除了提供后备 时间外，还相当于整流器的缓冲器。例如当逆变器输入电流瞬间过载时，整流器 的响应速度较慢，来不及提供过载电流，这时就需要电池组补充一部分能量。如 果没有电池组，直流电压可能跌降至终止电压，引起UPS的停止。欠压脱扣线圈是电池放电终止时的保护开关，工作电压为+24V。当电源1停电, 电池放电的后备时间结束后，再经过2个小时的待机时间(Waiting time)。如 果电源1仍不能恢复供电，则欠压脱扣线圈动作， QF1开关脱扣，以防止电池对控制电路长时间小电流放电造成深放电损坏。在2个小时的待机时间内，如果电池电压降到了335V以下时，欠压脱扣线圈也会动作，QFl开关脱扣，以防止电池深放电而损坏。当整流器启动后，欠压脱扣线圈才获得24V，这时QF1才可以闭合。為了更有效地对电池进行监测及保护，在电池组环境内还可增加ATIZ温度测量选件。当环境温度变化时，可适当地调整电池的浮充电压，以防止环境温度和充电电压同时过高而引起电池内产生大量的气体，加速电池的老化或损坏 。6)防止谐波进入电网的滤波器 ( HarmonicRe-injection )在某相的SCR即将关断而另一相的SCR相继导通的瞬态过程中，将产生很大的换向电流，这是因为在原导通的SCR关断时，其内部的电流不会立即消失，而这时另一相的SCR已经导通，形成了两相SCR之间的瞬间短路状态。该换向电流将影响到输入电网，使电网电压波形出现失真( 如图7 所示 )。图7A.电网中的谐波失真图7B.电网中的谐波成份图8B.安装输入谐波滤波器前后的谐波成份比较为了进一步减小谐波失真对电网的干扰，在整流器之前还可加装输入滤波器选件(图8A)，该选件可大大降低低次谐波对电网的影响，并可以改善整流器的输入功率因数。由图8B可见5次谐波抑制的效果最明显。这对于使用发电机供电的场合是非常有益的。Galaxy PW UPS逆变器电路43 逆变器电路431 单机逆变器电路的组成单机逆变器电路由以下部分组成(见图9)：C1、C2、R2、R3：直流滤波器组件；逆变器驱动电路板：其中CRAI为2060KVA逆变器用，IGBI为80120 KVA逆变器用；DTQI为200KVA逆变器用。LEM1、2 ：霍尔效应电流互感器, 用于变压器一次侧电流检测；T5 ：逆变器输出变压器，用于电压变换、隔离及电抗滤波；C3、4、5 ：逆变器输出滤波电容；K3N：逆变器输出接触器；ACOZ：单机逆变器采样电路板；APOZ：并机逆变器采样电路板：CROI：逆变器调整电路板；Vigi：逆变器输出变压器的热动开关。432 逆变器工作原理逆变器是将直流电压转变为交流电压的转换电路，先以单相逆变器为例(图10)。当逆变器第一个支路LEG1111的P+与第二个支路LEG2的P-两只IGBT同时导通时，在变压器一次侧流过电流 AA，在变压器的二次侧产生感应电势的正半周；当LEG1的P与LEG2的P同时导通时，在一次侧流过的电流AA方向相反，在二次侧产生感应电势的负半周。如此循环即可产生周期性的交变电压；经过二次侧LC滤波后，即可得到正弦交流电压。图10.单相逆变器结构Galaxy PW UPS逆变器电路图9.单机逆变器的组成Galaxy PW UPS逆变器电路 为了提高逆变器的效率并减少输出电压的谐波成份，逆变器通常采用脉宽调制(Pulse Width Modulation)方式工作。在正弦波的第一个正半周期内，LEG1的P+处于高速开关状态 ( 载波频率为4KHz)，LEG2的P 处于低速开关状态(调制频率为50Hz)。为了消除变压器中的饱和电流的影响，使LEG1的输出端尽快恢复到0电位，为下一次导通做好准备， LEG1的P在P+关断后将产生一次小角度导通。在负半周内LEG1的P 处于高速开关状态，LEG2的P+处于低速开关状态，LEG1的P在P关 断后产生一次小角度导通。在第二个正半周内LEG1的P+处于低速开关状态，LEG2的P处于高速开关状态；第二个负半周内，则LEG1的P 处于低速开关状态，LEG2的P+处于高速开关状态。其波形见图11。 图11.单相逆变器产生的脉宽调制波Galaxy PW逆变器采用的脉宽调制方式是自由频率的调制方式(Free Frequency Modulation)，即在理论正弦信号的上下两侧各产生1%差值的包络线(Envelops)作为调制波的上下限，而以实际输出电压和负载电流反馈产生的综合信号作为载波信号；当载波信号与下包络线相交时, 得到高速开关IGBT的导通相位；当载波信号与上包络线相交时，得到IGBT的关断相位(图12)，随后由输出滤波器的电容放电，保持输出电压在设计的技术指标以内。图12.脉宽调制信号的产生当负载电流下降时，逆变器的输出电压将有上升趋势，这时载波信号与上包络线迅速相交，得到IGBT的关断信号；在随后的输出滤波器的放电过程比较慢，得到的脉宽调制波的有效部分变窄，从而使输出电压下降到额定值。反之则载波信号与上包络线相交需要较长的时间, 而输出滤波器的放电速度较快，得到的脉宽调制波较宽，输出电压上升。因此，无论负载的电流如何，都能保证逆变器的斩波频率在4KHz;并且能保证逆变器的输出电压在0.5%(经过输出滤波器)的范围以内。根据演绎法，在单相逆变器的基础上移相120和240，即可得到三相正弦波电压。433 电路环节介绍1)直流输入滤波器 为了减小逆变器输入电压的谐波成份，直流滤波器是若干组串并联阻容方式的滤波器，并且随着UPS容量的增大而增多。每一组滤波器中由C1、C2组成串联电路，从而降低了电容的耐压要求，并联的R2、R3电阻，形成了均压电路，以保护电容器，并在UPS关机时泄放掉直流电容存储的电荷(参见图9)。 2)交流输出滤波器输出变压器T5是梅兰日兰公司专用的D/y0型双绕组漏抗式变压器( 图13 )。图13.漏抗变压器漏抗是指一次侧绕组产生的磁通并不是全部穿过二次侧绕组，由这部分漏磁通产生的电抗就是漏抗，它相当于一个串联电感。这个漏感与输出电容C3,4,5共同组成LC滤波电路。由于一次侧为三角形接线，将使得T5中三次及3n次谐波得以互相抵消，从而降低了输出滤波器的总尺寸。 3)霍尔效应电流互感器(Halleffectdevice)由于逆变器工作在开关状态，流过T5一次侧的电流为非正弦电流，其中含有一定的直流成份，这就使得一般的电流互感器无法准确地检测该电流，通常采用按照霍尔效应原理制成的快速电流检测元件。霍尔元件是一种特殊的半导体器件(图14)，当沿左右两侧流过电流Ic，并在垂直方向作用磁场强度B时，则在前后两侧面上将产生霍尔电势VHBIc：如果Ic或B的方向相反，则VH的方向也相反。如果改变Ic 或B的数值，则VH也发生成比例的变化 。 霍尔效应电流互感器常称之为LEM模块，该模块的工作原理如下( 图15)：当主回路有一大电流Ip流过时，聚磁环上产生磁场强度Hp作用在霍尔半导体芯片上，产生磁感应强度Bp，因而产生霍尔电势VH。这一电势经放大后推动互补式功率放大器T1或T2，从正电源或负电源上获得一个补偿电流Is，经过多匝的二次侧绕组产生与主电流Ip所产生的Hp图14.霍尔效应原理图15.霍尔效应电流互感器(LEM)模块相反的磁场强度Hs，以获得动态的磁场平衡，将补偿电流Is引出到采样电阻Rm 上，这时Rm上的电压波形就是主电流Ip的电流波形，并且正比于IP。由于LEM模块的线性度好，它可以直接测量非正弦的脉冲电流，并且与被测电流量绝缘，响应速度快，因而广泛地应用在逆变器一次侧的电流检测电路中。Galaxy PW UPS旁路静态开关电路4-4 旁路静态开关电路 静态开关的主要作用是实现逆变器与电源2之间的有条件切换。4-4-1 单机旁路静态开关电路的组成 单机旁路静态开关电路的组成见图16：Q4S：电源2输入开关；Q5N：逆变器输出开关；Q3BP：手动维修旁路开关；TH1,2,3：旁路静态开关可控硅；K3N逆变器输出接触器；T6：切换电流检测互感器；T7,8,9：