專利名稱：一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式ups電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到大功率工頻UPS電源技術(shù)領(lǐng)域，具體是指基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球工業(yè)化信息化經(jīng)濟建設(shè)對中大功率工頻UPS電源的需求非常巨大。在中大功率領(lǐng)域，工頻UPS電源具有對供電環(huán)境適應(yīng)能力強、可靠性高、抗沖擊負(fù)載能力強等優(yōu)點，在各行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是工頻UPS所特有的獨立穩(wěn)定的零地電位是大功率UPS供電設(shè)備的安全用電保障。但常規(guī)工頻UPS電源的網(wǎng)側(cè)電流諧波大，對電網(wǎng)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的污染，目前大功率工頻UPS電源需要配置電網(wǎng)補償?shù)认嚓P(guān)裝置才能滿足電網(wǎng)使用要求。為解決傳統(tǒng)大功率工頻UPS電源的輸入側(cè)整流導(dǎo)致的電力諧波污染問題，大功率 系統(tǒng)輸入一般采用基于“ A /Y型和A / A型結(jié)構(gòu)”的全隔離型移相變壓器，和外加平衡電抗器的多脈波整流結(jié)構(gòu)。例如，用移相30°的兩個傳統(tǒng)6脈波相控整流的并聯(lián)來實現(xiàn)12脈波整流技術(shù)，抑制由三相六脈波整流產(chǎn)生的5、7次諧波。該種方式存在隔離移相變壓器體積大、笨重和成本高的問題，而且不便于功率更大的AC-DC整流部分功率單元的擴展。用18脈波整流技術(shù)可以更進(jìn)一步減小網(wǎng)側(cè)電流諧波，但其9相移相電源通常是用隔離變壓器來實現(xiàn)的，存在體積大，笨重，經(jīng)濟效益低的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)。該UPS電源系統(tǒng)有效降低了 AC-DC整流部分的網(wǎng)側(cè)輸入電流諧波，有效抑制了 5、7、11、13次諧波，并有效減小了 17、19次諧波含量，且體積小，成本低。為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為—種基于九相自稱移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng),包括電源三相交流輸入端、電源三相交流輸出端、九相自耦移相變壓器、用于控制三相逆變器輸出的同步控制裝置、工頻隔離變壓器和三路輸出裝置；所述九相自耦移相變壓器為對稱型九相自耦移相變壓器，九相自耦移相變壓器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接；九相自耦移相變壓器設(shè)有三組三相交流輸出端，分別為超前組輸出端AI、BI和CI，和原始組輸出端AO、BO和CO，以及滯后組輸出端A2、B2和C2 ;所述工頻隔離變壓器設(shè)有三組三相交流輸入端，分別為超前組輸入端U1、V1和W1，原始組U0、V0和W0，以及滯后組U2、V2和W2 ;所述工頻隔離變壓器的輸出端U、V和W與電源三相交流輸出端連接；所述三路輸出裝置為超前組輸出裝置、原始組輸出裝置和滯后組輸出裝置；所述超前組輸出裝置包括依次連接的超前組零序抑制換向電感、超前組三相六脈波整流器、超前組三相逆變器和超前組濾波電感；超前組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述超前組輸出端A1、B1和Cl連接，超前組濾波電感的三相交流輸出端與上述超前組輸入端U1、V1和Wl連接；所述原始組輸出裝置包括依次連接的原始組零序抑制換向電感、原始組三相六脈波整流器、原始組三相逆變器和原始組濾波電感，原始組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述原始組輸出端AO、BO和CO連接，原始組濾波電感的三相交流輸出端與上述原始組輸入端UO、VO和WO連接；所述滯后組輸出裝置包括依次連接的滯后組零序抑制換向電感、滯后組三相六脈波整流器、滯后組三相逆變器和滯后組濾波電感，滯后組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述滯后組輸出端A2、B2和C2連接，滯后組濾波電感的三相交流輸出端與上述滯后組輸入端U2、V2和W2連接；所述同步控制裝置設(shè)有四組采樣輸入端，分別與電源三相交流輸入端、和超前組三相逆變器的輸出端、原始組三相逆變器的輸出端以及滯后組三相逆變器的輸出端連接；所述同步控制裝置設(shè)有三組控制輸出端，三組控制輸出端分別與超前組三相逆變器的控制端、原始組三相逆變器的控制端以及滯后組三相逆變器的控制端連接。進(jìn)一步地，所述工頻隔離變壓器為工頻四端口耦合隔離Y/Y連接三相變壓器，該工頻隔離變壓器設(shè)有U相、V相和W相磁性柱；且該工頻隔離變壓器每相磁芯柱上設(shè)有三個獨立的完全相同的輸入繞組和一個輸出繞組，構(gòu)成初、次級繞組關(guān)系為“Y/Y”結(jié)構(gòu)的四端口耦合隔離輸出方式；U相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Ul相、原始組三相逆變器輸出的UO相和滯后組三相逆變器輸出的U2相連接，U相磁芯柱上的輸出繞 組為U相輸出；V相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Vl相、原始組三相逆變器輸出的VO相和滯后組三相逆變器輸出的V2相連接，V相磁芯柱上的輸出繞組為V相輸出；W相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Wl相、原始組三相逆變器輸出的WO相和滯后組三相逆變器輸出的W2相連接，W相磁芯柱上的輸出繞組輸出繞組為W相輸出。進(jìn)一步地，所述基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，還包括儲能裝置，還包括儲能裝置；所述儲能裝置包括充電器、蓄電池組和控制電流定向移動的耦合單元；充電器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接，充電器的直流輸出端與蓄電池組連接；所述耦合單元包括六個二極管，其中三個二極管的陽極均與蓄電池組的正極連接，且該三個二極管的陰極分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的正極、原始組三相逆變器的直流輸入端的正極以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的正極連接；另三個二極管的陰極均與蓄電池組的負(fù)極連接，且該三個二極管的陽極分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的陰極、原始組三相逆變器的直流輸入端的陰極以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的陰極連接；超前組三相逆變器的直流輸入端的電壓、原始組三相逆變器的直流輸入端的電壓以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的電壓均大于蓄電池組的電壓。進(jìn)一步地，所述儲能裝置還包括接觸器JK1、JK2、JK3 ;分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D1、D2為超前組二極管；分別與原始組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D3、D4為原始組二極管；分別與滯后組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D5、D6為滯后組二極管；超前組二極管的兩個二極管Dl、D2分別并聯(lián)接觸器JKl的主觸頭，原始組二極管的兩個二極管D3、D4分別并聯(lián)接觸器JK2的主觸頭，滯后組二極管的兩個二極管D5、D6分別并聯(lián)接觸器JK3的主觸頭。進(jìn)一步地，所述基于九相自耦移相變壓器的UPS電源系統(tǒng)，還包括旁路電路，旁路電路包括旁路靜態(tài)開關(guān)裝置，旁路靜態(tài)開關(guān)裝置的輸出端與電源三相交流輸出端連接。進(jìn)一步地，所述超前組三相六脈波整流器、原始組三相六脈波整流器和滯后組三相六脈波整流器的電路均為可控三相整流電路。所述可控三相整流電路包括三個電感組成的電感組、六個單向可控硅元件以及一個電容。六個單向可控硅元件中的單向可控硅元件兩兩同向串聯(lián)形成三條支路，每條支路的兩端均分別與電容的正極和負(fù)極連接并形成回路，三個電感的一端分別連接于三條支路的中間電勢端，三個電感的另一端分別連接于可控三相整流電路的輸入端。進(jìn)一步地，所述超前組三相逆變器的電路、原始組三相逆變器的電路和滯后組三相逆變器的電路均為三相全橋逆變電路；所述三相全橋逆變電路由三個單相全橋電路組成單相全橋電路包括上橋臂和下橋臂，且上橋臂和下橋臂分別由兩個絕緣柵雙極型晶體管組成，其中上橋臂的兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極均與三相全橋逆變電路的直流輸入端的正極連接，且該兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與下橋臂兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接，下橋臂的兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與三相全橋逆變電路的直流輸入端的負(fù)極連接；每個單相全橋電路的輸出端的兩個輸出端口分別與該單相全橋電路的上橋臂和下橋臂的兩個連接點連接。進(jìn)一步地，所述超前組濾波電感的電路、原始組濾波電感的電路和滯后組濾波電 感的電路均為與單相全橋電路的輸出端連接的LC低通濾波電路；LC低通濾波電路由三路濾波電路組成，每路的濾波電路主要由一個電感和一個電容組成，且每路濾波電路設(shè)有兩個輸入端和兩個輸出端；每路濾波電路的兩個輸入端分別與單相全橋結(jié)構(gòu)的橋臂中點連接，為一個輸入端口 ；每路濾波電路的兩個輸出端為一個輸出端口，通過保險后分別與工頻隔離變壓器的三相交流輸入端口對應(yīng)連接。進(jìn)一步地，工頻隔離變壓器與電源三相交流輸出端之間設(shè)有主路靜態(tài)開關(guān)裝置，主路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與工頻隔離變壓器的三相交流輸出端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端連接。進(jìn)一步地，所述旁路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與旁路電路輸入端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端連接。本實用新型取得的有益效果為一種基于九相自耦移相變壓器的UPS電源系統(tǒng)，包括電源三相交流輸入端、電源三相交流輸出端、九相自耦移相變壓器、用于控制三相逆變器輸出的同步控制裝置、工頻隔離變壓器和三路輸出裝置，所述九相自耦移相變壓器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接，九相自耦移相變壓器設(shè)有三組三相交流輸出端分別為超前組輸出端Al、BI、Cl和原始組輸出端AO、B0、CO以及滯后組輸出端A2、B2、C2,所述工頻隔離變壓器設(shè)有三組三相交流輸入端分別為超前組輸入端U1、VI、W1、原始組U0、VO,WO以及滯后組U2、V2、W2 ;所述工頻隔離變壓器的輸出端U、V、W與電源三相交流輸出端連接；所述三路輸出裝置為超前組輸出裝置、原始組輸出裝置和滯后組輸出裝置；所述超前組輸出裝置包括依次連接的超前組零序抑制換向電感、超前組三相六脈波整流器、超前組三相逆變器和超前組濾波電感，超前組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述超前組輸出端A1、B1、C1連接，超前組濾波電感的三相交流輸出端與上述超前組輸入端U1、V1、W1連接；所述原始組輸出裝置包括依次連接的原始組零序抑制換向電感、原始組三相六脈波整流器、原始組三相逆變器和原始組濾波電感，原始組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述原始組輸出端AO、B0、CO連接，原始組濾波電感的三相交流輸出端與上述原始組輸入端UO、VO、WO連接；所述滯后組輸出裝置包括依次連接的滯后組零序抑制換向電感、滯后組三相六脈波整流器、滯后組三相逆變器和滯后組濾波電感，滯后組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述滯后組輸出端A2、B2、C2連接，滯后組濾波電感的三相交流輸出端與上述滯后組輸入端U2、V2、W2連接；所述同步控制裝置設(shè)有四組采樣輸入端，分別與電源三相交流輸入端、和三路逆變的輸出端連接；所述同步控制裝置設(shè)有三組控制輸出端，三組控制輸出端分別與超前組三相逆變器的控制端、原始組三相逆變器的控制端以及滯后組三相逆變器的控制端連接。本實用新型具有如下特點I)獨特的對稱結(jié)構(gòu)九相自耦移相變壓器，其本體的額定功率不超過系統(tǒng)總輸出功率的17%。(2)并列結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)拓?fù)浔ＷC三組相位互差20°的交流電源獨立工作，向負(fù)載提供相同的功率，精確實現(xiàn)了整個電源系統(tǒng)的“ 18脈波整流”，有效降低了電網(wǎng)電流諧波。(3)并列結(jié)構(gòu)的DC/AC逆變單元既保證了三個并列通道的平衡，又構(gòu)成了系統(tǒng)的冗余設(shè)計，整個系統(tǒng)可靠性高。(4)獨特設(shè)計的工頻“四端口耦合隔離Y/Y連接三相變壓器”，實現(xiàn)了三個獨立并列通道交流輸出的隔離耦合，并且使得變壓器三相輸出獨立，適合不平衡負(fù)載運用場合。(5)該工頻電源系統(tǒng)無平衡電抗器，系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范對稱，冗余度高，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常適合寬功率范圍和500KVA級以上的UPS電源系統(tǒng)。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2本實用新型的九相自耦移相變壓器的繞組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本實用新型的工頻隔離變壓器的繞組結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本實用新型的三相逆變電路；圖5本實用新型的原理圖。附圖標(biāo)記說明I——九相自耦移相變壓器2——超前組零序抑制換向電感3 原始組零序抑制換向電感 4 滯后組零序抑制換向電感[0031 ]5—超前組三相六脈波整流器 6—原始組三相六脈波整流器7—滯后組三相六脈波整流器 8—超前組三相逆變器9—原始組三相逆變器10—滯后組三相逆變器11——超前組濾波電感12——原始組濾波電感13——滯后組濾波電感14——同步控制裝置15——工頻隔離變壓器16——稱合單元17——充電器18——電源三相交流輸出端19——旁路電路輸入端20——蓄電池組。
具體實施方式
[0039]
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步的說明。實施例如圖I至圖4所不,一種基于九相自稱移相變壓器I的對稱式UPS電源系統(tǒng)，包括電源三相交流輸入端、電源三相交流輸出端18、九相自耦移相變壓器I、用于控制三相逆變器輸出的同步控制裝置14、工頻隔離變壓器15和三路輸出裝置。所述九相自耦移相變壓器I為對稱型九相自耦移相變壓器1，九相自耦移相變壓器I的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接。九相自耦移相變壓器I設(shè)有三組三相交流輸出端分別為超前組輸出端A1、B1和Cl、原始組輸出端Α0、Β0和CO以及滯后組輸出端A2、B2和C2。所述工頻隔離變壓器15設(shè)有三組三相交流輸入端，分別為超前組輸入端Ul、Vl和W1、原始組W、VO和WO以及滯后組U2、V2和W2。所述工頻隔離變壓器15的輸出端U、V和W與電源三相交流輸出端18連接；所述三路輸出裝置為超前組輸出裝置、原始組輸出裝置和滯后組輸出裝置。所述超前組輸出裝置包括依次連接的超前組零序抑制換向電感2、超前組三相六脈波整流器5、超前組三相逆變器8和超前組濾波電感11 ;超前組零序抑制換向電感2的三相輸入端與上述超前組輸出端A1、B1和Cl連接；超前組濾波電感11的三相交流輸出端與上 述超前組輸入端Ul、Vl和Wl連接。所述原始組輸出裝置包括依次連接的原始組零序抑制換向電感3、原始組三相六脈波整流器6、原始組三相逆變器9和原始組濾波電感12 ;原始組零序抑制換向電感3的三相輸入端與上述原始組輸出端Α0、Β0和CO連接；原始組濾波電感12的三相交流輸出端與上述原始組輸入端U0、V0和WO連接。所述滯后組輸出裝置包括依次連接的滯后組零序抑制換向電感4、滯后組三相六脈波整流器7、滯后組三相逆變器10和滯后組濾波電感13 ;滯后組零序抑制換向電感4的二相輸入端與上述滯后組輸出端A2、B2和C2連接；滯后組濾波電感13的三相交流輸出端與上述滯后組輸入端U2、V2和W2連接。所述同步控制裝置設(shè)有四組采樣輸入端，分別與電源三相交流輸入端、和超前組三相逆變器的輸出端、原始組三相逆變器的輸出端以及滯后組三相逆變器的輸出端連接；所述同步控制裝置設(shè)有三組控制輸出端，三組控制輸出端分別與超前組三相逆變器的控制端、原始組三相逆變器的控制端以及滯后組三相逆變器的控制端連接。九相自耦移相變壓器I將輸入對稱三相交流電源(A，B, C)移相為三組相位對應(yīng)互差20°的對稱三相交流電源原始組(AO, B0, CO)、超前組(Al, BI, Cl)和滯后組(A2, B2, C2)。原始組(A0，B0，C0)相位與輸入三相交流電源(A，B，C)相同，超前組(Al，BI，Cl)超前原始組(AO, B0, CO)相位20°，滯后組(A2, B2, C2)滯后原始組(AO, B0, CO)相位20°。如圖I所示，原始組(AO, B0, CO)、超前組(Al, BI, Cl)和滯后組(A2, B2, C2)信號分別經(jīng)過各自連接的零序抑制換向電感、三相六脈波整流器分別實現(xiàn)六脈波整流，最后輸入到各自連接的三相逆變器和濾波電感后，經(jīng)過工頻隔離變壓器15，在輸出時進(jìn)行交流隔離并聯(lián)和功率合成。零序抑制換向電感的作用是抑制各組的零序電流，且有利于三相六脈波整流器內(nèi)電流換向。如圖2所示為本實用新型采用的18脈波±20°自耦移相變壓器，即九相自耦移相變壓器I的繞組結(jié)構(gòu)和連接示意圖。圖2中原始組(A0，B0，C0)為變壓器本體輸入，接市電380V三相交流電源。圖2中(Al，BI，Cl)和(A2，B2，C2)分別為兩組三相交流輸出。(Al, BI, Cl)各相對應(yīng)超前原始組(AO, B0, CO)相位20°，(A2, B2, C2)各相對應(yīng)滯后原始組(AO, B0, CO)相位20°。正常工作時，將變壓器本體的原始組(A0，B0，C0)接電網(wǎng)電壓(A，B, C)三相，這樣在實現(xiàn)18脈波整流效果時，該九相自耦移相變壓器I本體的功率容量不超過系統(tǒng)總輸出功率的20%，該九相自耦移相變壓器I本體的結(jié)構(gòu)和重量都極大的小于常規(guī)隔離型工頻移相變壓器。進(jìn)一步地，所述工頻隔離變壓器15為工頻四端口耦合隔離Y/Y連接三相變壓器，該工頻隔離變壓器15設(shè)有三組交流輸入端口和一組交流輸出端口，工頻隔離變壓器15的每相磁芯柱上設(shè)有三段獨立的繞組，且該三段獨立的繞組形成一組三相交流輸入端口，每段獨立繞組的兩個端部為一個三相交流輸 入端口的兩個輸入端，工頻隔離變壓器15的初、次級的繞組關(guān)系為“Y/Y”結(jié)構(gòu)。如圖3所示為本實用新型采用的四端口耦合隔離Y/Y連接三相變壓器結(jié)構(gòu)和繞組示意圖。圖3中[U1，U0，U2]分別是三個通道DC/AC逆變部分的三相正弦輸出中的初相角為0°的基準(zhǔn)相輸出，它們被控制為相同的波形，且與三相電網(wǎng)電源輸入對應(yīng)同相。按圖3中繞組配置，輸入與輸出是Y/Y型結(jié)構(gòu)，輸出電壓U分別與三個輸入電壓的變比為w2/wl，輸出電流是三相[U1，U0，U2]輸入電流的并聯(lián)疊加，既功率疊加。同理，該設(shè)計方法也運用于輸出V相與輸入三相[V1，V0，V2]的關(guān)系、輸出W相與輸入三相[W1，W0，W2]的關(guān)系。進(jìn)一步地，所述基于九相自耦移相變壓器I的UPS電源系統(tǒng)，還包括儲能裝置，所述儲能裝置包括充電器17、蓄電池組20和控制電流定向移動的耦合單元16。充電器17的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接，充電器17的直流輸出端與蓄電池組20連接。所述耦合單元16包括六個二極管，其中三個二極管的陽極均與蓄電池組20的正極連接，且該三個二極管的陰極分別與超前組三相逆變器8的直流輸入端的正極、原始組三相逆變器9的直流輸入端的正極以及滯后組三相逆變器10的直流輸入端的正極連接。另三個二極管的陰極均與蓄電池組20的負(fù)極連接，且該三個二極管的陽極分別與超前組三相逆變器8的直流輸入端的負(fù)極、原始組三相逆變器9的直流輸入端的負(fù)極以及滯后組三相逆變器10的直流輸入端的負(fù)極連接。超前組三相逆變器8的直流輸入端的電壓、原始組三相逆變器9的直流輸入端的電壓以及滯后組三相逆變器10的直流輸入端的電壓均大于蓄電池組20的電壓。實際操作中，正常情況下蓄電池組20電壓略低于各路的三相六脈波整流器輸出的直流電壓，對三相六脈波整流器的兩直流輸出端不產(chǎn)生影響。當(dāng)電網(wǎng)斷電時，蓄電池組20通過二極管單向通路給三路三相逆變器供電。進(jìn)一步地，所述儲能裝置還包括接觸器JK1、JK2、JK3。分別與超前組三相逆變器8的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管Dl、D2為超前組二極管，分別與原始組三相逆變器9的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D3、D4為原始組二極管；分別與滯后組三相逆變器10的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D5、D6為滯后組二極管。超前組二極管的兩個二極管Dl、D2分別并聯(lián)接觸器JKl的主觸頭，原始組二極管的兩個二極管D3、D4分別并聯(lián)接觸器JK2的主觸頭，滯后組二極管的兩個二極管D5、D6分別并聯(lián)接觸器JK3的主觸頭。設(shè)計接觸器JK1、JK2、JK3，可以減少耦合單元16的能耗；如當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，接觸器JKl、JK2、JK3處于斷開狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)斷電時，接觸器JKl、JK2、JK3處于閉合狀態(tài)，蓄電池組20直接對各路的三相逆變器進(jìn)行供電，耦合單元16處于短路狀態(tài)；減少耦合單元16的二極管的能耗。進(jìn)一步地，所述基于九相自耦移相變壓器I的UPS電源系統(tǒng)，還包括旁路電路，旁路電路包括旁路靜態(tài)開關(guān)裝置，旁路靜態(tài)開關(guān)裝置的輸出端與電源三相交流輸出端18連接。設(shè)計旁路電路，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)各路的三相逆變器出現(xiàn)故障時，旁路靜態(tài)開關(guān)裝置閉合，直接通過旁路電路進(jìn)行供電；旁路電路輸入端19可以直接與市電連接，也可以連接于其他供電設(shè)備。進(jìn)一步地，所述超前組三相六脈波整流器5、原始組三相六脈波整流器6和滯后組三相六脈波整流器7的電路均為可控三相整流電路。所述可控三相整流電路包括三個電感組成的電感組、六個單向可控硅元件以及一個電容。六個單向可控硅元件中的單向可控硅元件兩兩同向串聯(lián)形成三條支路，每條支路的兩端均分別與電容的正極和負(fù)極連接并形成回路，三個電感的一端分別連接于三條支路的中間電勢端，三個電感的另一端分別連接于可控三相整流電路的輸入端；此處的可控三相整流電路的輸入端相當(dāng)于超前組三相六脈波整流器5或原始組進(jìn)一步地，所述超前組三相逆變器8的電路、原始組三相逆變器9的電路和滯后組三相逆變器10的電路均為三相全橋逆變電路。所述三相全橋逆變電路由三個單相全橋電路組成單相全橋電路包括上橋臂和下橋臂，且上橋臂和下橋臂分別由兩個絕緣柵雙極型晶體管組成，其中上橋臂的兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極均與三相全橋逆變電路的直流輸入端的正極連接，且該兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與下橋臂兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接，下橋臂兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與三相全橋逆變電路的直流輸入端的負(fù)極連接；每個單相全橋電路的輸出端的兩個輸出端口分別與該單相全橋電路的上橋臂和下橋臂的兩個連接點連接。在常規(guī)情況下，需要利用大電感耦合的大電流平衡電抗器，才能實現(xiàn)三組六脈波整流器輸出的直流側(cè)并聯(lián)，這樣便抵消了 18脈波整流帶來的經(jīng)濟效益。本實用新型避開了使用笨重的平衡電抗器，分別采用三個主電路完全相同的并列獨立逆變通道(參見附圖1)，這樣三組六脈波整流就不能通過直流側(cè)并聯(lián)形成環(huán)流，從而使九相自耦移相變壓器精確實現(xiàn)了 18脈波整流，極大的減小了輸入電流諧波。圖I中“同步控制裝置14”是保證并列獨立逆變通道按相同規(guī)律工作，輸出各相頻率、相位和幅值對應(yīng)相同的三相電壓，并使輸出三相電壓(U，V，W)與輸入電網(wǎng)電壓(A，B，C)同步。本實用新型采用三相全橋結(jié)構(gòu)，既提高系統(tǒng)可靠性和冗余能力，又使系統(tǒng)有更強的帶不平衡負(fù)載能力，還利于系統(tǒng)進(jìn)行模塊化規(guī)范設(shè)計。進(jìn)一步地，所述超前組濾波電感11的電路、原始組濾波電感12的電路和滯后組濾波電感13的電路均為與單相全橋電路的輸出端連接的LC低通濾波電路；LC低通濾波電路由三路濾波電路組成，每路的濾波電路主要由一個電感和一個電容組成，且每路濾波電路設(shè)有兩個輸入端和兩個輸出端；每路濾波電路的兩個輸入端分別與單相全橋結(jié)構(gòu)的橋臂中點連接，為一個輸入端口 ；每路濾波電路的兩個輸出端為一個輸出端口，通過保險后分別與工頻隔離變壓器的三相交流輸入端口對應(yīng)連接。進(jìn)一步地，工頻隔離變壓器15與電源三相交流輸出端18之間設(shè)有主路靜態(tài)開關(guān)裝置，主路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與工頻隔離變壓器15的三相交流輸出端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端18連接。進(jìn)一步地，所述旁路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與旁路電路輸入端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端18連接。
以下結(jié)合附圖5對本實用新型的工作原理作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖5所示，Tl為18脈波±20°自耦移相變壓器。L1、SCR1、SCR3、SCR5、SCR4、SCR6、SCR2和Cl組成超前組可控三相整流器；IGBT1 IGBT12組成超前組三相逆變器；L4、C4、L5、C5、L6、C6組成了超前組逆變器的3個單相逆變?nèi)珮虻腖C低通濾波電路。同樣， L2、SCR1’、SCR3’、SCR5’、SCR4’、SCR6’、SCR2’ 和 C2 組成原始組三相六脈整流器；IGBT13 IGBT24組成原始組三相逆變器；L7、C7、L8、C8、L9、C9組成了原始組逆變器的3個單相逆變?nèi)珮虻腖C低通濾電路。L3、SCR1”、SCR3”、SCR5”、SCR4”、SCR6”、SCR2”和C3組成滯后組三相六脈整流器；IGBT25 IGBT36組成滯后組三相逆變器；L10、C10、L11、C11、L12、C12組成了滯后組逆變器的3個單相逆變?nèi)珮虻腖C低通濾波器。T2為四端口耦合隔離三相變壓器，超前組、原始組、滯后組的各單相全橋逆變器輸出通過該工頻隔離變壓器15將功率疊加在一起。SCR7-9為旁路靜態(tài)開關(guān)，SCR10-12為逆變靜態(tài)開關(guān)。在整流輸入三相電源正常的情況下，三相電經(jīng)過整流器輸入開關(guān)CB1、熔斷器FUSE I-3和檢測整流器輸入電流的霍爾電流傳感器HP1-3，送到18脈波±20°自耦移相變壓器的輸入端，自耦移相變壓器將輸入三相交流電源移相為三組相位對應(yīng)互差20°的三相交流電源超前組(U1，V1，W1)、原始組(UO, VO, W0)和滯后組(U2，V2，W2)。(圖5中省略了各路的零序抑制換向電感)超前組(U1，V1，W1)三相交流電經(jīng)過超前組可控三相整流器整流成直流，再經(jīng)過超前組三相逆變器逆變成交流電，通過LC低通濾波電路輸出純凈三相電。同理,原始組(U0，V0，W0)三相交流電經(jīng)過原始組三相六脈整流器整流成直流，再經(jīng)過原始組三相逆變器逆變成交流電，通過LC低通濾波電路輸出純凈三相電。滯后組(U2，V2，W2)三相交流電經(jīng)過滯后組三相六脈整流器整流成直流，再經(jīng)過滯后組三相逆變器逆變成交流電，通過LC低通濾波電路輸出純凈三相電。這三組輸出的交流電在同步控制裝置14(圖5中未畫出)的控制下，與旁路輸入交流電源同頻同相，幅值也相差很小，通過四端口耦合隔離三相變壓器，將功率疊加在一起，經(jīng)過逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出斷路器CB3給負(fù)載供電。同時，整流輸入三相電源經(jīng)過隔離型充電器17給蓄電池組20充電。當(dāng)整流輸入三相電源不正常時，超前組三相六脈整流器、原始組三相六脈整流器和滯后組三相六脈整流器都停止工作。蓄電池通過二極管Dl、D2、JKl給超前組三相逆變器供電，通過二極管D3、D4、JK2給原始組三相逆變器供電，通過二極管D5、D6、JK3給滯后組三相逆變器供電，保證三組逆變器能不間斷的工作，給負(fù)載的供電也不會中斷。如整流輸入三相電源恢復(fù)正常，超前組三相六脈整流器、原始組三相六脈整流器和滯后組三相六脈整流器恢復(fù)工作，JKU JK2、JK3斷開，充電器17也恢復(fù)工作，進(jìn)入正常工作模式。由于本UPS系統(tǒng)具有一定的冗余性，當(dāng)其中任意一組三相六脈整流器或三相逆變器出現(xiàn)故障時，其他的都能正常工作。由于采用3個單相全橋組成三相全橋逆變電路，能適應(yīng)負(fù)載100%不平衡。如當(dāng)三組三相逆變器均不能正常工作時，逆變輸出的三相靜態(tài)開關(guān)SCR10-12會切斷，旁路三相靜態(tài)開關(guān)SCR7-9導(dǎo)通，由于此前逆變輸出的三相電與旁路輸入的交流電源同頻、同相，因此UPS可不間斷的切換到旁路工作，CB3為旁路輸入斷路器。當(dāng)需要維護(hù)時，可通過UPS的維護(hù)旁路不間斷給負(fù)載供電，CB4為維護(hù)旁路的斷路器。以上僅是本申請的較佳實施例，在此基礎(chǔ)上的等同技術(shù)方案仍落入申請保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于九相自稱移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng),其特征在于其包括電源三相交流輸入端、電源三相交流輸出端、九相自耦移相變壓器、用于控制三相逆變器輸出的同步控制裝置、工頻隔離變壓器和三路輸出裝置；所述九相自耦移相變壓器為對稱型九相自耦移相變壓器，九相自耦移相變壓器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接；九相自耦移相變壓器設(shè)有三組三相交流輸出端，分別為超前組輸出端Al、BI和Cl，和原始組輸出端AO、BO和CO，以及滯后組輸出端A2、B2和C2 ;所述工頻隔離變壓器設(shè)有三組三相交流輸入端，分別為超前組輸入端U1、V1和W1，原始組UO、VO和W，以及滯后組U2、V2和W2 ;所述工頻隔離變壓器的輸出端U、V和W與電源三相交流輸出端連接；所述三路輸出裝置為超前組輸出裝置、原始組輸出裝置和滯后組輸出裝置；所述超前組輸出裝置包括依次連接的超前組零序抑制換向電感、超前組三相六脈波整流器、超前組三相逆變器和超前組濾波電感；超前組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述超前組輸出端Al、BI和Cl連接，超前組濾波電感的三相交流輸出端與上述超前組輸入端U1、V1和Wl連接；所述原始組輸出裝置包括依次連接的原始組零序抑制換向電感、原始組三相六脈波整流器、原始組三相逆變器和原始組濾波電感，原始組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述原始組輸出端AO、BO和CO連接，原始組濾波電感的三相交流輸出端與上述原始組輸入端UO、VO和WO連接；所述滯后組輸出裝置包括依次連接的滯后組零序抑制換向電感、滯后組三相六脈波整流器、滯后組三相逆變器和滯后組濾波電感，滯后組零序抑制換向電感的三相輸入端與上述滯后組輸出端A2、B2和C2連接，滯后組濾波電感的三相交流輸出端與上述滯后組輸入端U2、V2和W2連接；所述同步控制裝置設(shè)有四組采樣輸入端，分別與電源三相交流輸入端、和超前組三相逆變器的輸出端、原始組三相逆變器的輸出端以及滯后組三相逆變器的輸出端連接；所述同步控制裝置設(shè)有三組控制輸出端，三組控制輸出端分別與超前組三相逆變器的控制端、原始組三相逆變器的控制端以及滯后組三相逆變器的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述工頻隔離變壓器為工頻四端口耦合隔離Y/Y連接三相變壓器，該工頻隔離變壓器設(shè)有U相、V相和W相磁性柱；且該工頻隔離變壓器每相磁芯柱上設(shè)有三個獨立的完全相同的輸入繞組和一個輸出繞組，構(gòu)成初、次級繞組關(guān)系為“Y/Y”結(jié)構(gòu)的四端口耦合隔離輸出方式；U相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Ul相、原始組三相逆變器輸出的UO相和滯后組三相逆變器輸出的U2相連接，U相磁芯柱上的輸出繞組為U相輸出；V相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Vl相、原始組三相逆變器輸出的VO相和滯后組三相逆變器輸出的V2相連接，V相磁芯柱上的輸出繞組為V相輸出；W相磁芯柱上的輸入繞組分別與超前組三相逆變器輸出的Wl相、原始組三相逆變器輸出的WO相和滯后組三相逆變器輸出的W2相連接，W相磁芯柱上的輸出繞組輸出繞組為W相輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于還包括儲能裝置；所述儲能裝置包括充電器、蓄電池組和控制電流定向移動的耦合單元；充電器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接，充電器的直流輸出端與蓄電池組連接；所述耦合單元包括六個二極管，其中三個二極管的陽極均與蓄電池組的正極連接，且該三個二極管的陰極分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的正極、原始組三相逆變器的直流輸入端的正極以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的正極連接；另三個二極管的陰極均與蓄電池組的負(fù)極連接，且該三個二極管的陽極分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的陰極、原始組三相逆變器的直流輸入端的陰極以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的陰極連接；超前組三相逆變器的直流輸入端的電壓、原始組三相逆變器的直流輸入端的電壓以及滯后組三相逆變器的直流輸入端的電壓均大于蓄電池組的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述儲能裝置還包括接觸器JKl、JK2、JK3 ;分別與超前組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D1、D2為超前組二極管；分別與原始組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D3、D4為原始組二極管；分別與滯后組三相逆變器的直流輸入端的正極和負(fù)極連接的兩個二極管D5、D6為滯后組二極管；超前組二極管的兩個二極管Dl、D2分別并聯(lián)接觸器JKl的主觸頭，原始組二極管的兩個二極管D3、D4分別并聯(lián)接觸器JK2的主觸頭，滯后組二極管的兩個二極管D5、D6分別并聯(lián)接觸器JK3的主觸頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于還包括旁路電路，旁路電路包括旁路靜態(tài)開關(guān)裝置，旁路靜態(tài)開關(guān)裝置的輸出端與電源三相交流輸出端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述超前組三相六脈波整流器、原始組三相六脈波整流器和滯后組三相六脈波整流器的電路均為可控三相整流電路；所述可控三相整流電路包括三個電感組成的電感組、六個單向可控硅元件以及一個電容；六個單向可控硅元件中的單向可控硅元件兩兩同向串聯(lián)形成三條支路，每條支路的兩端均分別與電容的正極和負(fù)極連接并形成回路，三個電感的一端分別連接于三條支路的中間電勢端，三個電感的另一端分別連接于可控三相整流電路的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述超前組三相逆變器的電路、原始組三相逆變器的電路和滯后組三相逆變器的電路均為三相全橋逆變電路；所述三相全橋逆變電路由三個單相全橋電路組成單相全橋電路包括上橋臂和下橋臂，且上橋臂和下橋臂分別由兩個絕緣柵雙極型晶體管組成，其中上橋臂的兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極均與三相全橋逆變電路的直流輸入端的正極連接，且該兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與下橋臂兩個絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接，下橋臂的兩個絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極分別與三相全橋逆變電路的直流輸入端的負(fù)極連接；每個單相全橋電路的輸出端的兩個輸出端口分別與該單相全橋電路的上橋臂和下橋臂的兩個連接點連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述超前組濾波電感的電路、原始組濾波電感的電路和滯后組濾波電感的電路均為與單相全橋電路的輸出端連接的LC低通濾波電路；LC低通濾波電路由三路濾波電路組成，每路的濾波電路主要由一個電感和一個電容組成，且每路濾波電路設(shè)有兩個輸入端和兩個輸出端；每路濾波電路的兩個輸入端分別與單相全橋結(jié)構(gòu)的橋臂中點連接，為一個輸入端口 ；每路濾波電路的兩個輸出端為一個輸出端口，通過保險后分別與工頻隔離變壓器的三相交流輸入端口對應(yīng)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于工頻隔離變壓器與電源三相交流輸出端之間設(shè)有主路靜態(tài)開關(guān)裝置，主路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與工頻隔離變壓器的三相交流輸出端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)，其特征在于所述旁路靜態(tài)開關(guān)裝置主要由三個雙向可控硅元件組成；三個雙向可控硅元件的一端與旁路電路輸入端連接，三個雙向可控硅元件的另一端分別與電源三相交流輸出端連接。
專利摘要本實用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到大功率工頻UPS電源技術(shù)領(lǐng)域，具體是指基于九相自耦移相變壓器的對稱式UPS電源系統(tǒng)；本實用新型包括電源三相交流輸入端、電源三相交流輸出端、九相自耦移相變壓器、用于控制三相逆變器輸出的同步控制裝置、工頻隔離變壓器和三路輸出裝置，所述九相自耦移相變壓器的三相交流輸入端與電源三相交流輸入端連接，每路輸出裝置包括依次連接的零序抑制換向電感、三相六脈波整流器、三相逆變器和濾波電感，每路的零序抑制換向電感與相自耦移相變壓器的三相交流輸出端連接，每路的濾波電感與工頻隔離變壓器的輸入端連接；本實用新型結(jié)構(gòu)體積小、成本低且使用效果好。
文檔編號H02J3/01GK202535132SQ201220170328
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者唐朝陽, 張勝發(fā), 徐海波, 汪家榮 申請人:廣東易事特電源股份有限公司