")); 　刘凤君
　　
　　(中国航天二院,北京100039)
　　
　　摘要:介绍了一种新型高效低成本大功率高频UPS的基本工作原理与控制方法。

4 三相半桥式SPWM逆变器的工作原理与控制电路
　　
　　图1所示600kVA高频UPS用的三相半桥式SPWM逆变器如图6所示。

它同样是由三个单相半桥式SPWM逆变器组成的,逆变器的每一个桥臂与带中性点O″的直流电源组成一个单相半桥式逆变器。例如半桥式逆变器A是由带中性点O″的直流电源与A桥臂上的Sap'、Dap',San'、Dan'及交流滤波器LAf、CAf组成;半桥式逆变器B是由带中性点O″的直流电源与B桥臂上的Sbp'、Dbp',Sbn'、Dbn'及交流滤波器LBf、CBf组成;半桥式逆变器C是由带中性点O″的直流电源与C桥臂上的Scp'、Dcp',Scn'、Dcn'及交流滤波器LCf、CCf组成,由O″点引出作为三相交流电压的中性线,用A、B、C点与O″点之间的电压作为三相交流输出电压。
　　
　　三相半桥式SPWM逆变器与图2所示的三相SPWMPFC高频整流器的工作情况有很大的不同。三相SPWM高频整流器的三相输入是三相对称市电电源,所以它永远工作在三相对称状态,是三相三线输入,因此可以应用节能控制,而三相半桥式SPWM逆变器的输出是三相四线制,用户用的是三相相电压,根据用户使用情况的不同,并不能保证三相输出电压在整个工作过程中永远是对称的,因此不能采用节能控制法。这是因为节能控制法用的60°方脉冲波形是一组零序谐波,它在三相四线制输出中是不能消除的。
　　
　　逆变器的工作波形如图3所示，与此相对应的控制电路如图7所示，从三相半桥式SPWM逆变器的输出端检测到的相取样电压，例如uA等,与标准给定基准相电压uAr进行比较，将其差值送入电压调节器，而后再由电压调节器的输出信号通过调节三相正弦波发生器的电压幅值来对逆变器的输出电压进行SPWM调节。经过调节的三相正弦波发生器输出的三相正弦波调制电压uas、ubs、ucs与三角波发生器来的单极性载波三角波±ucc进行比较，在正弦波大于三角波部分得到如图3中upa、upb、upc所示的SPWM调制波形，将此波形中的正半周与负半周波形在正负脉冲形成器中用驱动变压器或光耦将其分开，就可以得到逆变器中六个开关管的驱动信号。SPWM调节是线性的，并可以保证使逆变器的输出电压达到±1%。
　　
　　逆变器输出相电压的双重傅里叶级数表示式为
　　
　　

中只存在有m+n=奇数的谐波,其中包括正序、逆序与零序谐波。当逆变器的开关频率fs≥15kHz时,逆变器输出相电压的THDI≤5%,满足各国电业部门对谐波的要求,并可以使输出交流低通滤波器LAf、CAf,LBf、CBf,LCf、CCf的参数值和体积重量减小。
　　
　　对于某些用户,当需要使负载与市电电源隔离时,可以将隔离变压器接成三相三线制输入,三相四线制输出,变比为1:1的Y/Y型变压器串接在三相半桥式SPWM逆变器与负载之间,构成有隔离变压器的高频UPS。隔离变压器在逆变器与负载之间的接法如图8所示。这种接法可以帮助逆变器实行节能控制。
　　
　　由式(3)可知:逆变器输出相电压uA中的基波工频电压分量、正序与逆序谐波分量可以流通，而零序谐波分量则因无通路而被消除，正序与逆序谐波可以在变压器次级被滤波器滤掉，只有基波工频分量加到了负载上，所以输出隔离变压器,除了具有隔离、变压的功能外，还有了滤波功能。
　　
　　逆变器采用隔离变压器输出的优点是:电压设计机动性强、负载与市电电源有隔离和输出电压中不含直流分量等,但也带来了一些缺点,如降低了效率、增大了体积和重量等，这些缺点可以用节能控制法和利用变压器漏感取代交流滤波电感来得到补偿。具有隔离变压器的三相半桥式SPWM逆变器的控制电路如图9所示，它是在图7所示控制电路上增加了一组60°方波脉冲发生器而构成的。
　　
　　5 结束语
　　
　　(1)输入整流器采用的三相三电平SPWMBoostPFC整流器,由于它是三相三线制输入,故采用了节能控制法,使它的开关损耗减少了,因此提高了UPS的效率。
　　
　　(2)由于采用的是三相三电平整流器,故可以用耐压600V的IGBT作开关管,这有利于提高整流器的开关速度、减小通态损耗,提高效率、降低造价,但三相半桥式逆变器仍然要用耐压1200V的IGBT做开关。
　　
　　(3)逆变器的输出方式有两种:一种是有隔离变压器,另一种是无隔离变压器。无隔离变压器的优点是体积小、重量轻、效率高、价格便宜,有隔离变压器的优点是电压设计机动性强,负载与市电电源隔离,输出相电压无直流成分。
　　
　　(4)三相半桥式SPWM逆变器为三相四线制输出,是不能用节能控制法的,因此在其相输出电压中含有零序电压分量。对于某些用户当需要使负载与市电隔离时,可以将输出隔离变压器接成三相三线制输入,三相四线制输出的Y/Y型变压器串接在三相半桥式逆变器与负载之间构成有隔离变压器UPS时，变压器可以帮助逆变器实现节能控制。此时有隔离变压器UPS的一些缺点如效率低、体积和重量大，可以用节能控制法和用变压器漏感取代交流滤波电感来补偿。这样在输出相电压中也就不再含直流分量和零序谐波了，使隔离变压器具有了隔离、变压和消除零序谐波的滤波功能。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]刘凤君,现代逆变技术及应用,电子工业出版社,2006年,北京
　　
　　[2]刘凤君,工频与高频三相绿色UPS电路,电子工业出版社,2011年,北京
　　
　　作者简介
　　
　　刘凤君,男,研究员,本刊特约评论员。从事电力电子技术研究50年,著书12本,发表文章360余篇。

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