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行業(yè)新聞

隔離變壓器在UPS中的設置
發(fā)布時(shí)間:2023-07-28 11:34
    摘要
    隔離變壓器在UPS中不作為標準配置產(chǎn)品,所以在UPS選購時(shí),須根據實(shí)際的需求額外提出。隔離變壓器的設置位置不同,起到的作用也會(huì )不同。
    關(guān)鍵詞不間斷電源隔離變壓器設置
    隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的項目中均涉及計算機網(wǎng)絡(luò )設備。計算機網(wǎng)絡(luò )設備要求高質(zhì)量的、不間斷的電源。UPS正是可以給負載提供不間斷、干凈、穩定、無(wú)頻率突變、抗干擾、全天候、高質(zhì)量、正弦波電源的設備。隨著(zhù)數字化技術(shù)的發(fā)展,新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)、新技術(shù)的應用,使得UPS的性能越來(lái)越完善。而隔離變壓器作為UPS的主要元器件之一,在UPS中的設置相對較為靈活,其在UPS中的不同位置起到的作用也將大為不同。
    1UPS系統結構
    UPS的中文意思是不間斷電源,主要由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)、手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)、隔離變壓器等組合構成,其構成原理如圖1所示。整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)、手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)在UPS中的位置相對固定,而隔離變壓器的位置設置會(huì )根據UPS的功能需求不同而不同。大部分UPS廠(chǎng)家將隔離變壓器的配置作為選配件。那么,在工程項目中該如何根據項目的需求來(lái)確定選配、設置隔離變壓器,筆者根據工程經(jīng)驗,總結隔離變壓器設置的位置及其作用,供同仁參考。
    2隔離變壓器位置的設置
    隔離變壓器的設置位置需要根據系統的功能需求確定,通??稍谝韵氯齻€(gè)位置設置:
    a.整流器輸人端設置隔離變壓器,見(jiàn)圖2;
    b.旁路輸人端設置隔離變壓器,見(jiàn)圖3;
    c.逆變器輸出端設置隔離變壓器,見(jiàn)圖4。
    3隔離變壓器設置的作用
    隔離變壓器在UPS中起到的主要作用可以歸納為:改變系統接地形式、提升輸出電壓、抑制共模電壓干擾、抑制對上游配電系統的3次諧波干擾。
    3.1改變系統接地形式
    采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS,由于采用的是全橋變換器,其經(jīng)過(guò)逆變器的輸出回路是不帶中性線(xiàn)的。一般來(lái)說(shuō),UPS的負載通常必須具有中性線(xiàn),因此,該UPS的輸出電壓不能直接接至負載,必須在UPS逆變器的輸出端增加中性線(xiàn)。通過(guò)在UPS逆變器的輸出端增加“三角-星”隔離變壓器,便可在輸出端增加中性線(xiàn),從而改變系統的接地形式。
    設置在逆變器輸出端的隔離變壓器同時(shí)還起到了逆變器與用電設備的電氣隔離的作用。
    3.2提升輸出電壓
    采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS,整流器將市電轉換為直流電源,400V直流電源經(jīng)PWM脈寬調制后,相電壓只有180V。因此,在逆變器的輸出端需設置變比為1:1.22的輸出隔離變壓器,以便將180V脈寬調制波提升到輸出相電壓幅值220V。
    3.3抑制共模電壓干擾
    在電氣設備的電源回路中,由于三相負荷的不平衡導致中性線(xiàn)和PE線(xiàn)間存在著(zhù)電位差,這是因中性線(xiàn)通過(guò)三相不平衡電流產(chǎn)生的電壓降而引起的。電子信息設備的信號電壓和邏輯電壓只有幾伏,如果此電壓降過(guò)大將使電子信息設備不能正常工作,此電壓降被稱(chēng)作共模電壓干擾。設置隔離變壓器將輸入電源與輸出電源電氣隔離,其二次繞組另起一電源系統給電子信息設備供電,則中性線(xiàn)與PE線(xiàn)間的電位差在此處又從0V開(kāi)始,共模電壓干擾可有效地降低。
    3.4抑制對上游配電系統的3次諧波干擾
    當用電負荷中熒光燈、節能燈、辦公設備等產(chǎn)生3次諧波的設備較多時(shí),采用三角-星接法的隔離變壓器,可抑制3次諧波對上游配電系統的影響。
    4隔離變壓器設置位置的探討
    從UPS的工作原理圖中可以看出,UPS的供電回路一般有整流、逆變及旁路回路。只有將UPS中的整流、逆變及旁路回路均進(jìn)行電氣隔離,才能完全做到UPS輸入與輸出的電氣隔離。
    4.1采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS
    采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS,由于其逆變輸出電源沒(méi)有中性線(xiàn),且其電壓不能達到正常供電的需求。因此,對于該類(lèi)型的UPS,為了增加中性線(xiàn)及提升輸出電壓,在逆變器的輸出端設置隔離變壓器是必須的。另外,還可在旁路輸入端設置隔離變壓器,以達到旁路回路電氣隔離的目的。其中,設置在逆變器輸出端的隔離變壓器的變比一般為1:1.22,且該變壓器必須緊跟著(zhù)逆變器設置。對于旁路輸入端設置的隔離變壓器,要做到靜態(tài)旁路及手動(dòng)旁路同時(shí)隔離,則需在其共同的輸入端設置隔離變壓器,該隔離變壓器的變比為1:1,見(jiàn)圖5。
    4.2采用IGBT整流、IGBT逆變方式的UPS
    由于可控硅整流是通過(guò)斬波的方式來(lái)實(shí)現的,也就是說(shuō),得到恒定的輸出電壓的代價(jià)就必定需要犧牲部分能量,并會(huì )產(chǎn)生諧波干擾。目前市場(chǎng)上通常使用的12脈沖整流裝置的UPS,其輸入功率因數最大約為95%,電流諧波輸入畸變率THD,值通常在10%~15%。隨著(zhù)IGBT技術(shù)的發(fā)展,IGBT技術(shù)也逐漸應用到整流器。IGBT整流利用高頻切換脈寬調制技術(shù)獲得穩定的直流電,因此可以得到較高的輸入功率因數(大于99%,接近于1),同時(shí)也最大限度地降低了電流諧波輸入畸變率THD,值(<5%)?;谏鲜鰞?yōu)點(diǎn),采用IGBT整流技術(shù)的UPS也越來(lái)越多地被應用。
    對于目前市場(chǎng)上推出的采用雙ICBT(即整流裝置及逆變裝置均采用ICBT元器件的設備)的高頻UPS,由于其已具有DC/DC升壓環(huán)節,其輸出側不再必須加裝升壓變壓器。又由于采用了雙IGBT的方式,所以逆變器輸出端已帶有中性線(xiàn),可以滿(mǎn)足對負載供電的要求。如此一來(lái),對于采用雙IGBT的高頻UPS配置隔離變壓器也就成了選配件。
    從消除共模干擾及濾除3n次諧波的作用考慮,對于采用雙IGBT的高頻UPS,通常在逆變器的輸出端及旁路的輸入端設置隔離變壓器。
    采用雙IGBT的高頻UPS,在逆變器及旁路的共同輸出端設置一個(gè)隔離變壓器(如圖6所示)。從理論上說(shuō),可以起到供電電網(wǎng)與用電設備的電氣隔離作用。但是,由于此時(shí)的隔離變壓器沒(méi)有被旁路,當該隔離變壓器出線(xiàn)故障或需維修時(shí),系統不得不斷電,因此降低了供電的可靠性。
    5總結
    雖然隔離變壓器在UPS的選購中是選配件,但其在UPS系統中起到了非常重要的作用,隨著(zhù)設置位置的不同,其功能也大不相同,見(jiàn)下表。(https://zhidao.baidu.com/question/499770461089021492.html?mid_exp=1)
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