Emerson UPS并机原理分析

1 EMERSON UPS并机原理分析并机原理分析 在 Emerson 各个系列 UPS 并机系统中 UPS 并机控制原理是相同 的 下面以 7400 UPS 为例简要说明并机系统中频率控制和输出电流 控制的基本原理 一 并机系统中频率控制 在并机控制系统中 每台 UPS 的输出频率直接由逆变器逻辑板上 振荡器的振荡频率所决定 而振荡器频率则同步到并机逻辑板上主 振荡器 GVCO 的频率 同步参考信号上 在逆变器逻辑板上 同步监视电路比较同步参考信号和振荡器 输出频率 当振荡器输出同步到同步参考信号上时 LS2 同步指示 灯亮 同时送出一个同步 OK 信号到并机逻辑板上 同步监视电路 的同步窗口为 2Hz 即 20 度相移 主振荡器 GVCO 的频率可以同步到旁路电源频率 同步总 线频率或者它的基频 50Hz 60Hz 这是由同步源选择器来控制的 而同步源选择器的控制则依赖于旁路电源是否可得 以及 UPS 启动 顺序 详细说明如下 1 旁路电源正常 第一台 UPS 启动 当第一台 UPS 启动时 同步源选择器将旁路电源频率参考信号加 到锁相环相位比较器 相位比较器检测旁路频率和 GVCO 输出的相 位误差 并产生一个相位误差修正信号 使 GVCO 输出频率跟踪到旁 路频率上 对于 1 1 并机系统 旁路频率参考信号来自 CN1 的 1 脚 在这里每台 UPS 都有自己的旁路输入电源 对于多台并机系统 旁 2 路频率参考信号来自于 CN2 的 20 脚 也就是并机柜上旁路电源监 视电路通过并机控制总线送到每台 UPS 单机上 当收到逆变器逻辑板上同步 OK 信号后 并机逻辑板上压控振 荡器互锁 VCO IN LOOP 继电器动作 同时 LS5 亮 这个继电器 有几个触点 但最主要的功能是将 GVCO 输出信号送到并机同步总 线上 使其他 UPS 同步总线上有 GVCO 输出信号 综上所述 当第一台 UPS 启动完成后 1 它的 GVCO 与旁 路电源频率同步 2 逆变器逻辑板上振荡器的频率与 GVCO 输出 同步 3 VCO 互锁继电器动作 将输出信号送到同步总线上 2 旁路电源正常 第二台 UPS 启动 当第二台 UPS 启动时 同步源选择器将同步总线参考信号加到 锁相环比较器 相位比较器检测同步总线参考信号和 GVCO 的相位 误差 并产生一个相位误差修正信号 使 GVCO 输出频率跟踪到同 步总线频率 实际上同步总线频率也就是第一台 UPS 的 GVCO 输 出频率 因此 这种跟踪方式被称为主从 Master Slave 方式 后 一台 UPS 的 GVCO 跟踪前一台 UPS 的 GVCO 同步总线比较器监视本机的 GVCO 和同步总线 检测本机 从机 的 GVCO 是否同步到同步总线 即主机的 GVCO 实际上 同步总线 比较器是监视 VCO 互锁继电器触点两端的频率信号 当本机 GVCO 同步到同步总线 同时从逆变器逻辑板反馈来的内 部同步 OK 信号后 VCO 互锁继电器动作 LS5 亮 这时 本机的 GVCO 进入同步总线与来自第一台 UPS 主机 的 GVCO 并联 因而保 3 证了两台 GVCO 的完全同步 同时 当这些条件满足以后 同步源选 择器将旁路频率作为锁相环相位比较器的参考信号来取代同步总线 信号 这就意味着本机 GVCO 现在直接跟踪旁路电源频率 不再是第 一台 UPS 主机 的从机 在两台以上的多机并机系统中 当启动第三台及以后的 UPS 时 同步过程同上所述 即 GVCO 首先跟踪于同步总线 当完全同步后 改为跟踪旁路电源频率 当第二台 UPS 启动完成后 则有 1 第一台 UPS 的 VCO 与旁路频率同步 2 第二台 UPS 的 VCO 与旁路频率同步 3 两台 UPS 的 VCO 互锁继电器动作 把两台 UPS 的 GVCO 输出连到 同步总线上 3 如果旁路电源不存在或频率超差 若旁路电源丢失或频率超差时 同步源选择器产生一个禁止 信号 禁止锁相环角度调整器产生调整 GVCO 的误差修正信号 迫使 GVCO 以其基频输出 50Hz 60Hz 两台 UPS 的同步总线通过 VCO 互 锁继电器触点连在一起 以确保两台 UPS 的 GVCO 工作在同一精准的 基频上 任一台 UPS 检测到旁路电源可用时 同步源选择器取消禁止 信号 把旁路频率参考信号加到各台 UPS 的锁相环比较器上 此时 所有 UPS 的 GVCO 输出完全同步 且均与旁路频率同步 二 并机系统中输出电流均分控制 4 1 并机系统均流控制 在多台 UPS 并机系统中 系统中所有在线 UPS 逆变器输出电 流应该相等 即均分负载总电流 这种功能是在均流控制电路中 比较本机与其他 UPS 输出电流的比例信号得以实现 如果两台 UPS 输出电流不等 均流控制电路就产生一个误差信号 并将这个误差 信号加到本机逆变器逻辑板 调整本机逆变器的输出电压 使两台 UPS 输出保持均流状态 UPS 的每一相都会通过均流控制电路产生独 立的误差信号 分相调整 现以 R 相为例说明均流控制原理 S 相 T 相同理 R 相电流传感信号送到 CN1 的 7 脚 信号 和 10 脚 地 经 IC1 缓冲 在其 1 脚产生一个与 R 相电流成比例的信号 这个信号 加到 IC1 的 9 脚 经 R1 加到 IC4 的 3 脚 当 VCO 互锁后 RL2 继电器动作 本机电流传感信号通过 R1 送到并联控制总线上 当本机单机运行时 电流传感信号通过 R1 加 到缓冲器 IC4 a 和 IC1 b 并通过 IC6 3 IC6 4 加到 IC1 10 与 IC1 9 的原始电流传感信号进行比较 因 IC1 9 和 IC1 10 来自同一 电流传感信号 比较误差信号为零 故 IC1 8 输出的误差校正信号 Dv r 为零 当第二台 UPS 运行时它的电流传感信号通过并联控制总线加到 CN2 14 若两台 UPS 的 R 相输出电流完全相等 R1 没有电流流过 若两台 UPS 的 R 相输出电流不等 R1 上就有电流流过 在 R1 上产 生与电流误差成比例的电压降 5 如果 UPS1 的 R 相电流小于 UPS2 的 R 相电流 则有电流流入 UPS1 中的 R1 拉电流 UPS2 中的 R1 有电流流出 灌电流 UPS1 中因 R1 有电流流入 通过 IC4 a 和 IC1 b 加到 IC1 10 的信号随之增加 此时 IC1 9 与 IC1 10 的信号不再平衡 IC1 8 产生的误差信号 Dv r 增加 使 UPS1 的 R 相逆变器输出电压升高 R 相输出电流 也随之增加 UPS1 和 UPS2 的 R 相电流再次达到平衡 在两台以上的 UPS 并机系统中 它们都通过并联控制总线 CN2 14 连在一起 每台 UPS 的均流控制电路 使所有 UPS 中流过 R1 的电流 相等 经连续不断地调整 各台 UPS 输出电流也相等 均流控制电 路调整逆变器输出电压的范围在 5 之内 2 并机系统环流检测 在 R 相电路中 IC1 8 产生的均流误差信号 Dv r 经 R22 加 到 IC1 13 上与 R 相输出电压信号相加 从 IC1 14 输出 这个信号 与从 S 相和 T 相输出信号一起 加到由 D4 D9 组成的三相桥式整流 电路 在 IC5 1 产生一个三相功率 VA 信号 正常运行时 由于均流作用 Dv r 信号可以忽略 IC1 14 的信 号只与输出电压有关 此时 IC5 1 电压大约为 4 1V IC5 14 保持 低电平 系统运行正常 在并机系统中 环流产生大概有三种情况 分述如下 1 均流故障 如果 UPS 均流控制电路出故障 UPS1 产生一个比其他 UPS 大的 电流信号时 这个电流误差信号 Dv r Dv s Dv t 与相应的电压信 6 号相加 使 IC5 1 的电压增加 如果不均衡电流达到 30 也就是 说一台 UPS 所带负载容量超过另一台 UPS 负载的 30 时 IC5 1 的电 平将达到 5V 从而使 IC5 14 输出高电平 去关掉 UPS1 的逆变器 同时断开逆变器侧静态开关 使故障机脱离并机系统 2 拉 电流方式 如果 UPS1 发生故障 其输出电压突然减小 UPS1 会出现很大 的 拉 电流 而其他的 UPS 则产生很大的 灌 电流 此时 UPS1 的电压 电流信号之和下降 当 IC5 1 信号电平降到其门槛电平 3 1V 以下时 IC5 14 将输出高电平 关闭 UPS1 的逆变器 同时 断开逆变器侧的静态开关 使故障机脱离并机系统 对于并机系统其他在线运行的 UPS 由于均流控制的作用 它 们的输出电压信号会下降 这样正好同它们增加的电流信号相抵消 IC5 1 电压保持稳定 IC5 14 不会输出高电平关机信号 使 UPS 正 常运行 一旦故障机脱离并机系统 在均流控制电路的作用下 其余 UPS 将重新恢复到正常的均流运行方式 3 灌 电流方式 如果 UPS1 发生故障 输出电压突然增加 UPS1 会出现很大的 灌 电流 此时 UPS1 的电压 电流信号之和会上升 如果 IC5 1 的电压上升到其门槛值 4 8V 以上时 IC5 14 输出高电平 关闭 UPS1 的逆变器和该侧的静态开关 使故障机脱