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UPS工頻機和高頻機的原理簡介

更新時間: 2025-06-21  點擊次數: 189次

UPS通常分為工頻機和高頻機兩種,工頻機由可控硅SCR(晶閘管)整流器,IGBT(絕緣柵雙極晶體管)逆變器,旁路和工頻升壓隔離變壓器組成,因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz,顧名思義叫工頻UPS

UPS工頻機和高頻機的原理簡介

1、典型工頻UPS拓撲

  主路三相交流輸入經過換相電感接到三個SCR橋臂組成的整流器之后變換成直流電壓,通過控制整流橋SCR的導通角來調節輸出直流電壓值,由于SCR屬于半控器件,控制系統只能夠控制開通點,一旦SCR導通之后,即使門極驅動撤消,也無法關斷,只有等到其電流為零之后才能自然關斷,所以其開通和關斷均是基于一個工頻周期,不存在高頻的開通和關斷控制。

由于SCR整流器屬于降壓整流,所以直流母線電壓經逆變輸出的交流電壓比輸入電壓低,要使輸出相電壓能夠得到恒定的220V電壓,就必須在逆變輸出增加升壓隔離變壓器,同時由于增加了隔離變壓器,系統輸出零線可以通過變壓器與逆變器隔離,顯著減少了逆變高頻諧波給輸出零線帶來的干擾。

同時,工頻機的降壓整流方式使電池直掛母線成為可能,工頻機典型母線電壓通常為300V~500V之間,可直接掛接三十幾節電池,不需要另外增加電池充電器。

   按整流器晶闡管數量的不同,工頻機通常分為6脈沖和12脈沖兩種類型,6脈沖指以6個可控硅(晶閘管)組成的全橋整流,由于有6個開關脈沖對6個可控硅分別控制,所以叫6脈沖整流,6脈沖整流拓撲如下:

UPS工頻機和高頻機的原理簡介

圖2、典型6脈沖整流器拓撲

12脈沖是指在原有6脈沖整流的基礎上,在輸入端增加移相變壓器后再增加一組6脈沖整流器,使直流母線由12個可控硅整流完成,因此又稱為12脈沖整流,下圖所示兩個三相整流電路就是通過變壓器的不同聯結構成12相整流電路。

UPS工頻機和高頻機的原理簡介

圖3、典型12脈沖整流器拓撲

 高頻機通常由IGBT高頻整流器(注意:工頻是SCR整流、IGBT逆變),電池變換器,逆變器和旁路組成,IGBT可以通過控制加在其門極的驅動來控制IGBT的開通與關斷,IGBT整流器開關頻率通常在幾K到幾十KHz,甚至高達上百KHz,相對于50Hz工頻, 稱之為高頻UPS,典型的高頻機拓撲如下:

UPS工頻機和高頻機的原理簡介

圖4、典型高頻UPS拓撲

高頻UPS整流屬于升壓整流模式,其輸出直流母線的電壓一定比輸入線電壓的峰峰值高,一般典型值為800V左右,如果電池直接掛接母線,所需要的標配電池節數達到67節,這樣給實際應用帶來極大的限制,因此一般高頻UPS會單獨配置一個電池變換器,市電正常的時候電池變換器把母線800V的母線電壓降壓到電池組電壓,市電故障時,電池變換器把電池組電壓升壓到800V的母線電壓,從而實現電池的充放電管理,由于高頻機母線電壓為800V左右,所以逆變器輸出相電壓可以直接達到220V,逆變器之后就不再需要升壓變壓器。

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