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在线式UPS电源的控制和保护技术有哪些?

文章发布时间:2011-06-28 10:42来源:upsclan.com 作者:upsclan 关注次数:

虽然 UPS 种类繁多,但是其控制和保护技术的基本原理是大致相同,愿大家能够研发出更先进的 UPS

线式 UPS 控制和保护功能基本上是由 CPU 内部顺序控制完成的 , 由于顺序的不可见性 ,UPS 许多控制和保护原理大家很难理解。下面,根据多年的 UPS 研发经验,跟大家谈一下在线式 UPS 控制和保护技术。

一、基本概念

1 市电正常:市电正常是指市电电压和市电频率都正常。

2 市电电压正常:市电电压在 160~280V 之间,视为市电电压输入正常。

3 市电频率正常:市电频率在 47~53HZ 之间,且频率变化率小于 1HZ/ 秒,视为市电频率正常。

4 市电逆变状态:市电输入正常, UPS 工作在 AC DC AC 时的状态。

5 电池逆变状态:市电输入异常, UPS 工作在 BA TTERY AC 时的状态。

6 CPU 交流电压取样信号:交流电压经分压、隔直、全波整流、限幅后,供给 CPU 进行 A/D 转换的信号。 UPS 上有市电电压取样信号和逆变电压取样信号两部分电路。

7 零点发生器:交流正弦波经过由运算放大器组成的交流差动放大器,变成方波信号,再经滤除高频谐波和限幅后,送给 CPU CPU 通过对方波下降沿(对应正弦波的过零点)侦测,计算出正弦波的频率和相位。 UPS 有市电零点发生器和逆变零点发生器两部分电路。

8 BUS 电压: BUS 电压是指供给逆变器的直流电压, UPS 有正、负两路 BUS 电压,其正常值为 400V

二、控制技术

1 缓开机

当 UPS 开机或系统重置(包括过载解除、自动重启等)时, CPU 控制 UPS 缓慢提升逆变电压,每 32m 提升逆变电压 3V 直至 220V 停止。

2 电压追逐

缓开机结束后,逆变电压尚未切到对外输出前,为防止市电灌入 UPS 市电正常时, CPU 控制逆变电压追逐市电输入电压,逆变电压依市电电压高低每隔 128m 加减 3V 如果市电电压高于 280V 则只追到 280V 如果市电电压低于 160V 则只追到 160V

3 市电电压的侦测与控制

CPU 每 16m 读取一次市电电压值,当市电的电压读值连续低于 160V 或高于 280V 五次时,视为市电电压输入异常;只有当市电的电压读值连续五次回复到 170~270V 之间时,才认为市电输入转为正常。市电输入正常时, UPS 工作在市电逆变状态;当市电电压低于 160V 或高于 280V 时, UPS 立即转入电池逆变状态;为防止市电来回切换,只有当市电回复到 170~270V 时, UPS 才转入市电逆变状态。

4 市电频率的侦测与控制

侦测市电频率的目的作为逆变锁相的依据,通过调整逆变的过零点调整逆变相位,使在市电状态下的逆变输出与市电输入基本同频率、同相位。市电开机时, UPS 侦测输入市电的频率作为逆变输出的频率;电池状态下开机时,逆变输出的频率以上次输出的频率来设定。当市电正常时,执行锁相,逆变频率先追市电频率,频率相同后再追相位,通过变化逆变频率完成逆变和市电同相位。锁相后,逆变和市电的相位差小于 3 度,频率误差小于 0.01HZ 当市电频率超出 47~53HZ 范围时, UPS 不执行锁相,立即转入电池逆变状态,只有当市电频率回复到 48~52HZ 时, UPS 再执行锁相,并转入市电逆变状态。

5 三角波发生器

CPU 送出的 38.4KHZ 方波 , 经由运算放大器组成的二分频电路后 , 变成 19.2KHZ 方波 , 再经积分器积分成三角波。

6 规范正弦波发生器

CPU 送出以 128 点平均分割的模仿正弦波,经过二阶低通滤波器滤波后,生成规范正弦波。

7 PWM 信号

规范正弦波与逆变输出电压的正弦波反馈信号做比较,结果被三角波切割,生成 PWM 信号。

8 逆变电压调整

CPU 每 16m 读取一次逆变电压值,并与设定的电压值做比较,当差值高于 10V 时, CPU 立即调整规范正弦波,从而调整 PWM 信号,使输出电压相应加减 5V 以缩小差值;当差值低于 10V 时, CPU 累积差值,当累积值达到 30V 时, CPU 调整规范正弦波,使输出电压相应加减 2V

9 CPU A/D 读取

CPU 每半周期读一次电池电压、正负 BUS 电压和机内温度,每隔八个规范正弦波点读一次市电电压、逆变电压和逆变电流(每个周期开始, CPU 变卦读点的初始位置,使每隔八个标准正弦波点读一次的共 128 点的 A/D 读取达到扫描效果,读取值存入 RA M 内)

10 CPU 计算

CPU 每隔 2 个周期计算一次市电电压的均方根值( RMS 每隔 1 个周期计算一次逆变电压的均方根值,每隔 32 个周期计算一次逆变电流的均方根值,每隔 32 个周期计算一次输出功率的均方根值。

11 瞬间断电侦测

CPU 每 4m 计算一次最近一周期所读取的市电 A/D 值,如果小于 140V 则视为断电, UPS 立即转入电池逆变状态。

三、维护技术

1 逆变输出短路和过电压保护

当逆变输出电压的正弦波反馈信号连续 64m 无过零信号时,视为逆变输出短路, UPS 关闭输出并报警;当逆变输出电压值连续 80m 低于 160V 或高于 280V 时,视为逆变输出过电压, UPS 立即转到旁路并报警。

2 输出限流保护

维护电路侦测逆变输出的电流值,当其超过额定值的 3.6 倍时,限流保护电路立即关闭 PWM 只有在输出电流值小于额定值的 3.6 倍后, PWM 才重新工作。

3 BUS 过电压保护

当 BUS 电压的绝对值连续 64m 超越 440V 时, UPS 实施 BUS 过电压保护,转入旁路并报警。

4 电池过压和欠压保护

当每个电池电压高于 15V 时,视为电池过压, UPS 自动转入电池逆变状态,电池电压下降到每个 13.5V 后, UPS 重新回到原工作状态。市电异常, UPS 转入电池逆变状态,电池开始放电, CPU 控制蜂鸣器 4 秒鸣叫一次;当每个电池电压下降到 11V 时, CPU 控制蜂鸣器每秒鸣叫一次;当每个电池电压下降到 10V 时, UPS 自动关机。市电恢复正常时, UPS 会自动重启。

5 负载维护

如果 UPS 从旁路转入逆变输出前,侦测到负载超越 110% UPS 不能转入逆变输出, CPU 控制蜂鸣器每 0.5 秒鸣叫一次;如果开机后负载加至 110%~130% CPU 控制蜂鸣器每 0.5 秒鸣叫一次, UPS 10 秒后转入旁路;如果开机后负载加至 130% 以上, UPS 会立即转入旁路。

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