先控UPS实例分析及其维护(上)

　　本 刊 编 辑 部 张乃国(改编)

　　先控UPS是意大利NUOV SICON公司于上世纪90年代初推出的机型。它主要包括ST和SM两个系列,SM为“三进单出”型UPS,容量为5～20kVA,ST为“三进三出”型UPS,容量为10～200kVA。该两系列机型是智能化UPS,它采用了IGBT高频逆变技术,控制部分采用了微处理器并行技术。

　　1 概述

　　1.1 UPS电路结构

　　ST和SM两个系列结构基本相同,它们之间的部分电路板可以互用。下面以SM系列10kVA机型为例进行分析,电路结构如图1所示。

　　图中三相电源端子L1、L2、L3为UPS输入电源1,电抗器L1对输入电源1的高次谐波进行滤波,经整流器单元U1整流后为逆变器和蓄电池提供能量。L11、N1为UPS输入电源2,作为UPS的紧急旁路电源和维修旁路电源。当UPS正常工作时,输出联动开关S2处于1位置时,绝对不允许S2放置2的位置,否则会严重损坏UPS逆变器。

　　SM系列UPS的整流器单元采用三相全桥可控整流技术，整流器件选用德国西门康公司生产的双晶闸管模块。逆变器功率器件采用两单元的IBGT功率模块。整流/充电器功率模块、逆变器功率模块、整流/充电器微处理器控制板、逆变器微处理控制板、系统接口板、整流器晶闸管驱动板、晶闸管RC板、逆变器驱动板、基础电源板、输入电压电流取样板，共同组成完整的UPS供电系统。

　　当用户为两路供电时,一路三相电源接在UPS输入电源1,另一路单相电源接在UPS输入电源2。合上输入开关S1后,电源板开始工作,并为整个系统提供工作电源。UPS控制板得到工作电源后,整流器、静态旁路和逆变器单元开始工作。静态旁路单元工作后,风扇M1、M2、M3也开始工作,保证功率管工作时散热,电源2通过静态旁路为负载(U/N)供电。当控制单元检测到逆变器输出电源符合从静态旁路输出转为逆变器输出转换条件时,控制单元发出逆变器输出静态开关信号,逆变器输出电源与旁路输出电源重叠为负载供电,在负载换流稳定后,控制单元封锁静态旁路开关,切换为逆变器稳定输出。

　　当用户为一路供电时,电源2的L11、N1可从电源1取得,工作过程与两路供电时相同。

　　1.2 控制电路板的连接方式

　　各电路板之间的连接关系如图2所示,它们的主要功能如下。

　　(1)基础电源板A5:电源板A5为双电源供电,一路取自UPS输入;另一路取自直流母线。电源板分五路直流输出和两路反馈信号,五路直流输出电源分别为:一路+15V做为外部接口板工作电源;二路/三路±15V通过CN5为UPS其它电路板提供工作电源;四/五路±12V做为电源板自身正常启动后的工作电源。两个反馈信号通过CN7送到接口板,一是直流母线上最大电压阈值信号,二是直流母线电压反馈信号。

　　(2)信号采样电路板A6主要采集:UPS输入电源1的三相电压信号、输出开关维修旁路切换信号、输出保险信号、蓄电池开关(保险)信号。

　　(3)信号采样电路板A8主要采集:逆变器输出电压信号、UPS输出电压信号、静态旁路电压信号、整流器输出电流信号、蓄电池充/放电电流信号、逆变器输出电流信号。

　　(4)接口板A7主要功能包括:

　　·采样、反馈及开关量等信号的调制;

　　·逆变器SPWM信号的调制;

　　·整流器(SCR)驱动信号的调制。

　　(5)静态开关(BYPASS)单元包括:

　　·SCR功率模块为UPS逆变器输出与旁路电源2之间进行不间断切换;

　　·SCR缓冲电路板为抑制静态开关SCR两端的电压、电流变化率,保护SCR功率管;

　　·SCR驱动放大电路板,将静态开关SCR的驱动信号进行隔离和放大。

　　(6)整流器单元:

　　·整流器(SCR)功率模块将UPS输入交流整流成直流;

　　·SCR驱动放大电路板将整流器SCR的驱动信号进行隔离和放大;

　　·SCR缓冲电路板抑制整流器SCR两端的电压、电流变化率,保护SCR功率管。

　　(7)逆变器单元:

　　·逆变器功率模块将直流逆变成高质量的交流输出;

　　·IGBT驱动放大电源电路为驱动放大电路提供工作电源;

　　·IGBT驱动放大电路板将逆变器驱动信号进行光电隔离和放大。

　　(8)微处理器控制板:

　　·整流器微处理板对整流模块进行控制;

　　·逆变器微处理板对逆变模块进行控制;

　　·主控板对整个系统进行协调并实现显示及键盘控制。

　　2 基础电源板(A5)

　　2.1 基础电源功率主电路

　　基础电源工作电路,如图3所示。

　　(1)基础电源板双电源输入电路

　　FS4、FS3取自直流母线电压。UPS正常工作时,直流母线电压(324V)为基础电源板提供电源输入。FS1、FS2取自变压器TR2(见图1)的次级电压,变压器TR2的初级电压来自UPS输入电源1中的L1、L2线电压。变压器TR2次级电压约为200V,经二极管D14、D15、D16、D17全波整流后得到约为260V直流电压。图中二极管D13、D12对两路输入电源起到隔离作用,热敏电阻RT2、RT1在电路启动时,对后级电路起到缓冲作用。在UPS输入开关S1(见图1)合上后,整流器输出的直流母线电压缓慢上升,此时基础电源板上的输入电源由FS1、FS2提供;当整流器输出直流母线电压大于FS1、FS2经整流后的电压时,基础电源板的输入电源由直流母线提供。这样就可以避免由于输入电源1的波动对基础电源电路的影响。同时,在输入电源1突然断电后,基础电源板还能继续工作。（游米儿）