變頻器無論是頻率控制型還是矢量控制型或者轉矩控制型，都是具有變頻軟起動功能，即電機起動時，因為輸出電壓和頻率均可從零開始，就限制了電機的起動電流，甚至小于額定電流就可以正常起動。變頻器的容量，在380V電壓等級，功率范圍從2,2~1 500 kW的產品幾乎可以覆蓋目前所有的應用范圍。

     目前常用的變頻器都是交-直-交類型的電壓源型變頻器，其中間直流環節的電壓約為510～620V，是三相交流電壓經過三相不受控整流后得到的。如果在市電停電后能為變頻器的中間環節提供另一路510～620 V的直流電源，其IGBT逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓為0~380V、頻率為O～50Hz連續可調，實現負載的軟起動或者達到輸出電壓380(1±3%)V，輸出頻率50(1±I%)Hz的精度。例如一組蓄電池，就可以實現對負載的不間斷供電?；谶@個想法開發出一種新型UPS，即可成為變頻型交流不間斷電源，使變頻器在新的應用領域中得到應用。因UPS輸出是三相正弦波且穩壓穩頻，為了增加設備的可靠性及避免對負載的干擾，在變頻器的輸出增加變壓器和LC低通濾波器。

   根據負載性質，這種可變頻UPS同樣可以像普通UPS一樣設計成后備式和在線式。該電源的過載能力為150%時3 s，整機效率為98%以上。

   本文以西門子公司通用變頻器產品為應用實例來說明這種電源的工作原理、架構組成和設計方法。

     2 系統組成和工作原理

    該電源主要單元有：矢量型變頻器，蓄電池組，DC/DC直流變換器降壓充電模塊，控制邏輯板，DC/DC降壓工作電源(+24V)模塊，輸出隔離變壓器及LC濾波器，數字面板表及及半導體節能燈人機接口單元，結構圖如圖1所示。2.1 矢量型變頻器河南廣潤自動化設備有限公司　網址：http://www.cntjjp.com.cn 鄭州變頻器維修中心 維修電話：0371- 56700815  15515598858

   本文仍以西門子產品為例，其技術參數為：

     輸入電壓 3相380～460V±10%f變頻器);

     輸出電壓 3相0~380V或380(1±3%)V;

     輸入頻率 50/60(1±6%)Hz：

     輸出頻率 0~600Hz或50/60(1±1%)Hz。

     蓄電池組

   選用閥控式全密封鉛酸免維護電池，一般200A?h以上為2V/單只電池。

      組串聯只數N的確定

   串聯只數M取決于通用變頻器中間環節直流電壓的比較大和比較小允許值。不間斷電源在正常運行時，系統處于浮充電狀態，電池只數N應為將變頻器改成不間斷電源的可行性及應用    

   以12V/單只電池為例，浮充電壓Uf=13.5V(單體電池的浮充電壓Uf=2.25 V)。以西門子變頻器為例：Ue=510～620V，即Ue(min)=510V×O.9=459V，Ue(max)=620x1.1=682V，是變頻器能正常工作的電壓上限和下限值，取平均值：Ue=(459 V+682v)/2=570.5V。

   則N=Ue/6Uf=570.5 V/(6x2.25 V)=42.25，取N=42只。

   浮充時，電池端電壓Ud=42×2.25V×6=567V，電壓均在設備允許范圍內。

   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為向變頻器至終止電壓的數值要滿足變頻器正常工作的比較低電壓值。將變頻器改成不間斷電源的可行性及應用

   仍以西門子產品為例，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比較小電壓值Ue(min)=459 V，尚能滿足變頻器工作要求。

    蓄電池組容量Q的確定

    電池組容量Q(A?h)取決于負載額定電源電流I及市電停電后負載由蓄電池供電延遲的時間T以及電池組放電后的終止電壓Uz?？筛鶕姵厣a廠家提供的電池放電曲線或放電表進行選擇計算。計算具體可根據經驗公式，以15 kW負載，停電維持時間l h為例，計算結果為：選50A.h電池42只。

    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，可對400A?h以下的電池組進行浮充充電。將電池組分成相等數量的若干組(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，使模塊結構簡單化從而降低成本。這種充電板也可并聯使用。

     整流二極管

     采用大功率整流器件二極管組成直流隔離開關，當市電正常時，二極管處于關斷狀態，切斷電池組與變頻器的通路，但缺點是電池組在浮充電時有可能因端電壓高與市電經整流后輸出的直流電壓引起放電而不能充滿。當市電停電時二級管瞬時導通，電池組瞬間放電，可以做到負載由市電供電和電池組供電的瞬時轉換，是在線式不間斷電源的關鍵環節。

   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電壓轉換成邏輯控制板所需的電壓+24 V，供數字面板表及及半導體節能燈人機接口單元用。河南廣潤自動化設備有限公司　網址：http://www.cntjjp.com.cn 鄭州變頻器維修中心 維修電話：0371- 56700815  15515598858

    數字面板表及及半導體節能燈人機接口單元

   用數字面板表及及半導體節能燈人機接口單元組成具有人機操作顯示界面的監控系統，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;運行參數顯示;電源工作狀態顯示;故障狀態報警以及通過RS485和上位機通訊實現四遙功能。

   電池平衡管理器及電池檢測系統

   因為不間斷電源用的電池較多，根據以往UPS多是電池故障而影響整個系統崩潰的教訓，在電池組增加了電池巡檢儀(本公司自己開發的)來檢測每節電池的電壓、內阻、放電電流及環境溫度，這類巡檢儀比較多能檢測128節電池。另外，為了保持充電及放電時每節電池的電壓保持一致,本公司自主研發了電池平衡管理器。這樣能保持充電放電時電池的一致性，可把落后的電池挑出來，及早發現問題。

   輸出隔離變壓器及LC濾波器

   因為變頻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。同時為了增加此不間斷電源的帶載能力和可靠性，避免趕擾負載，在變頻器的輸出端接一個△/Y隔離變壓器，其變比為 300：380，變比的選擇關系到輸出的穩壓精度(因電池放電時直流電壓逐漸下降至DC459V時，其變頻器輸出的實際電壓為AC 325V)，這是在線式不間斷電源的關鍵環節，但缺點是會使變頻器的功率變小。河南廣潤自動化設備有限公司　網址：http://www.cntjjp.com.cn 鄭州變頻器維修中心 維修電話：0371- 56700815  15515598858