專(zhuān)利名稱(chēng)：用于限制在不間斷電源中的損耗的系統(tǒng)和方法
用于限制在不間斷電源中的損耗的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式大體上涉及用于將不間斷的調(diào)節(jié)的功率提供到臨界和/或敏感負(fù)載的方法和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式涉及歸因于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的在不間斷電源中的損耗的減少。2.相關(guān)技術(shù)的討論將功率提供到臨界負(fù)載的不間斷電源系統(tǒng)(UPS)的使用是已知的。已知的不間斷電源系統(tǒng)包括在線(xiàn)UPS、離線(xiàn)UPS、線(xiàn)路互動(dòng)式UPS以及其它。在線(xiàn)UPS在AC功率的主電源中斷時(shí)提供經(jīng)調(diào)節(jié)的AC功率以及備用AC功率。離線(xiàn)UPS —般不提供輸入AC功率的調(diào)節(jié)， 但在主AC電源中斷時(shí)提供備用AC功率。線(xiàn)路互動(dòng)式UPS類(lèi)似于離線(xiàn)和在線(xiàn)UPS之處在于在停電發(fā)生時(shí)，它們?nèi)匀磺袚Q到電池功率；然而，在電力線(xiàn)下跌或增大發(fā)生時(shí)，至少一種類(lèi)型的線(xiàn)路互動(dòng)式UPS啟動(dòng)抽頭開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路以使輸出電壓在不消耗電池功率的情況下持續(xù)地穩(wěn)定。這允許連接到UPS的設(shè)備在不消耗電池的情況下通過(guò)擴(kuò)大的電力線(xiàn)下跌或增大繼續(xù)操作。抽頭開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路通常包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器。
發(fā)明概要在本發(fā)明的實(shí)施方式中，與在UPS中的AVR變壓器的能量損耗相關(guān)的問(wèn)題通過(guò)在 AVR不執(zhí)行調(diào)節(jié)功能時(shí)使變壓器的磁芯斷電并防止歸因于AVR變壓器的損耗來(lái)減少。在一方面，本發(fā)明以不間斷電源(UPQ為特征。UPS可包括接收輸入功率的具有輸入電壓的輸入、提供輸出功率的輸出、中性線(xiàn)、以及耦合到UPS的輸入和輸出的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器，AVR變壓器具有輸入、輸出、磁芯以及可控制地耦合到磁芯、輸入和輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)。UPS還包括配置成將AVR變壓器的磁芯選擇性地耦合到中性線(xiàn)的旁路開(kāi)關(guān)以及配置成控制AVR變壓器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)的控制器，其中，在第一操作模式中，控制器被配置成控制旁路開(kāi)關(guān)以使AVR變壓器的磁芯與中性線(xiàn)隔離，在第二操作模式中，控制器被配置成將AVR變壓器的磁芯耦合到中性線(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第一操作模式中，控制器還被配置成以提供等于AVR變壓器的輸入電壓的AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將AVR變壓器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯以及耦合到AVR變壓器的輸入和AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，UPS還包括DC電壓源和耦合到DC電壓源的逆變器，其中逆變器被耦合到AVR變壓器的輸入并被配置成將經(jīng)調(diào)節(jié)的AC功率提供到AVR變壓器。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，DC電壓源包括電池。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第二操作模式中，控制器被配置成以提供比AVR 變壓器的輸入電壓大第一比率的AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將AVR變壓器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯以及耦合到AVR變壓器的輸入和AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第三操作模式中，控制器被配置成控制旁路開(kāi)關(guān)以將AVR變壓器的磁芯耦合到中性線(xiàn)，以及其中控制器還被配置成以提供比AVR變壓器的輸入電壓大第二比率的AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將AVR變壓器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯以及耦合到AVR變壓器的輸入和AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)，第二比率大于第一比率。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，第二比率可為第一比率的兩倍。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第四操作模式中，控制器被配置成控制旁路開(kāi)關(guān)以將AVR變壓器的磁芯耦合到中性線(xiàn)，以及其中控制器還被配置成以提供比AVR變壓器的輸入電壓小第三比率的AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將AVR變壓器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯以及耦合到AVR變壓器的輸入和AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，第三比率可為1.15 1。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，旁路開(kāi)關(guān)為電磁開(kāi)關(guān)。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，電磁開(kāi)關(guān)為繼電器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，繼電器為單刀雙擲繼電器或單刀單擲繼電器。在另一方面，本發(fā)明以在不間斷電源(UPS)中提供穩(wěn)定的功率的方法為特征，該不間斷電源具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器、接收輸入功率的具有輸入電壓的輸入、提供輸出功率的具有輸出電壓的輸出、以及中性線(xiàn)，AVR變壓器具有輸入、輸出以及選擇性地耦合到中性線(xiàn)的磁芯，該方法包括確定到UPS的輸入電壓是否在規(guī)定的容限內(nèi)，如果到UPS 的輸入電壓滿(mǎn)足第一條件，則使AVR變壓器的磁芯與中性線(xiàn)隔離，以及如果UPS的輸入電壓滿(mǎn)足第二條件，則將AVR變壓器的磁芯耦合到中性線(xiàn)。根據(jù)該方法的一個(gè)或多個(gè)方面，該方法還包括下列行為如果UPS的輸入電壓小于規(guī)定的容限，則配置AVR變壓器以增加UPS的輸出電壓，以及如果UPS的輸入電壓大于規(guī)定的容限，則配置AVR變壓器以減小UPS的輸出電壓。根據(jù)方法的一個(gè)或多個(gè)方面，隔離的行為包括使AVR變壓器的磁芯從中性線(xiàn)去耦的行為。根據(jù)方法的一個(gè)或多個(gè)方面，該方法還包括可控制地耦合到磁芯、AVR變壓器的輸入和AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以及配置成將AVR變壓器的磁芯選擇性地耦合到中性線(xiàn)的旁路開(kāi)關(guān)，其中隔離的行為還包括將至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯以及在一個(gè)半周期之后控制旁路開(kāi)關(guān)以使磁芯從中性線(xiàn)去耦的行為，其中將磁芯耦合到中性線(xiàn)的行為還包括控制旁路開(kāi)關(guān)以將磁芯耦合到中性線(xiàn)以及一個(gè)半周期之后將至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到磁芯的行為。在另一方面，本發(fā)明以UPS為特征。UPS具有接收輸入功率的具有輸入電壓的輸入、提供輸出功率的具有輸出電壓的輸出、中性線(xiàn)、以及耦合到UPS的輸入和輸出并具有輸入、輸出、磁芯以及可控制地耦合到磁芯、輸入以及輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的AVR 變壓器。UPS還包括在輸入電壓實(shí)質(zhì)上等于規(guī)定的輸出電壓時(shí)用于使AVR變壓器的磁芯從中性線(xiàn)隔離的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第一操作模式中，至少一個(gè)開(kāi)關(guān)被選擇性地以提供等于AVR變壓器的輸入電壓的AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)耦合到磁芯。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，UPS還包括耦合到逆變器的DC電壓源，以及其中逆變器被耦合到AVR變壓器并被配置成將經(jīng)調(diào)節(jié)的AC功率提供到AVR變壓器。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，DC電壓源包括電池。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第二操作模式中，AVR變壓器的磁芯被耦合到中性線(xiàn)，以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致AVR變壓器的輸出電壓比AVR變壓器的輸入電壓大第一比率的配置而被選擇性地耦合到磁芯。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第三操作模式中，AVR變壓器的磁芯被耦合到中性線(xiàn)，以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致AVR變壓器的輸出電壓比AVR變壓器的輸入電壓大第二比率的配置來(lái)被選擇地耦合到磁芯，第二比率大于第一比率。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，第二比率為第一比率的兩倍。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，在第四操作模式中，AVR變壓器的磁芯被耦合到中性線(xiàn)，以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致AVR變壓器的輸出電壓比AVR變壓器的輸入電壓小的配置來(lái)被選擇地耦合到磁芯。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖沒(méi)有被規(guī)定為按比例繪制，在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同的或幾乎相同的組件由相似的數(shù)字表示。為清楚起見(jiàn)，不是每個(gè)組件都可被標(biāo)注在每個(gè)附圖中。在附圖中

圖1為包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的線(xiàn)路互動(dòng)式不間斷電源的方框圖。圖2為依照本發(fā)明的包括在UPS中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。圖3為依照本發(fā)明的在逆變器模式中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。圖4為依照本發(fā)明的在穿過(guò)模式中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。圖5為依照本發(fā)明的在升壓模式中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。圖6為依照本發(fā)明的在雙倍升壓模式中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。圖7為依照本發(fā)明的在微調(diào)模式中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖。詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式不限于在以下的描述中提到的或在附圖中示出的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和組件的布置。本發(fā)明的實(shí)施方式能夠以各種方式實(shí)踐或執(zhí)行。此外，在此處使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，而不應(yīng)該被視為限制性的?！鞍?including)”、“包括 (comprising)”、或“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“涉及(involving) ” 及其變形的使用在此處意味著包含其后列出的項(xiàng)目及其等效形式以及附加的項(xiàng)目。利用AVR變壓器來(lái)穩(wěn)定在UPS的輸出處的電壓的缺點(diǎn)是，即使在不調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)，AVR變壓器也消耗能量，這導(dǎo)致在變壓器中的能量損耗。在本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式中，與在UPS中的AVR變壓器能量損耗相關(guān)的問(wèn)題通過(guò)在AVR不調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)使變壓器的磁芯斷電并防止歸因于AVR變壓器的損耗來(lái)消除?，F(xiàn)在將參考圖1來(lái)描述依照本發(fā)明的不間斷電源的一種實(shí)施方式，其示出了用于將AC功率提供到負(fù)載的線(xiàn)路互動(dòng)式不間斷電源(UPS) 10的方框圖。UPS包括從AC電源接收AC功率的輸入12、將AC功率提供到至少一個(gè)受控插座13的輸出14、耦合到DC到DC轉(zhuǎn)換器15的DC電壓源11、操作地耦合到DC到DC轉(zhuǎn)換器15以接收DC功率并提供AC功率的逆變器18、選擇性地耦合到UPS輸入12和逆變器18的轉(zhuǎn)換繼電器16、UPS控制器17、用于與外部設(shè)備通信的外部通信控制電路19、EMI/浪涌濾波器21、以及耦合到旁路繼電器34、 轉(zhuǎn)換繼電器16和至少一個(gè)AVR繼電器43的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器20。DC電壓源11 包括電池22、至少一個(gè)備用電池組23、電池充電器25以及邏輯電源35。UPS控制器17被耦合到電流感測(cè)電路37、電壓感測(cè)電路39、線(xiàn)路感測(cè)電路41、開(kāi)關(guān)繼電器控制器45以及至少一個(gè)可控繼電器47。
參照?qǐng)D2，其示出了自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)變壓器的原理圖，AVR變壓器20包括輸入對(duì)、輸出30、包含頂部49、中部51和底部53的磁芯32、選擇性地耦合在輸入M和磁芯32的頂部49或耦合到磁芯32的底部53的第一抽頭27之間的第一 AVR繼電器沈、選擇性地耦合在輸出30和磁芯32的頂部49或耦合到磁芯32的中部51的第二抽頭四之間的第二 AVR 繼電器28、以及用于使AVR變壓器磁芯32從中性線(xiàn)36去耦的旁路繼電器34。第一 AVR繼電器沈、第二 AVR繼電器觀(guān)以及旁路繼電器34可為單刀雙擲(SPDT)繼電器。旁路繼電器34也可為單刀單擲(SPST)繼電器。金屬氧化物變阻器也可在旁路繼電器34被斷開(kāi)時(shí)耦合在旁路繼電器34兩端以吸收能量?，F(xiàn)在將參考圖1至7來(lái)描述UPS 10的操作。參考圖1至2，UPS控制器17通過(guò)讀取電壓感測(cè)電路39、電流感測(cè)電路37和線(xiàn)路感測(cè)電路41的輸出來(lái)監(jiān)控UPS 10的狀態(tài)。在監(jiān)控輸出時(shí)，UPS控制器可確定到UPSlO的輸入電壓是否在正常或非正常狀況中。如果在 UPS 10的輸入12處的輸入電壓處于斷電、下跌或者增大狀況中，則輸入電壓在非正常狀況中。不考慮輸入電壓，UPS控制器17操作UPS 10和AVR變壓器20，使得在輸出30處的電壓在預(yù)定值內(nèi)，也就是，標(biāo)稱(chēng)值加上或者減去一個(gè)給定的閾值。比如，參考圖1和3，如果在UPS 10的輸入12處的輸入電壓出現(xiàn)故障(斷電)， UPS控制器17啟動(dòng)轉(zhuǎn)換繼電器16來(lái)將AVR變壓器20耦合到逆變器18以接收來(lái)自DC電壓源11而不是輸入12的電壓。來(lái)自DC電壓源11的DC功率由DC到DC轉(zhuǎn)換器15調(diào)節(jié)，這由UPS控制器17控制。來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器15的經(jīng)調(diào)整的DC功率由逆變器18轉(zhuǎn)換為AC 功率并輸出到轉(zhuǎn)換繼電器16以及AVR變壓器20。參考圖3，其示出了在逆變器模式下的操作，UPS控制器17將AVR繼電器沈、觀(guān)調(diào)整到逆變器模式，在該模式下AVR變壓器20不需要執(zhí)行輸出電壓調(diào)節(jié)功能。AVR變壓器不需要執(zhí)行輸出電壓調(diào)節(jié)功能，因?yàn)閬?lái)自DC電壓源 11的DC電壓已經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器15和DC/AC轉(zhuǎn)換器18調(diào)節(jié)。在穿過(guò)模式中，第一 AVR繼電器26被設(shè)置在第二位置48，以及第二 AVR繼電器28設(shè)置在第二位置44，AVR繼電器26、 28都耦合到磁芯32的頂部49，以使抽頭27J9被斷電以及在AVR變壓器20的輸出30處的電壓與在AVR變壓器20的輸入M處的電壓相等。此外，在逆變器模式下，旁路繼電器34 被斷開(kāi)以使AVR變壓器的磁芯32從中性線(xiàn)36去耦以消除由于AVR變壓器20產(chǎn)生的任何潛在的損耗。UPS控制器也通過(guò)開(kāi)關(guān)繼電器控制器45操作一組可控制的繼電器47，開(kāi)關(guān)繼電器控制器45確定哪個(gè)受控插座13將被連接到輸出14。在另一例子中，參考圖1和4，如果在UPS 10的輸入12處的輸入電壓在正常電平以及AVR變壓器調(diào)節(jié)是不需要的，轉(zhuǎn)換繼電器16將AVR變壓器20耦合到UPS 10的輸入， 以及UPS控制器17將AVR繼電器沈、觀(guān)調(diào)整到穿過(guò)模式，在該模式下AVR變壓器20不需要執(zhí)行輸出電壓調(diào)節(jié)功能。在穿過(guò)模式下，第一 AVR繼電器沈被設(shè)置在第二位置48以及第二 AVR 28被設(shè)置在第二位置44，AVR繼電器沈、觀(guān)耦合到磁芯32的頂部49，以使抽頭 27J9被斷電以及在AVR變壓器20的輸出30處的電壓等于在AVR變壓器20的輸入對(duì)處的電壓。此外，在穿過(guò)模式下，旁路繼電器34被斷開(kāi)來(lái)使AVR變壓器的磁芯32從中性線(xiàn)36 去耦以消除由于AVR變壓器20產(chǎn)生的任何潛在的損耗。如果輸入電壓處于下跌或增大狀況中，轉(zhuǎn)換繼電器16將AVR變壓器20耦合到UPS 10的輸入，以及UPS控制器17調(diào)整AVR繼電器沈、28，從而啟動(dòng)或停用相應(yīng)的抽頭27、29 以在AVR變壓器的輸出30處提供穩(wěn)定的電壓。
例如，參考圖5，如果UPS 10的輸入12處的輸入電壓在下跌狀況中以及輸出電壓需要被增加，UPS控制器17將AVR繼電器沈、觀(guān)調(diào)整到升壓模式。在升壓模式下，AVR變壓器20的第一 AVR繼電器沈被設(shè)置在耦合到磁芯32的底部53的第一位置38，以使第一抽頭27被通電，以及AVR變壓器20的第二 AVR繼電器28被設(shè)置在耦合到磁芯32的中部51 的第一位置40，以使第二抽頭四被通電，允許AVR變壓器42的輸入M處的電流42從磁芯32的底部53沿著第一方向流到磁芯的中部51，導(dǎo)致在AVR變壓器20的輸出30處的電壓大于在AVR變壓器20的輸入M處的電壓。由于AVR變壓器20產(chǎn)生的在輸出30和輸入 M之間的電壓的增長(zhǎng)直接與AVR變壓器20的磁芯32的匝數(shù)比相關(guān)，該匝數(shù)比根據(jù)磁芯32 在哪里被分接而變化(由第一和第二 AVR繼電器沈、觀(guān)和AVR變壓器20的相應(yīng)抽頭27、29 確定)。例如，在升壓模式下，在AVR變壓器的輸出處的電壓可相對(duì)于在AVR變壓器的輸入的電壓增加了第一比率。第一比率可為1 1.15。參考圖6，如果輸出電壓需要增加更大的比率，可被放置在第二位置44的AVR變壓器20的第二 AVR繼電器28耦合到磁芯32的頂部49，以使第二抽頭四被斷電，允許電流 46穿過(guò)磁芯32的較大的部分從底部53沿著第一方向流到頂部49，實(shí)際上增加AVR變壓器的匝數(shù)比，以及導(dǎo)致在輸出30處的更大的電壓。例如，在升壓模式下，在AVR變壓器的輸出處的電壓可增加大于第一比率的第二比率。在一種實(shí)施方式中，第二比率可為第一比率的值的兩倍。第二比率可為1 1.3。在另一個(gè)實(shí)例中，參考圖7，如果在UPS 10的輸入12處的輸入電壓在增大狀況中以及輸出電壓需要被減小，轉(zhuǎn)換繼電器16將AVR變壓器20耦合到UPS 10的輸入，以及UPS 控制器17將AVR繼電器沈、觀(guān)調(diào)整到微調(diào)模式。在微調(diào)模式中，AVR變壓器20的第一 AVR 繼電器26被設(shè)置在耦合到磁芯32的頂部49的第二位置48，以使第一抽頭27被斷電，且 AVR變壓器20的第二 AVR繼電器28被設(shè)置在耦合到磁芯32的中部51的第一位置40，以使第二抽頭四被通電，允許AVR變壓器20的輸入M處的電流50穿過(guò)AVR變壓器的磁芯 52的截面從頂部49沿著第二方向流到中部51，這導(dǎo)致AVR變壓器20的輸出30處的電壓低于在AVR變壓器20的輸入M處的電壓。由于AVR變壓器20產(chǎn)生的在輸出30和輸入M 之間的電壓的減小直接與AVR變壓器20的磁芯32的匝數(shù)比有關(guān)。例如，在微調(diào)模式下，在 AVR變壓器的輸出處的電壓可相對(duì)于在AVR變壓器的輸入的電壓減小一比率。該比率可為 1. 15 1。在AVR變壓器磁芯從通電轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚯姞顟B(tài)或從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)時(shí)，在至少一種實(shí)施方式中操作AVR變壓器的AVR繼電器以及旁路繼電器以便最小化在UPS中的伏秒的任何損失或失調(diào)是有益的。例如，在至少一種實(shí)施方式中，UPS控制器17使旁路繼電器盡可能地接近AC電壓波形的零交叉以最小化伏秒的任何損失。此外，在至少一種實(shí)施方式中，UPS控制器17使旁路繼電器和AVR繼電器準(zhǔn)確地分開(kāi)180度以最小化伏秒的任何損失或失調(diào)。例如，在AVR變壓器磁芯從斷電轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)時(shí)，旁路繼電器可首先被接合， 后面是準(zhǔn)確地在一個(gè)半周期之后的AVR繼電器。在另一實(shí)例中，在AVR變壓器從通電轉(zhuǎn)變到斷電狀態(tài)時(shí)，AVR繼電器可首先被使用，繼之以準(zhǔn)確地在一個(gè)半周期之后的旁路繼電器。以上描述的本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，通常與在UPS中的AVR變壓器能量損耗相關(guān)的問(wèn)題通過(guò)在AVR不執(zhí)行調(diào)節(jié)功能時(shí)使變壓器的磁芯斷電并防止由于 AVR變壓器產(chǎn)生的損耗來(lái)減少。通過(guò)使磁芯斷電，電流被阻止在磁芯中流動(dòng)，這在ACR變壓器不執(zhí)行調(diào)節(jié)功能時(shí)導(dǎo)致由于AVR變壓器產(chǎn)生的任何凈損耗的消除。上文結(jié)合線(xiàn)路互動(dòng)式UPS描述了本發(fā)明的實(shí)施方式。在此描述的方式和系統(tǒng)也可與其它類(lèi)型的不間斷電源一起使用以及用在各種電源系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)和方法利用多個(gè)不同的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)可用各種不同的方式實(shí)現(xiàn)，比如但不限于SPDT繼電器、SPST繼電器、晶體管或其它類(lèi)型的開(kāi)關(guān)。在至少一種實(shí)施方式中，DC電壓源11包括用于提供額外的DC存儲(chǔ)容量的額外的電池組23、用于將來(lái)自輸入12的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓以給電池22和備用電池組23充電的電池充電器、以及用于提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓的邏輯電源21。在其它實(shí)施方式中，可使用其它備用電源，包括AC和DC發(fā)電機(jī)。在至少一種實(shí)施方式中，UPS控制器17被連接到外部通信控制電路19以與外部設(shè)備通信。在至少一種實(shí)施方式中，輸入12被連接到EMI/浪涌濾波器21以提供EMI和對(duì) UPS 10的浪涌保護(hù)。在至少一種實(shí)施方式中，可控繼電器47不被包括在UPS中，以及受控插座13不是受控插座而為標(biāo)準(zhǔn)插座。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)和方法利用UPS控制器。UPS控制器可用各種不同的方法實(shí)現(xiàn)，比如但不限于微處理器、邏輯電路、計(jì)算機(jī)或其它類(lèi)型的電子控制器。這樣描述了該發(fā)明的至少一種實(shí)施方式的幾個(gè)方面之后，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到各種更改、修改以及改進(jìn)。這樣的更改、修改以及改進(jìn)被規(guī)定為本公開(kāi)的部分，并被規(guī)定為在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，前述的描述和附圖僅作為例子。
權(quán)利要求
1.一種不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，包括輸入，其接收輸入功率，具有輸入電壓；輸出，其提供輸出功率；中性線(xiàn)；自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器，其耦合到所述UPS的所述輸入和所述輸出，并具有輸入、 輸出、磁芯以及可控制地耦合到所述磁芯、所述輸入以及所述輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；旁路開(kāi)關(guān)，其配置成將所述AVR變壓器的所述磁芯選擇性地耦合到所述中性線(xiàn)；以及控制器，其配置成控制所述AVR變壓器的所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以及所述旁路開(kāi)關(guān)，其中所述控制器在第一操作模式中被配置成控制所述旁路開(kāi)關(guān)以使所述AVR變壓器的所述磁芯從所述中性線(xiàn)隔離，所述控制器在第二操作模式中被配置成控制所述旁路開(kāi)關(guān)以將所述AVR變壓器的所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器在所述第一操作模式中被配置成以提供等于所述AVR變壓器的輸入電壓的所述AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將所述AVR變壓器的所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯以及耦合到所述AVR變壓器的輸入和所述AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括DC電壓源和耦合到所述DC電壓源的逆變器，其中所述逆變器被耦合到所述AVR變壓器的所述輸入并被配置成將經(jīng)調(diào)節(jié)的AC功率提供到所述AVR變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述DC電壓源包括電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器在所述第二操作模式中被配置成以提供比所述AVR變壓器的輸入電壓大第一比率的所述AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將所述 AVR變壓器的所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯以及耦合到所述AVR變壓器的輸入和所述 AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制器在第三操作模式中被配置成控制所述旁路開(kāi)關(guān)以將所述AVR變壓器的所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)，以及其中所述控制器還被配置成以提供比所述AVR變壓器的所述輸入電壓大第二比率的所述AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將所述AVR變壓器的所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯以及耦合到所述AVR變壓器的輸入和所述AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)，所述第二比率大于所述第一比率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二比率為所述第一比率的兩倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制器在第四操作模式中被配置成控制所述旁路開(kāi)關(guān)以將所述AVR變壓器的所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)，以及其中所述控制器還被配置成以提供小于所述AVR變壓器的所述輸入電壓的所述AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)將所述AVR變壓器的所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯以及耦合到所述AVR變壓器的輸入和所述AVR變壓器的輸出的至少一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述旁路開(kāi)關(guān)為電磁開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電磁開(kāi)關(guān)為繼電器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述繼電器為單刀雙擲繼電器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述繼電器為單刀單擲繼電器。
13.一種在不間斷電源(UPS)中提供穩(wěn)定的功率的方法，所述不間斷電源具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器、接收輸入功率的具有帶有AC電壓波形的輸入電壓的輸入、提供輸出功率的具有輸出電壓的輸出、以及中性線(xiàn)，所述AVR變壓器具有輸入、輸出以及選擇性地耦合到所述中性線(xiàn)的磁芯，所述方法包括確定到所述UPS的所述輸入電壓是否在指定的容限內(nèi)；如果到所述UPS的所述輸入電壓滿(mǎn)足第一條件，則使所述AVR變壓器的所述磁芯從所述中性線(xiàn)隔離；以及如果所述UPS的所述輸入電壓滿(mǎn)足第二條件，則將所述AVR變壓器的所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下行為將所述AVR變壓器配置為，如果所述UPS的所述輸入電壓小于一指定的容限，則增加所述UPS的所述輸出電壓；以及將所述AVR變壓器配置為，如果所述UPS的所述輸入電壓大于一指定的容限，則減小所述UPS的所述輸出電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述隔離的行為包括使所述AVR變壓器的所述磁芯從所述中性線(xiàn)去耦的行為。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述AVR變壓器包括可控制地耦合到所述磁芯、 所述AVR變壓器的所述輸入和所述AVR變壓器的所述輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，以及配置成將所述AVR變壓器的所述磁芯選擇性地耦合到所述中性線(xiàn)的旁路開(kāi)關(guān)，其中所述隔離的行為還包括將所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯以及在一個(gè)半周期之后控制所述旁路開(kāi)關(guān)以使所述磁芯從所述中性線(xiàn)去耦的行為，其中將所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)的行為還包括控制所述旁路開(kāi)關(guān)以將所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)以及在一個(gè)半周期之后將所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合到所述磁芯的行為。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中控制所述旁路開(kāi)關(guān)以使所述磁芯從所述中性線(xiàn)去耦的行為包括在所述AC電壓波形過(guò)零時(shí)激發(fā)所述旁路開(kāi)關(guān)的行為，其中控制所述旁路開(kāi)關(guān)以將所述磁芯耦合到所述中性線(xiàn)的行為包括在所述AC電壓波形過(guò)零時(shí)激發(fā)所述旁路開(kāi)關(guān)的行為。
18.一種不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，包括輸入，其接收輸入功率，具有輸入電壓；輸出，其提供輸出功率，具有輸出電壓；中性線(xiàn)；自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器，其耦合到所述UPS的所述輸入和所述輸出，并具有輸入、 輸出、磁芯以及可控制地耦合到所述磁芯、所述輸入以及所述輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；以及在所述輸入電壓實(shí)質(zhì)上等于規(guī)定的輸出電壓時(shí)用于使所述AVR變壓器的所述磁芯從所述中性線(xiàn)隔離的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，在第一操作模式中，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以提供等于所述AVR變壓器的輸入電壓的所述AVR變壓器的輸出電壓的配置來(lái)選擇性地耦合到所述磁芯。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括耦合到逆變器的DC電壓源，以及其中所述逆變器被耦合到所述AVR變壓器并被配置成將經(jīng)調(diào)節(jié)的AC功率提供到所述AVR變壓器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述DC電壓源包括電池。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，在第二操作模式中，所述AVR變壓器的所述磁芯被耦合到所述中性線(xiàn)，以及所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致所述AVR變壓器的所述輸出電壓比所述AVR變壓器的所述輸入電壓大第一比率的配置來(lái)選擇性地耦合到所述磁芯。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，在第三操作模式中，所述AVR變壓器的所述磁芯被耦合到所述中性線(xiàn)，以及所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致所述AVR變壓器的所述輸出電壓比所述AVR變壓器的所述輸入電壓大第二比率的配置來(lái)選擇性地耦合到所述磁芯，所述第二比率大于所述第一比率。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述第二比率為所述第一比率的兩倍。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，在第四操作模式中，所述AVR變壓器的所述磁芯被耦合到所述中性線(xiàn)，以及所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以導(dǎo)致所述AVR變壓器的所述輸出電壓小于所述AVR變壓器的所述輸入電壓的配置來(lái)選擇性地耦合到所述磁芯。
全文摘要
本發(fā)明的方面目的在于用于限制在不間斷電源中的損耗的系統(tǒng)和方法。在一方面，本發(fā)明提供不間斷電源(UPS)(10)，其包括接收輸入功率的具有輸入電壓的輸入(12)、提供輸出功率的具有輸出電壓的輸出(14)、中性線(xiàn)、耦合到UPS(10)的輸入(12)和輸出(14)并具有輸入、輸出、磁芯以及可控制地耦合到磁芯、輸入和輸出的至少一個(gè)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)變壓器(20)、以及在輸入電壓實(shí)質(zhì)上等于規(guī)定的輸出電壓時(shí)用于使AVR變壓器(20)的磁芯從中性線(xiàn)隔離的裝置(34)。
文檔編號(hào)H02J9/06GK102356532SQ200980158124
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月27日
發(fā)明者N·派克, 弗雷德·威廉·羅登海瑟, 方勝賢, 維什沃斯·默罕艾拉杰·德奧卡 申請(qǐng)人:美國(guó)能量變換公司