《电力UPS及逆变器》ppt课件

1、小功率电力UPS运用引见微型电力UPS运用场所 电力UPS功率等级非常宽，运用也非常广泛。小功率的电力公用UPS在功能及技术要求上，相比大功率运用来说，技术目的要求相对较低，但作为电力公用UPS，其根本的功能依然要求满足电力行业需求。普通微型的电力UPS在一级、二级等变电所运用较多。此类场所负载类型少、功率范围小、但又极其重要。UPS主要为整个电力系统设备中的监控系统、丈量系统、DCS、调度通讯系统、微机系统等中心设备供电。且普通采用串联备份做法以提高整个系统的可靠性。电力行业UPS负荷统计负荷类型200MW机组发电厂300MW机组发电厂6001000MW机组发电厂500KV变电所110220

2、KV变电所计算机和微机负荷(kW)2381515201312热工仪表和变送器负荷(kW)242425热工自动安装负荷(kW)3528812电气仪表变送器负荷(kW)0.5112240.510.51电气继电维护安装负荷(kW)0.51248150.520.51打印机负荷(kW)0.5112250.510.51系统调度通讯负荷(kW)121235120.51合计(kW)1215203040604624数据仅供参考电厂的供电系统 发电机发出电并网后经主升压变压器给变电站，变电站再升压给输电系统。厂用电取发电机并网后经副降压变压器后给电厂供电，由于从发电机输出到 UPS 输入普通只经过一个降压变压器，

3、且与发电机的间隔很近，因此，厂用电的电压谐波普通非常大，且电压不稳。 其供电构造图如下： UPS 在电力系统中的运用 在电力系统中： DCS( 分布式控制系统的系统，监控系统、自动化仪表，计算机系统等对供电质量及可靠性要求非常高，需求采用 UPS 供电。这些负载绝大多数为单相负载。包括和监控系统。后端负载普通为直流负载居多，需求进展转换后再进展供电。在电厂中的运用系统可用如以下图示解释：直流在电力系统中的运用电厂的自动化仪表，继电维护系统，开关的操作系统等往往需求直流 220V 或 110V 供电； 因此，电厂等电力行业 的或直流系统直流屏是最根本的配置，且直流系统的容量比较大。平常由电力直流

4、操作屏把三相交流整流成直流 243V 或 121V ，给蓄电池充电，经硅链自动降压安装稳压至 220V 或 110V 直流给负载供电；交流输入缺点时由蓄电池经硅链自动降压安装稳压后给负载供电。以下图为电力直流操作屏的原理框图。 从上图看出，发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源，是一个非常庞大的多分支供电网络，重要性非常之高。为保证其可靠性和平安性，普通采用不接地系统，正负极对地是悬浮的，目的是防止因一极接地或绝缘降低时断开直流电源，呵斥系统瘫痪，且为提高供电质量，电厂交流电的地和直流电的地也是别分开的。因此电厂或变电站的直流系统都是有绝缘检测功能的。一旦直流两极中的

5、任何一极绝缘等级降低，直流系统将发出“绝缘缺点的报警信号。严厉的场所,输出交流对地也会有绝缘检测。绝缘检测原理“绝缘检测缺点在电力系统调试过程中是最为常见的一种缺点景象，也是电力和普通在设计上最根本的区别之一。为明晰的了解电力在设计及运用中的本卷须知，这里简单引见一下电厂的绝缘检测原理。绝缘检测原理现有检测直流系统绝缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监测安装被广泛运用，缺乏是它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况；绝缘监测安装即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。低频探测原理是近几年一种新的检测方法，还有其它检测方法，但根本原理是一样的，我们

6、就依传统的电桥平衡原理来引见。绝缘检测原理传统的平衡电桥检测原理如以下图，经过检测电压Uj和Um，再加上给定的电阻R来算出R+、R-。利用左原理图，直流正负极任何一极的对地绝缘，降低，都将引起j的变化，经过外部运算电路便可计算出漏电流的大小，从而判别绝缘等级的变化情况。绝缘检测原理 在直流系统中，前面讲到，正、负母线对地是悬空的. 当发生一点接地时，并不会引起任何危害，但必需及时消除否那么当另一点接地时，会引起信号回路、控制回路、继电维护回路和自动安装回路的误动作，如下图。国家规范规定: 220V 直流系统绝缘电阻 25K时报警 110V 直流系统绝缘电阻 7K时报警 报警必需以声光方式同时进

7、展。UPS的绝缘检测LNNLRECTIFIEROUTPUTINVERTER(DC/AC) OUTPUT TRANFORMERRECTIFIER(AC/DC)INPUT FILTERSOFT STARTDC SYSTEMDC220VISOLATION DIODEOUTPUT SWITCHRCETIFIER SWITCHBATTERY SWITCH绝缘检测电力系统对UPS的技术要求 可靠性要求可靠性要求 ： 由于电厂对设备的高可靠性的要求，由于电厂对设备的高可靠性的要求，因此对因此对 UPS 的可靠性和运用寿命有非常高的要的可靠性和运用寿命有非常高的要求。防雷要求比较高，普通要求二级防雷。求。防雷

8、要求比较高，普通要求二级防雷。 负载类型负载类型 ； 由于电厂的由于电厂的 DCS 系统负载大多数为系统负载大多数为单相负载，单相负载配电线路简单、维护方便。单相负载，单相负载配电线路简单、维护方便。因此电厂公用的因此电厂公用的 UPS 电源大多数要求为三相输电源大多数要求为三相输入入/单相输入、单相输出的中小型功率单相输入、单相输出的中小型功率 UPS ，容，容量普通在量普通在 60kVA 范围之内。范围之内。 交流输入要求交流输入要求 ； 由于厂用电电压动摇范围比较宽，由于厂用电电压动摇范围比较宽，谐波电压比较大，要求谐波电压比较大，要求 UPS 的输入范围比较宽。的输入范围比较宽。由于电

9、厂要求交流电和直流电隔离，因此由于电厂要求交流电和直流电隔离，因此 UPS 输入、输出均必需配置隔离变压器。普通电厂厂输入、输出均必需配置隔离变压器。普通电厂厂用电的质量比较差，所以其对用电的质量比较差，所以其对 UPS 的输入的输入 THDi 并没有特别高的要求。并没有特别高的要求。 旁路要求。旁路要求。 静态切换开关应具有自动、手动两种静态切换开关应具有自动、手动两种任务方式，实现无延续切换。为了提高旁路运转任务方式，实现无延续切换。为了提高旁路运转方式下的供电的质量，去除干扰和市电动摇的影方式下的供电的质量，去除干扰和市电动摇的影响。旁路普通需求添加隔离稳压器，主要起隔离响。旁路普通需求

10、添加隔离稳压器，主要起隔离和稳压的作用。普通还需求维修旁路，维修和稳压的作用。普通还需求维修旁路，维修 UPS 时，维修旁路供电，需求能把时，维修旁路供电，需求能把 UPS 柜完全从供柜完全从供电系统中断开，开关的操作必需保证输出不断电。电系统中断开，开关的操作必需保证输出不断电。 直流系统。直流系统。 由于电厂有由于电厂有 220V 187253V ，额定为，额定为 18 节节 12 伏蓄电池或伏蓄电池或 110V 93126V ，额定为，额定为 9 节节 12 伏蓄电池直流系统；电厂为了节约本钱，伏蓄电池直流系统；电厂为了节约本钱，此直流系统直接作为此直流系统直接作为 UPS 的直流输入；

11、电厂有的直流输入；电厂有专门的电力直流操作屏给蓄电池充电；要求专门的电力直流操作屏给蓄电池充电；要求 UPS 直流输入电压为直流输入电压为 220V 或或 110V ，且不要求，且不要求 UPS 具有充电功能。常规具有充电功能。常规 UPS 任务所配的电池组是任务所配的电池组是单独运用的，其直流输入端的反灌杂讯较大，假单独运用的，其直流输入端的反灌杂讯较大，假设蓄电池直接并入设蓄电池直接并入 UPS 的的 BUS 中，中， UPS 会对会对蓄电池上产生较大的电磁干扰，严重时会影响直蓄电池上产生较大的电磁干扰，严重时会影响直流系统的正常运转，而电力公用流系统的正常运转，而电力公用 UPS 的直流

12、输的直流输入端普通要求装有反灌杂讯抑制器，如逆止二极入端普通要求装有反灌杂讯抑制器，如逆止二极管等，使管等，使 UPS 对直流母线的影响极小。对直流母线的影响极小。 通讯要求。通讯要求。 UPS 主机需求提供主机需求提供 RS-232 和和 RS-485 接口，接口， UPS 运转形运转形状和主要报警信号应能提供无源干接点，主要运转形状和状和主要报警信号应能提供无源干接点，主要运转形状和报警信号普通包括：报警信号普通包括： A) UPS 的任务形状：的任务形状： UPS 任务任务 / 电池供电电池供电 / 旁路供电；旁路供电； B) 各种安装的综合缺点信号；各种安装的综合缺点信号； C) 交流

13、进线断路器形状交流进线断路器形状 / 直流开关的形状；需求提供开关的直流开关的形状；需求提供开关的辅助触点。辅助触点。 D) 馈线开关的形状，普通需求提供开关的辅助触点和报警馈线开关的形状，普通需求提供开关的辅助触点和报警触点。触点。 E) UPS 的输出电压、电流及频率应经过变送器转换为的输出电压、电流及频率应经过变送器转换为 4 20mA 模拟量信号，以便可直接送入电厂的模拟量信号，以便可直接送入电厂的 DCS 的模拟的模拟量采样系统中。量采样系统中。 柜体要求柜体要求 ； UPS 柜普通没有强调要求采用玻璃柜；柜普通没有强调要求采用玻璃柜； 旁路柜和馈线柜普通采用玻璃柜；旁路柜和馈线柜普

14、通采用玻璃柜； 柜体普通采用柜体普通采用 2200 高高 X800 深深 X600 宽的规范柜。宽的规范柜。 从柜外面透过玻璃门可以看到开关的形状，普通用从柜外面透过玻璃门可以看到开关的形状，普通用指示灯指示开关的状。指示灯指示开关的状。 开关普通都配有辅助触点，开关普通都配有辅助触点，以方便跟以方便跟 DCS 通讯；总的输出开关和馈线开关通讯；总的输出开关和馈线开关普通还带有报警触点；缺点时，提供报警信号给普通还带有报警触点；缺点时，提供报警信号给 DCS 系统。输出电压系统。输出电压 / 输出电流输出电流 / 频率的幅值，频率的幅值，普通添加模拟表或数字表显示。以方便维护人员普通添加模拟表

15、或数字表显示。以方便维护人员察看。察看。 以上为我们在电力UPS运用时最为常见的本卷须知，其他要求普通同工业型UPS通用规范。 目前我司的小功率电力UPS普通采用的是800系列电路设计，电路原理引见请参考800系列培训资料。逆变器原理引见逆变器与UPS的区别 构造上的区别:AC/DCDC/ACCHGBATDC/ACBATUPS作为一个完好独立的电源系统，包括整流器、充电器、逆变器、静态旁路开关、手动维修旁路开关及电池组。 INV同UPS相比，短少整流器、充电器。仅有逆变器、静态旁路开关、手动维修旁路开关。 运用场所区别 UPS作为一个完好独立的电源系统，可以适宜在任何场所运用，且构造紧凑，占地

16、面积小。逆变器适用于具有直流220V/110V/48系统的场所，由于逆变器需求与外配充电器、直流系统等外部设备配合运用，因此构造松散，占地较大，不易布置。所以逆变器的运用场所相对较为固定，即适用与具有直流系统等根本配置的公用行业用户。比如电力、通讯、铁路等特殊行业，其负载类型既有交流负载，也有直流负载。通常采用高频开关整流器冗余并联络统与蓄电池组一同构成直流不延续供电系统是其最根本的配置。 这类场所，对于蓄电池组，一方面直流电源的监控系统对蓄电池充放电过程实施智能化集中管理；另一方面，直流电源系统所配置蓄电池通常裕量较大，这些都为利用逆变器给交流负载供电提供了技术上的保证。对于不延续电源来说，

17、蓄电池是完成不延续电源的重要支撑。蓄电池的优劣，直接影响着不延续电源的供电质量与支持时间，对于长延时的不延续电源来说，蓄电池本钱甚至超越主机本钱。因此，无论是从技术角度，还是从经济角度，都是应该留意的问题。 功率比较 UPS的畜电池是自带的,直流输入电压可视单机功率而定,最高可达七八百伏。但逆变器的直流输入电压却是用户的直流屏提供，其直流电压是固定的，最高也只为220VDC，受直流电压的限制，逆变器的单机功率普通不能够做的很大，普通仅在3KVA以内，尤其是48V系列的。但为了满足客户的高功率需求，逆变器大多是可以并联运用的，最常见的就是将逆变器设计成机架式、模块化构造，方便并联运用。 干扰方面

18、 因INV运用场所的特殊性，其直流输入不仅为INV供电，同时还为其他重要的直流负载供电，为防止INV的直流反灌，影响其他设备的正常任务，通常在直流输入端会采取一些抗干扰措施，另INV在构造上相比UPS也没有Rectifier,本身对外的RFI比UPS也小很多，普通不会引起用户设备通讯干扰的问题。但UPS的蓄电池、CHARGER、RECTIFIER等是一个系统，所以其直流输入通常不会采取任何的抗干扰措施，而且UPS的运用场所设备对RFI等也并不像通讯等设备敏感。INV的典型运用图示 以上为针对逆变器运用场所同UPS的比较，下面就针对公司目前正消费的INV电路原理简单引见。主电路拓扑Battery

19、LNNLINPUT220V 1PH+NOUTPUT220V 1PH+NcontrolInverterOutput transformerInputInverter main drawingBypass transferSPS辅助电源123456783845R31KR53W0.33RR105.1KR413KR11KJ230R910KR63KR2100KC32n2JC11N0JC2471C4100nC6100NC863V470uFC750V220uFC550V220uFW6502D4U820GD34937D1D24007Q1IRF630NIN+R7100RR810KT1OUT+ 辅助电源是电路任务

20、的前提条件,图为典型的FLYBUCK型高频开关电源,也电子电路是最常用的电源构造. 脉宽电流调制型控制器件3845是其中心元件,其输出的反响电压送入3845的2脚电压反响端,以控制输出6脚的脉冲宽度到达输出稳定的目的，3脚为电流检测端，主要起限流作用，假设开关电源输出过流或短路，3脚检测到的电平将高于1V，此时3845将封锁输出脉冲，输出将被封锁。正常情况下，3脚是低于1V的。其根本的任务原理如下： Uout2脚电压6脚脉冲变窄Uout 此电路易损坏部件主要有：IRF630和384550HZ方波产生电路657U01BLM358C030.1J/100VC021NJ/100VR002100kR00

21、7100kRJ1 503R00675kR0015.1MR1365.1MAC/LVREF 上图为常见的方波发生电路，运放的反相输入端接电容及负反响，同相输入端接成正反响，构成迟滞比较电路。AC/L的输入为锁相钳位输入，以控制INV的逆变输出和市电输入坚持同相位。正弦波发生电路 图为典型的方波转换为正弦的电路,与文氏桥式振荡电路原理一样,方波信号经低通滤波后送入运放的同相输入端,输出经电阻反响至反相端,经电容选频网络反响到同相输入端,在运放的输出端便会得到与输入方波信号同频率的正弦信号,此正弦信号就是参与PWM的调制信号。C0910UF/63V23184U01ALM358+24VGNDR01133

22、kR01220kC0610N/100VR010300kR031330kC0510N/100VVREF三角波自激产生电路 三角波自激振荡电路利用了电容的充放电的过程来完成。初始时辰，因电容电压不能突变，U2的5脚电平高于6脚，7脚高，当随着电容C2的不断充电，6脚电平将高于5脚，此时7脚低，电容C2经过D3和R6放电，放至6脚低于5脚时，393输出又恢复高，C2继续别充电，故在6脚就构成了类似的20KHz三角波。此三角波经后续线性化后就和基准正弦波进展比较，产生PWM波去驱动IGBT或MOSFET。这里的R5主要是为控制输出的占空比而设置，防止C2被充电至临界翻转电压时，输出出现临界振荡。567

23、U2BLM393D31N4148R6270R53.9KD21N4148R710KR830K+24VC210nR927KGNDPWM电路32184U10ALM393567U10BLM39332184U11ALM393567U11BLM393R0251kR0282k+24VGND+24VGNDR1171kR1201kR11020kGND3R1125.1kQ15JE182Q16JE172R111100R12310R12410kC420.1J/100VC4310UF/63VGND3GND3DRV3R11420kGND3R1165.1kQ13JE182Q14JE172R115100R12510R1261

24、0kC440.1J/100VC4510UF/63VGND3GND3DRV4+24V+24V+24V+24V2387656N136U166N136GND2R1225.1kQ09JE182Q10JE172R121100R12910R13010kC500.1J/100VC5110UF/63VGND2GND2DRV1VCC2+24V2387656N136U156N136GND1R1195.1kQ11JE182Q12JE172R118100R12710R12810kC470.1J/100VC4810UF/63VGND1GND1DRV2VCC1C490.1J/100VGNDC460.1J/100VGNDR

25、1131GNDR1091GND SPWM即正弦脉宽调制，利用正弦波和三角波进展比较，输出脉冲宽度不等的序列方波，经放大和隔离去驱动IGBT，使IGBT按脉冲时间宽度导通和关断，逆变输出序列的脉冲波再经电容滤波即可得到与调制的正弦波同频率的输出正弦波。 PWM利用的面积等效原理，即冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，起效果一样。输出过压及过温维护123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-Apr-2003 Sheet of File:E:电 力 逆 变 器 EA- 10 00 D . ddbDrawn By:32184U02

26、ALM393+24VGNDR0703kJP07/6C2310N/100VGNDD2632184U03ALM393GND+24VR03520kVREFR00320kR00420kGNDC010.1J/100V12JP09XH-2AY+24VR05524kGNDR05415kR05320kD33IN4148VREF567U03BLM393D32IN4148R0713kJP07/5D26R069125kGNDR068R05810kC2410UF/63VR057510kD31IN4007JP06/6R15820k+24VR15620kGNDR0562kR072300VREFC2510UF/63VGND

27、温度继电器工 作指示故障指示 输出取样电压经D31、R057、R058、R069、C24整流、滤波、分压后与基准电压比较，假设输出电压高于某一值，U03B7脚变低，一方面经过D32封锁驱动脉冲，使逆变器停顿任务，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的缺点LED亮，任务LED熄灭。当散热器上温度过高时，温度继电器闭合，使U03A2脚的电压高于3脚，这样，U03A1脚为低，一方面经过D32封锁驱动脉冲，使逆变器停顿任务，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的缺点LED亮，任务LED熄灭。 直流过欠压维护12345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA3Date:2-

28、Apr-2003 Sheet of File:E:电 力 逆 变 器 EA- 100 0 D . ddbDrawn By:12JP10XH-2AYGNDD13IN4007R101100KR102100kR1005.1kRJ51KR09910KC2710uF/100VR0982KGND32184U12ALM393R0961MD15IN4148+24VD17IN4148567U12BLM393R09530kR09420k+24VGNDR0853kD23IN4148R084150kR09114K+24VR08351KGNDJP07/4DC+D26偏 压 直流取样电压经D13、R101、R100、R099、RJ5、C27滤波、分压后与基准电压比较，假设直流电压高于某一值或低于某一值，U12的1或7脚变低，一方面经过D17封锁驱动脉冲，使逆变器停顿任务，蜂鸣器告警；另一方面使面板上的偏压LED亮，任务LED熄灭。输出过电流维护123456ABCD654321DCB