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华为UPS中高频机和工频机的概念分析

发布时间:2019-11-23 10:36:56

  现代电力电子技术的发展方向正在从以低频技术为主的传统电力电子向以高频技术为主的现代电力电子转变。UPS产业的发展也从工频机向高频机发展。

  1980年代末和1990年代初开发的功率MOSFET和IGBT集成了高频,高压和高电流电阻,这使得UPS的数字化不断加深。体积小,容量大,高频将成为UPS的发展方向,大中型UPS的主流结构将从原来的工频机向高频机转变。

  这种UPS使用晶闸管整流器将输入的交流电整流为直流电,然后通过桥式IGBT逆变器将直流电转换为交流电,最后通过输出变压器对交流电进行升压和滤波,以提供纯交流输出。

  它的缺点是,从整流和逆变过程来看,是降压环节。晶闸管整流器ADAPTS通过调节可控整流器的导通角来适应输入电压的变化,确保输入交流电压变化时整流器的输出直流电压恒定。因此,晶闸管整流器将切断一部分输入交流电压作为成本,并且输出电压只能在低于全波整流器的输出电压的恒定值。但是,逆变器链路也是降压链路,因为还使用了斩波器方法,结果是输出电压电平再次降低。

  由于上述原因,必须在这种结构的UPS的输出侧增加一个升压变压器,以将逆变器输出的低交流电压增加到合理的输出范围,并最终提供恒定的220/380v输出。

  这种结构采用双重转换技术,有升压器(Booster)和高频链路逆变器(make)两种。由于整流部分采用二极管整流,不需要调节整流导通角,整流的直流电压不需要控制,因此高频机的输入功率因数将得到改善,输入功率范围可变宽度。

  Booster采用PFC控制技术和IGBT在高频下工作,可以使BUS电压在较高电势下稳定,并且BUS电压在纹波小的情况下稳定。经过逆变器PWM调制(使)可以获得理想的220 v输出,而无需升压变压器,实现了高效率,节能,体积小的多重优势。

  另外,在新型高频机中,充电过程可以针对不同的电池设置不同的充电方案,以延长电池寿命。

  高频机采用UPS技术,具有完整的IGBT技术,BUS产生的直流电由IGBT斩波器控制,可以实现对电池的精确充电,并通过数字控制优化参数设置。如果在恒压充电时可以避免进行恒流充电控制,因为当电流较大时开始充电会缩短电池寿命。
  ●高频机采用全IGBT技术代表新型电源,特别是大中型电源的发展方向,与工频机相比具有其明显的优势:

  使用晶闸管整流器,输入功率因数很低,仅附加了功率因数补偿环节,效果不理想,有回馈电网的污染

  二极管整流器,功率因数接近1。从根本上解决回流干扰的问题

  功率因数0.8〜0.9

  功率因数>0.95有功功率因数>0.99

  电源输入范围为220V±10%〜220V±15%

  电源输入范围为220V±25%

  输入电流谐波约为30%

  输入电流谐波可以小于10%

  整流器和逆变器均采用斩波降压的形式。因此,必须在输出端加一个升压变压器,以使电压满足输出要求,成本高,体积大。

  由于采用了Booster,因此较高电位的BUS电压可以节省输出变压器。成本低,体积小。理论分析和实践经验表明,频率将从50Hz提高到20kHz,体积和重量可减少30%

  总线纹波很大,为±10%

  总线纹波小,小于0.1%
  电池直接连接到BUS,充电电压由晶闸管整流器控制。BUS纹波较大,通过BUS直接对电池进行充电只能是恒定电压和限流充电,且充电形式单一,无法满足各种电池的要求

  BUS电压由高频IGBT升压器电流控制,并且BUS纹波很小。因此,可以采用IGBT调制充电技术。充电参数灵活,可针对不同类型的电池量身定制充电曲线,实现恒流充电,大大延长了电池的使用寿命

  ●用于输出端访问输出变压器的说明

  从上面可以看出,采用完全IGBT技术的高频机可以完全消除输出隔离变压器。但是,在特殊情况下,高频机也可以连接到输出变压器。作为高频机的可选产品,输出变压器可以提高UPS的性能,并满足不同负载的要求。

  负载的分配与UPS的输出不一致。例如,如果负载是三相角输入,则UPS的输出星形/角型变压器可使UPS在这种情况下稳定。

  负载需要隔离分配。例如,某些医疗设备对分配有严格的要求。此时,将变压器连接到UPS的输出端,即可达到隔离效果,有效抑制共模干扰,满足输入和分配负载的特殊要求。

  还可以认为,连接到工频机的输出变压器起着升压和隔离的双重作用,并且隔离功能无法完善。UPS具有旁路和逆变器的输出,逆变器的输出连接到由升压器隔离的变压器,而旁路的输出则是无隔离的直接输出。带有高频机的隔离变压器连接到旁路和逆变器的公共输出,因此在UPS中工作时,可以满足在任何状态下分配负载的特殊要求。

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