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智能一体化电源的组成和工作原理分析

新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830000

摘要:智能一体化电源是一种综合不间断供电系统,它主要由隔离单元、稳压单元、UPS单元、蓄电池组、输出馈电单元等组成。本文主要对智能一体化电源的组成和工作原理进行分析。

关键词:隔离变压器、可控硅、稳压、光耦合器、UPS、逆变、工频机型UPS、高频机型UPS、IGBT、可控硅、蓄电池。

智能一体化电源是一种综合不间断供电系统,这一系统主要由以下部分组成:隔离单元、稳压单元、UPS单元、蓄电池组、输出馈线单元等部分组成。设备组成框图如下:

智能一体化电源在设备组成元器件上使用了SCR、IGBT模块、双DSP数字控制与变压器、开关元器件。

一、隔离单元主要由隔离变压器,避雷器、ATS切换开关组成。组成原理图如下:

隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1:1的变压器(但不全是)。

为避免这种干扰,隔离变压器的原、副绕组一般分置于不同的心柱上,以减小两者之间的电容;也有采用原、副绕组同心放置的,但在绕组之间加置静电屏蔽,以获得高的抗干扰性。

二、稳压单元主要由无触点交流稳压电路、控制系统组成。稳压单元能够进一步扩大智能一体化电源系统的稳压范围。这里的无触点交流稳压电路使用双向可控硅稳压电路来完成,控制系统使用光耦合器驱动技术来控制双向可控硅进行稳压工作。

双向可控硅的工作原理和结构图如下:

双向可控硅是晶闸管的一个子集(类似于继电器,因为很小的电压和电流可以控制更大的电压和电流)并且与可控硅整流器(SCR)相关。双向可控硅与SCR的不同之处在于它允许两个方向的电流流动,而SCR只能在一个方向上传导电流。

可控硅稳压电路原理可以简单描述为下图:

这一电路的工作过程为,当市电电压小于220V时,双向可控硅SCR2控制极上的电压也随电网电压减小而降低,致使双向触发二极管VD2导通角变小,C1两端电压上升,从而使双向可控硅SCR1控制极电压升高,使输出电压上升。反之,输出电压下降,达到稳压的目的。

稳压单元的整体原理框图如下:

稳压单元与UPS都有稳压的作用,两者配合起来能够适应电压波动范围很大的电网,以应对较为恶劣的供电环境。

三、UPS意为不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压不间断电源。

(一)UPS的组成:

1、整流充电器。整流充电器可以把交流电能变为直流电能,为逆变器和蓄电池提供能量。整流器主要使用SCR晶闸管和IGBT绝缘栅双极型晶体管。

2、逆变器。逆变器用以把市电整流后的直流电能或蓄电池的直流电能转换为电压和频率都比较稳定的交流电能。

3、旁路开关。旁路开关分为静态开关和动态开关。静态开关由晶闸管开关器件构成。动态开关就是普通断路器。

4、蓄电池。蓄电池用以为UPS提供后备时间的电能输出,是一种化学能和电能相互转换的器件。

UPS的组成框图如下:

(二)这里所介绍的智能一体化电源UPS单元采用高频模块化设计,每个功率模块容量是20KVA。这里简要介绍一下工频机和高频机的区别。

1、工频机型UPS是以模拟电路原理设计,由晶闸管整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为50Hz,所以称为工频机型UPS。

2、高频机型UPS通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成,IGBT整流器开关频率通常在几千赫至几十千赫,远高于50Hz,所以称为高频机型UPS。

工频机和高频机的区别在于:

1、工频机用晶闸管整流,高频机用IGBT整流,工频机有输出隔离变压器,高频机没有。

2、工频机比高频机体积和重量都大得多。

3、高频机效率高于工频机。

4、在技术上,高频机采用全数字技术,工频机一般使用模拟和数字相结合的技术。

正是由于以上区别,高频机型UPS是UPS技术发展的趋势。高频机能够采用模块化设计,能够热插拔,配置更为灵活,为维护也提供了更多便利。

结论:以上就是对智能一体化电源组成和工作原理的分析,可以看出,智能一体化电源能够工作于电网电压波动较大的供电环境,采用了较为先进的高频机型UPS技术,能够适应设备工作和维护的需要。

参考文献:

[1]王建辉现代电源技术[M]西安:西安电子科技大学出版社2014:74-78

???[2]周志敏纪爱华UPS供电系统设计与工程应用实例[M]北京:中国电力出版社2011:2-4

[3]王其英高频机型UPS技术及应用[M]北京:中国电力出版社2010:14-17

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