將變頻器改造成UPS的可行性

2.2.2 蓄電池放電終止電壓Uz的確定

蓄電池放電終止電壓Uz取決于市電停電后，電池組脫離充電模塊轉(zhuǎn)為向變頻器至終止電壓的數(shù)值要滿足變頻器正常工作的最低電壓值。Uz可按式(2)計(jì)算：

將變頻器改成不間斷電源的可行性及應(yīng)用

仍以西門(mén)子產(chǎn)品為例，取Ue=510V則Uz=(O.875x510V)/(6×42)=1.77V，考慮到電池和變頻器工作的可靠性，電池放電終止電壓Uz不要小于1.75V，通常取Uz=1.8V。即單只電池終止電壓Uz=1.8x6=10.8V，蓄電池組電壓Ud=10.8×42=453 V，略小于變頻器允許的最小電壓值Ue(min)=459 V，尚能滿足變頻器工作要求。

2.2.3 蓄電池組容量Q的確定

電池組容量Q(A·h)取決于負(fù)載額定電源電流I及市電停電后負(fù)載由蓄電池供電延遲的時(shí)間T以及電池組放電后的終止電壓Uz?？筛鶕?jù)電池生產(chǎn)廠家提供的電池放電曲線或放電表進(jìn)行選擇計(jì)算。計(jì)算具體可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，以15 kW負(fù)載，停電維持時(shí)間l h為例，計(jì)算結(jié)果為：選50A.h電池42只。

2.3 DC/DC直流變換器降壓充電板

充電模塊的工作原理是采用IGBT電力電子器件組成Buck(降壓)隔離型直流變換器，耐壓為l 200V．電流則根據(jù)電池容量按0.1C(10)充電，單板可輸出電流10～20A，輸出電壓274~300V可調(diào)，可對(duì)400A·h以下的電池組進(jìn)行浮充充電。將電池組分成相等數(shù)量的若干組(例如將42只電池分為兩組，每組21只，充電電壓僅為287~289V)，可降低充電模塊的輸出電壓值，使模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化從而降低成本。這種充電板也可并聯(lián)使用。

2.4 整流二極管

采用大功率整流器件二極管組成直流隔離開(kāi)關(guān)，當(dāng)市電正常時(shí)，二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，切斷電池組與變頻器的通路，但缺點(diǎn)是電池組在浮充電時(shí)有可能因端電壓高與市電經(jīng)整流后輸出的直流電壓引起放電而不能充滿。當(dāng)市電停電時(shí)二級(jí)管瞬時(shí)導(dǎo)通，電池組瞬間放電，可以做到負(fù)載由市電供電和電池組供電的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，是在線式不間斷電源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.5 DC/DC降壓工作電源(+24V)模塊

采用Buck降壓型DC/DC直流變換器可將通用變頻器直流點(diǎn)電壓轉(zhuǎn)換成邏輯控制板所需的電壓+24 V，供數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機(jī)接口單元用。

2.6 數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機(jī)接口單元

用數(shù)字面板表及及半導(dǎo)體節(jié)能燈人機(jī)接口單元組成具有人機(jī)操作顯示界面的監(jiān)控系統(tǒng)，其功能為：充電板及電池電壓值、輸出電流值、輸入市電電壓值、輸出電壓值；電源起停操作；運(yùn)行參數(shù)顯示；電源工作狀態(tài)顯示；故障狀態(tài)報(bào)警以及通過(guò)RS485和上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)四遙功能。

2.7 電池平衡管理器及電池檢測(cè)系統(tǒng)

因?yàn)椴婚g斷電源用的電池較多，根據(jù)以往UPS多是電池故障而影響整個(gè)系統(tǒng)崩潰的教訓(xùn)，在電池組增加了電池巡檢儀(本公司自己開(kāi)發(fā)的)來(lái)檢測(cè)每節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、放電電流及環(huán)境溫度，這類巡檢儀最多能檢測(cè)128節(jié)電池。另外，為了保持充電及放電時(shí)每節(jié)電池的電壓保持一致,本公司自主研發(fā)了電池平衡管理器。這樣能保持充電放電時(shí)電池的一致性，可把落后的電池挑出來(lái)，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

2.8 輸出隔離變壓器及LC濾波器

因?yàn)樽冾l器輸出電壓波形是高頻的階梯波，要使輸出的波形是完美的正旋波，所以在隔離變壓器后面加上LC濾波器，其電感值選為1.5 mH，電容值為20μF。同時(shí)為了增加此不間斷電源的帶載能力和可靠性，避免趕擾負(fù)載，在變頻器的輸出端接一個(gè)△/Y隔離變壓器，其變比為300：380，變比的選擇關(guān)系到輸出的穩(wěn)壓精度(因電池放電時(shí)直流電壓逐漸下降至DC459V時(shí)，其變頻器輸出的實(shí)際電壓為AC 325V)，這是在線式不間斷電源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但缺點(diǎn)是會(huì)使變頻器的功率變小。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)上述的工作原理，本文作者于2002年研制成功一臺(tái)22kW在線式可變頻交流不間斷電源的樣機(jī)，原理見(jiàn)圖1所示，試驗(yàn)取得成功，并在實(shí)際中獲得應(yīng)用，均取得成功。

3.1 應(yīng)用實(shí)例1

北京建筑設(shè)計(jì)院會(huì)議及食堂多功能大樓的應(yīng)急照明系統(tǒng)，負(fù)載功率22 kW，后備延時(shí)時(shí)間為90min，應(yīng)急照明通道及消防設(shè)施在今年過(guò)程中不能停電，否則將引起嚴(yán)重后果。機(jī)器裝機(jī)以來(lái)一直運(yùn)行良好，期間曾多次因施工事故停電，但該機(jī)不間斷供電保證該大樓的正常運(yùn)行。

3.2 應(yīng)用實(shí)例2

南京新港開(kāi)發(fā)區(qū)博西華工地上用應(yīng)急電源驅(qū)動(dòng)卷簾門(mén)，功率18.5 kW，由一臺(tái)西門(mén)子MICRO-MASTER 440變頻器(功率22 kW)供電，要求市電停電后必須接入后備電源保證該公司的倉(cāng)庫(kù)卷簾門(mén)能不間斷運(yùn)行，確保庫(kù)存的家電能正常出貨。2005年我公司為其設(shè)計(jì)制造一臺(tái)在線式不間斷電源，電池容量為65 A·h，42只，后備延時(shí)60 min。

4 結(jié)語(yǔ)

可變頻交流不間斷電源是適用于各種負(fù)載的應(yīng)用電源，它具備普通交流不間斷電源和變頻器的雙重功能。據(jù)查目前國(guó)內(nèi)外電源廠家很多已將此電源改成應(yīng)急電源，但這方面的文章極少，本人寫(xiě)這篇文章希望對(duì)國(guó)內(nèi)的電源技術(shù)提高盡微薄之力。對(duì)于不允許停電的負(fù)載負(fù)載，選擇這種電源要比選擇普通UPS具有很高的性能價(jià)格比。因此是一種值得推廣應(yīng)用的電源設(shè)備。