PW技术原理及使用说明

GalaxyPW™50/60Hz20-200KVA

全系列IGBTUPS

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

第——章GalaxyPW介绍...............................................(4)

第二章ECO模式.....................................................(12)

第三章GalaxyPWUPS概述

3-1单机UPS结构...........................................o...(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.................................................o..(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cos①..............................................(78)

5-4峰值系数....................................................(79)

附录

附录一：GalaxyPWUPS系统的设置参数.............................(81)

附录二：PC板介绍(PCboardspecification).....................(91)

附录三：系统接地方式.........................................(95)

附录四：GalaxyPWUPS单机和ECO模式电路图(40/60KVA)..........(101)

附录五：GalaxyPWUPS单机和ECO模式电路图(120KVA)..........(116)

附录六:GalaxyPWUPS单机和ECO模式电路图(200KVA)..........(131)

第一章GalaxyPWUPS介绍

介绍中到大功率战略性的负载保护和谐波抑制

GalaxyPW

(O8种额定功率:40-50-60-80-100-120-160-

200kVA

(0三相输入，三相输出

(9并联多达四个UPS单元：即最高可达800kVA

co双转换在线式(VFI)

(D自动旁路和手动旁路

(9后备时间从8分钟到长达8小时

＜0密封/开口铅酸电池或第镉电池，服役年限为5年、

10年或更长

图4.27：GalaxyPW系列

应用范围

GalaxyPW是为满足商业和工业过程处理(自动控制、仪器仪表、设备、应急照明)的高可用性要求设

计的。

颜色

co浅灰RAL9002.

需要其它颜色，请向我们咨询。

主要特性极端的灵活性和较小的占地面积

GalaxyPW能够适应各种环境及其变化：

co多种后备时间，从8分钟到8小时。

3模块化设计易于升级，例如增加额定功率或提高可用性：

＞并联多达四个UPS单元：

＞热备份配置：

＞通过同步模块可以实现冗余UPS的同步，从而提高可用性或满足将来对可用性的要求；

3极宽的输入电压范围，改进了与上线电源的兼容性，因而几乎不用切换到电池供电；

co优化的占地面积：

＞整个系列的深度相同(825mm)：

＞40到60kVA机柜有两种高度：1400mm或1900mm,用于整合隔离变压器或谐波滤波器或输出配

电等；

＞可以通过顶部连接功率电缆。

Zf可以HkI于安装我幽

\

1215•我木

图4.28：缩小占地面积

可用性

通过设计，GalaxyPW总是优先保证负载的电力：

,双转换在线技术(在IEC62040-3/EN62040-3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。

一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)。

,N+1冗余多达四个UPS单元(3+1)。

一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：

一消除输入电流中的谐波(THDI<4%)：

一提高功率因数(0.95)；

,与发电机组完全兼容；

-输入视在功率下降20%。

所有以上的特性都导致用电费用的下降，使配套的发电机组的所需容量下降。

GalaxyPW还提供最佳的效率，在智能节能运行方式(ECO)下，效率高达97%。

简单和清晰的用户界面

GalaxyPW的用户界面设计得既能确保运行又提供完整的监视信息：

-含中文在内的15种语言图形显示屏提供有关测量值、诊断和告警的明确信息；

一带LED的动态模拟面板：

_对150多种不同的参数进行分析：

一带时间标识的最后500个事件的记录；

一指示电池的剩余后备时间。

GalaxyPW还提供与电力环境和计克机环境广泛通信的能力：

一中介11接点通信接口+6干接点250V5A：

,:.个额外的通信插槽用于安装SNMP、JBus/Modbus、U-Talk(RS232-ASCII)>USB或继电器接点

(AS400)选件接口板；

-MultiSlot多功能扩展模块(选件)：

-紧急停机(EPO)接线端子(选件)；

-LED远程指示单元(选件)；

一与不同的软件包兼容：

>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：

>UPSWeb-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

电池监视器通过卜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：

一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；

.按照电池的老化程度、房间的温度和UPS的负我率精确地测量真实的后备时间；

一计算:剩余的电池服役年限：

一电池深度放电保护；

-充电电流的限流（0.05Cio到o.1Cio）：

_定期自动测试电池；

_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；

一电池监视器™（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，GalaxyPW提供最具有创新意义的解决方案：

JGBT技术加上自由频率斩波，保证了输出电压的消波失真度低于3%；

,带电池运行期间负载发生100%阶跃变化时，瞬态电压变化低了•2%；

一能够为峰值因数最高达661的负载供电：

一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

GalaxyPW提供与发电机组完全兼容的运行：

.消除上线的谐波（全系列无源和有源谐波滤波器）；

_顺序起动并联的各个UPS单元来限制起动电流；

,在利用发电机组供电时可人为限制输入的功率；

_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（。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GalaxyPW单机UPS单元提供下列组件和功能:

标准配置

主交流-三相整流器/充电器

输入一具有PWM自由频率斩波的三相逆变器

0一自动旁路（静态开关）

>_手动维修旁路

.图形显示屏具有15种语言，带时间标识的事件记录

一中介11接点通信接口

一三个通信板插槽

.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

一THM有源滤波器或无源源波瑞（带接触器的非补偿式或

补偿式）

_倒送功能防止电池故障影响上线的配电系统

一电池监视器™

一MultiSlot

一通信接口板：

>RS232/U-Talk或JBus/Modbus

>RS485JBus/Modbus

>SNMP/以太网

>RS232HID

>USB/HID

>XML-Web（HTTP）

>6继电器接点，250V2A

>干接点和/或远程关闭系统文件

一软件：

>Monitor-Pac

>Solution-Pac

>UPSWeb-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）40506080100120160200

（额定视在输出功率）

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380/400/415V±15%三相⑴

旁路交流输入380/400/415V±10%三相⑴+N

频率50或60Hz±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380/400/415V±1%(1)

频率与交流电源同50或60±0.5Hz（以0.25Hz的步长在0.5到2Hz之间可调整）

步Hz

非同步运行±0.02Hz

功率因数线性负载0.8

THDU⑵线性负载<2%相电压

非线性负载工2%线电压，43%相电压

逆变器的短路能力2.33In—1秒钟⑶

旁路的短路能力（以20亳秒计产）21ln20ln16ln27ln21In18ln23ln19ln

过我能力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亳秒；

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2Hz/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±0.5Hz至ij±2Hz(从1%到4%可调)

最大相位差3度

电池

类型密封铅酸（可.选：开口铅酸或锲镉）

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I」提供三个额外的插槽

2接口RS232/U-Tak卡、JBus/ModBus

RS485JBus/Modbus接口板

10BTSNMP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（250V2A）

LED指示灯单元

（1）按用户的要求可提供其它的电压,如208、220、480V、660V...

⑵THDU（总谐波失真度-U代表电压）

（3）In=输出电流（对PF=0.8）,即ln=—^—=

0.8UnV3

物理特性、环境和标准

额定功率（PF=0.8时的KVA）40506080100120160200

（额定视在输出功率）

有功功率（kW）324048648096128160

UPS主机柜的尺寸和重量

高度（毫米）1400或19001900

宽度（亳米）71510151215

深度（量米）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亳米-深度825mm-

后备时间宽度（亳米）7151015

10分钟-5年不加电池（千克）640670820

后备时间宽度（毫米）17302445

30分钟-5年不加电池（千克）125015401990

进口电池柜的尺寸和重量：高度1900亳米・深度825mm

后备时间宽度（毫米）715101514302030

10分钟-5年不加电池（千克）67569084511001370173021102785

后备时间宽度（毫米）14301730101514302030

30分钟-5年不加电池（千克）13901685193024752765382042955670

环境

噪声水平（dBA）（按照ISO3746的定义）<58<60<65

热损耗单台UPS33.74.84.86.57.810.213.9

带©%的负载

（kW）1/2冗余

3.54.75.86.88.59.814.017.5

2台UPS各带50%负载

1/3冗余6.58.410.611.515.017.524.031.0

3台UPS各带66%负载

保护等级（按照IEC529的定义）高度为1400mm的机柜为IP215-高度为1900空米的机柜为IP205（其它IP等级为选件）

不用功率折算的最高海拔高度<1000m

贮存温度范围不带电池-25汜到+70℃干热

带电池-10℃到+45℃

运行温度范围逆变器带额定负载,PF=0.8：0到40℃日平均（40℃为8个小时，354c为24个小时），

对过载情况，PF=0.8：0到30℃

电池可能:0到400c（409为8个小时，350c为24个小时）

最佳:+15℃到+25cC（超过25P后，温度每升高10℃服役年限减半）

标准

结构和安全IEC62040-1/IEC60950/EN62040-1

性能和拓扑结构IEC62040-3/EN62040-3

EMCIEC62040-2/EN62040-2B级/EN55011和EN55022B级/FCC第15部分

谐波IEC61003-2/IEC61003-4

设计和生产ISO14001/ISO9001

认证和标志TuV/CE

电流和保护特性

额定功率（PF=0.8时的KVA）40506080100120160200

（额定视在输出功率）

有功功率（kW）324048648096128160

输入和输出电流

电流及其测量条件

■11：主交流输入的相电流

注：这些电流的测量条件为：■lu：负载输出和旁路交流输入的相电流

-带PF=0.8的额定负毂；

-额定主交流输入电压为400V：■Ibmax：最大电池电流

-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11和lu分别乘以1.05和0.96c

图4.33：输入和输出电流

10分钟后备时间的最大输入电流11（A）79100119158195236288357

电池正在充电

负载电流lu（A）617692122152183243303

最大电池输出电流Ibmax（A）103128154205256308410512

上线的保护⑴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）NS100NNS12NS16NS250NNS400N

5E0N

脱扣单元TM80TM10TM12TM16TM20TM25STR23E

D0D5D0D0D0D

旁路交流输入（三相）型号（4极）NS100NNS12NS16NS250NNS400N

5EON

脱扣单元TM80DTM10TM10TM16TM20TM20STR23E

0D0D0D0D0D

（1）卜面的保护信息只是针时由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：

一相对于安装位置的短路电流的承受能力

-静态开关可控硅能够承受的最大允许电流

一旁路运行时相对于UPS输出保护装置的选择性。

第二章ECO工作模式

正常工作状态

?®(p®

AB

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,为绿色闪烁。

4.面板显示“LOADPROTECTED,ECOMODE”。

旁路电源2超限工作状态

一电源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。

一电源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。

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。

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。

第三章GalaxyPWUPS概述

3-1单机UPS结构

单机UPS由以下儿部分组成(图la)：

图la：单机UPS的结构框图

A.整流一充电器(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(Mains1)

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(InsulatedGateBipolarTransistor,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。它将整流一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(Mains2)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(Backup)的供电。

G.K3N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)

2-K

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.GalaxyPW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GalaxyPWUPS柜的电池柜

E.附加电池柜

F.机柜之间的连线

G.K3N接触器或者是输出静态开关模块

2

图2b.GalaxyPW增容并联结构框图

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GalaxyPWUPS柜的电池柜

E.附加电池柜

F.机柜之间的连线

G.K3N接触器或者是输出静态开关模块

3-3控制系统结构

GalaxyPWUPS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(PowersupplyBus):

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,+5V0

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-tunerSoftware)0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(CentralBus)：

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：D0-D3=1110(表示地址)

D4〜D7=1100(表示状态,意为QF1闭合，Q1闭合)

6)内部处理总线(InterprocessBus)：

实现各单元调整一控制电路之间的相互联系。主要信息包括：

⑴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；

⑵从逆变器到静态开关

一Ond.Pret:表示逆变器运行正常，输出电压、频率正常；

-Lim.MaskVer.：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；

-Base.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。

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图3a:40/60KVA单机和ECO模式

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图3b:40/60KVA单机和ECO模式（T系列）

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ALH电源板产生。它基于调制一隔离一整流一再

调制的原理，采用完全退磁和自激振荡的往复式电路（flybackcircuitwith

completedemagneticandself-oscillating）,因此输出电压的稳定度和精度较高（图

4）o

在闭合整流器的输入开关Q1后，首先是电源板ALH的启动，只要输入交流电整流后

的直流电压大于380V,ALH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SI、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Tl、T2的关断信号（退出饱和），P1绕组由续流二极管DI、D2泄放电

流，并在一次侧反馈绕组RI、R2上再次形成感应电势，产生Tl、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Tl、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Tl、T2O

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ALH板的干扰。当市电停电时电池组放电，电压降至335V以

下时，ALH板停止工作，UPS的控制电路全部停止。

当ALH板内部异常时，输出电压将发生波动，阈值检测电路(High-lowDetection)

将发出ALH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开关断开一Poweroff),记忆才能复位。

7储

源1

整流galaxyPwj

5磔Ue.

3

池

电过嬴护

TI导通ALII控制电源板

TI)命令

启动电路

XM012

01A丁1关断C

A

T控制2_______

输入电压5?52刊64的面敷

单元9分电

检刑

及孙超访