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UPS电源整流器的工作原理
发布时间:2017-02-15        浏览次数:22        返回列表
现代的整流充电器分降压型和升压型两种,降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况,而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。
  一、 输入配电系统
  在数据中心的UPS供电系统中,输入电路一个最重要的指标就是输入功率因数。输入功率因数低会造成成下面的不利影响:
  (1) 导致输入供电线路上各环节的早期老画
  输入功率因数低的原因是输入谐波电流成分含量大,谐波电流经过输入电缆时,使电缆产生附加发热量,导致电缆外皮材料长期发热、变软、变脆、变酥、变碎;谐波电流经过输入断路器(开关)时,开关出点由于长期发热而导致接触不良,一个正反馈的效应是开关过早时效;谐波电流经过输入保险丝时,由于长期的附加发热而导致熔丝变软、下垂(使整个保险丝粗细变得不均与)、自然断裂而引起断电。
  (2) 不能充分利用输入功率
  由于输入功率中含有大量的无功分量,有功功率被吸收,无功功率在电缆中往复流动,使正常的有效电流通道变窄,由于线路的“拥挤”而使单位截面积伤的电流密度加大,功耗加大。根据欧姆定律。导线上的功耗P为
  P=I2R
  由上式可以看出,线路上的功耗和电流I的平方值成正比,与导线的电阻R成正比,而发热量又是功耗P和时间T的函数,即
  Q=0.24Pt
  这样一个长期效应造成了电力的浪费。
  (3) 对供电电网产生干扰
  输入电路是可控硅(闸流管)整流器时,由于可控硅的开启往往伴随着高压电和大电流,不但破坏了输入电压波形,而且还形成很强的传到干扰和辐射干扰,应系那个了同一线路上其他用电设备的正常运行。
       (4) 使前置发电机的装机功率成几倍增大
  输入功率因数低(一般未经补偿的值为功率用单相二极管整流器的0.6,较大功率用三相可控硅全波整流——6脉冲整流的0.8),可导致前置发电机的装机功率至少3倍于UPS的额定功率。
  二、工频整流器与高频整流器
  由前面的讨论可以看出,UPS输入功率因数低的主要原因在于输入部分的电路结构和工作方式。现代的整流充电器分降压型和升压型两种,降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况,而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。
  1. 工频降压整流器
  降压整流器有工频和高频之分,而工频又有稳压和不稳压之分。下面以UPS中应用最广的稳压工频电路为例进行讨论。一般采用三相整流,是因为三相整流的脉动系数和纹波系数都低。一个三相可控硅全桥整流电路中用了6只可控硅整流器,需要6个脉冲进行分别控制,也俗称其为6脉冲整流。三相全桥整流电路是按线电压工作的,在市电为额定值380V/220V时的最高整数流出电压可达到
       UDC=380V×√2=537V
  一般电池组额定电压为12V×32只=384V的浮充电压(约438V)已足够了。由于这种电路是按照市电的频率(所谓工频)节奏而工作的,成为工频整流器。由于可控硅的电流容量和耐压都可以做的很高,因此它在中大功率传统双变换UPS中得到了广泛的应用。又由于这种电路整流器件的开启(相位)是可控的,因此它就具有了输出稳压的功能。但这个输出稳压的功能不能作为输入市电大范围变化的根据,原因是可控硅存在着在一定条件下失控的隐患。
  例如,一个电池组额定电压为384V,在正常情况下的浮充电压低于440V,如果认为及时是电线电压额定值Un上升到135%Un时也可保证整流电压低于450V,就可把这时的输入电压(135%Un)作为改UPS的优点提供给用户,就会给用户的使用埋下隐患。当然,按照相控原理,即使输入市电电压上升到150%Un,在正常情况下也可使电池浮充电压稳定在440V以下,但万一在135%Un时可控硅失控,这时可控硅整流器就变成了普通二极管整流器,此时的输出整流电压UDC就变成了
  UDC=380V×1.35×√2=725V
  这时就出现了两个危险情况:一种情况是,整流器后面的滤波电容是否可耐此高压,否则必炸无疑;另一种情况是,原来12V一节的电池,现在变为每节电压UB=725/32=2.6V,这就意味着电池也因此而报废!甚至还会带来其他的危险,如因电池炸裂而喷出的硫酸伤人和伤物。
  另一方面,由于6脉冲整流电路的工作是脉冲式的,对市电输入电压博兴的破坏作用非常显著,使输入电流谐波成分达到30%以上,输入功率因数仅为0.8左右,为了实现“绿色”电源的目标,还必须进行功率因数校正。
  采用普通二极管的整流器就不具备稳压功能,它一般用于小功率UPS电路中,充电器另外设置。
2. 高频降压整流器
  在一般小功率UPS电源中,为了简化电路的复杂程度而采用了二极管整流器,但二极管整流器无稳压功能,为了滤波电容和逆变器的安全,有的采用了BUCK型高频降压整流器。
  BUCK(降压)型高频降压整流器工作原理:
  控制信号以高频脉冲(一般式20kHz的固定脉冲宽度)
加到开关功率管的控制极,当一个控制脉冲到来时,VT打开,电流由整流器二极管经VT流向负载和滤波电容,这是电感L储能;控制信号结束后,VT截至,电感L产生的反电势继续维持原来的电流流向将村能释放,其路径是:Lb→C、R→VD→La,使输入形成连续的电流。电感上的能量释放完或达到一定程度后,功率管又被下一个触发脉冲打开,再重复上面的过程。这个电路的有点是简单,送到负载的电流是连续的,但输入电流仍然是脉动的。
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