1 UPS電路技術的發展歷程

　　最初的UPS中的逆變器都是帶有輸出變壓器的。應該說,采用輸出變壓器是UPS逆變器輸出電路形式所決定的,而變壓器的存在卻是弊大于利。逆變器電路技術演變過程的一個顯著的表現形式是:是否必須用輸出變壓器?如何配置輸出變壓器?是否可能去掉輸出變壓器?

　　上世紀70年代生產的第一代三相UPS的典型電路結構形式如圖1所示。圖中所示的UPS包括一個由降壓式自耦變壓器繞組供電的二極管全波整流器和一個與整流器相并聯、由自耦變壓器的輔助二次側繞組供電的晶閘管電池充電器。當電網停電時靜態開關可將電池組連接到直流母線上供電。

　　逆變器由4個三相逆變器以全波方式運行(按照基波頻率進行換向),每一個三相逆變器都與變壓器的一次側繞組相連接(三角形連接),再把這些二次側繞組開放式變壓器(Open Phase Transformers) 的二次側以一定方式進行連接,以獲得合成的輸出電壓。這4個變壓器被分為兩組,每一組都包含一個星形和一個Z形(曲折星形)的二次側繞組,這兩個二次側繞組之間具有30°相位差。這一特殊的連接可消除n=6k±1(k為奇數)次的電壓諧波,這等效于12脈波整流器中的兩個移相式繞組在變壓器一次側中可抵消5、7次諧波。對于在變壓器一次側繞組中每相可能出現的3次和3n次電流諧波,由一次側繞組的三角形接線方式來抵消,因此,輸出端首先需要濾除的諧波為第11次諧波。輸出電壓的調整是通過移動兩組變壓器之間的相位(0<φ<180°)來完成的。由于首先需要濾除的是第11次諧波,所以輸出濾波器的尺寸較小,這使得逆變器對負載變化的動態響應特性加快。

　　以晶閘管為基本功率器件的電路存在著換相安全和功率損耗的問題,為減少電路的能量損失和改善控制功能,下一代UPS開始使用一種新的脈沖電路,每個晶閘管都有其相應的滅弧電路。整個設備僅需兩個變壓器,如圖2所示。為消除n=6k±1(k為奇數)次的諧波,只需要一組相位相差30°的逆變器,而這30°的相移是預先設置好的,并在每臺變壓器一次側以“脈沖寬度調節”的方式(PWM)來實現對電壓的調整。為達到預期的輸出電壓,可以將上述換向電路應用于每周期6次固定換向的基本脈寬調制(PWM)電路。