專利名稱：高壓大功率不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力電子電源技術(shù)領(lǐng)域，更明確地說(shuō)是一種利用新的高壓變頻技術(shù)制作的高壓大功率不間斷電源。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的不間斷電源(UPS)具有下述缺點(diǎn)和不足輸出功率小，一般在數(shù)百、數(shù)十、數(shù)個(gè)KW以下甚至更小，難以作大，不能滿足大功率的用電器特別是重要實(shí)驗(yàn)室和某些重要設(shè)備對(duì)不間斷電源的需要；電壓低，不能滿足高電壓的用電器對(duì)不間斷電源的需要；電流波形差，高次和低次諧波都很豐富，負(fù)載下的功率因數(shù)低，往往不足0.9甚至更低；輸出穩(wěn)定性差，輸出電壓不穩(wěn)定，穩(wěn)定度很難作到萬(wàn)分以上；效率低，一般不足0.9甚至更小。另外，已有的不間斷電源結(jié)構(gòu)不夠合理，其中某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，往往整機(jī)停止工作待修。上述已有的不間斷電源難以滿足各種用電器對(duì)不間斷電源的要求。
本實(shí)用新型的目的，在于克服上述缺點(diǎn)和不足，提供一種高電壓、大功率、高功率因數(shù)、無(wú)諧波、對(duì)電網(wǎng)的污染小、輸出電壓的穩(wěn)定度高、效率高、結(jié)構(gòu)合理的高壓大功率不間斷電源。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型高壓大功率不間斷電源由外殼以及安裝在外殼中的電氣線路所構(gòu)成。電氣線路由三相交流輸入電路以及與三相交流輸入電路連接的功率單元模塊電路所構(gòu)成。功率單元模塊由整流器、與整流器連接的直流濾波電容器、與直流濾波電容器連接的IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)單相全橋逆變器、并聯(lián)在整流器輸出端上的蓄電池組以及與三相交流輸入電路和蓄電池組連接的充電器組成。本實(shí)用新型采用的功率單元模塊化技術(shù)方便了安裝與維修，大大提高了電源的可靠性。在電源的工作過程中，當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，可以將其自動(dòng)旁路切出系統(tǒng)而不影響其它單元的運(yùn)行。并且，可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)人員更換。
三相交流輸入電路可以是三相移相變壓器。功率單元模塊電路可以由6個(gè)功率單元模塊組成，每相有2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。功率單元模塊電路還先后與電抗器和三相輸出變壓器連接。所有功率單元模塊使用獨(dú)立充電器。這是由2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的不間斷電源。
三相交流輸入電路也可以是移相變壓器。功率單元模塊電路可以由12個(gè)功率單元模塊組成，每相有4個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。控制器則由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC(邏輯程序控制器)組成。這是由4個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的不間斷電源。
三相交流輸入電路也可以是移相變壓器。功率單元模塊電路可以由15個(gè)功率單元模塊組成，每相有5個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。控制器則由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC(邏輯程序控制器)組成。這是由5個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的不間斷電源。
三相交流輸入電路也可以是移相變壓器。功率單元模塊電路可以由21個(gè)功率單元模塊組成，每相有7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接，各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器?？刂破鲃t由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成。這是由7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的不間斷電源。
本實(shí)用新型的上述電源采用多級(jí)移相疊加的整流技術(shù)，大大改善了電流的波形，減少了輸入電流的諧波，使其負(fù)載下的功率因數(shù)接近于1。
其輸出逆變器部分采用了具有獨(dú)立直流電源單相橋式SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加技術(shù)，減小了輸出電壓的低次諧波，方便了輸出電壓的調(diào)節(jié)，消除了開關(guān)器件串聯(lián)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}，減少了單個(gè)開關(guān)器件的開關(guān)頻率，提高了逆變效率，可保證輸入電壓在+10％～-15％變化范圍內(nèi)，輸出電壓穩(wěn)定不變。
控制器核心由高速單片機(jī)和工業(yè)控制PC機(jī)協(xié)同運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。精心設(shè)計(jì)的算法可保證系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的性能。工業(yè)控制PC機(jī)提供全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？刂破鬟€包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC(邏輯程序控制器)，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理以及現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
控制器結(jié)構(gòu)上采用VME標(biāo)準(zhǔn)箱體結(jié)構(gòu)。各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的可靠性。
另外，控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，使系統(tǒng)具有極高的安全性。同時(shí)，它具有很好的電磁兼容性，抗干擾性能強(qiáng)。
本實(shí)用新型的任務(wù)就是這樣完成的。
本實(shí)用新型提供了一種高電壓、大功率、輸出電壓的穩(wěn)定度高、效率高、結(jié)構(gòu)合理的高壓大功率不間斷電源。其輸入電壓可達(dá)3000V～10000V，輸出功率可達(dá)300KVA～6000KVA，總效率可高達(dá)92％，輸出電壓設(shè)定范圍為100V～10000V，輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95～0.99，輸出頻率設(shè)定范圍為40～120HZ。它可廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備的不間斷供電中。


圖1為本實(shí)用新型的功率單元模塊的電路圖。
圖2為每相有2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的UPS電源的電氣原理圖。
圖3為每相有4個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的UPS電源的電氣原理圖。
圖4為每相有5個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的UPS電源的電氣原理圖。
圖5為每相有7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)的UPS電源的電氣原理圖。
圖1所示，電氣線路由三相交流輸入電路1以及功率單元模塊電路2所構(gòu)成。功率單元模塊6由整流器3、直流濾波電容器4、IGBT單相全橋逆變器5、蓄電池組13以及充電器14組成。功率單元模塊電路2由1塊模塊6組成。
圖2所示，本實(shí)用新型的三相交流輸入電路1是三相隔離變壓器。功率單元模塊電路2由6個(gè)功率單元模塊6組成，每相有2個(gè)功率單元模塊6串聯(lián)。功率單元模塊電路2還先后與電抗器7和三相輸出變壓器8連接。各個(gè)功率單元模塊6使用獨(dú)立充電器14。
圖3所示，本實(shí)用新型的三相交流輸入電路1是移相變壓器。功率單元模塊電路2由12個(gè)功率單元模塊6組成，每相有4個(gè)功率單元模塊6串聯(lián)。功率單元模塊電路2還分別與三相輸出變壓器8和控制器9連接?？刂破?由互連的單片機(jī)電路10、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)11和邏輯程序控制器12組成。其輸入電壓為3KV。各個(gè)功率單元模塊6使用獨(dú)立充電器14。
圖4所示，本實(shí)用新型的功率單元模塊電路2由15個(gè)功率單元模塊6組成，每相有5個(gè)功率單元模塊6串聯(lián)。其輸入電壓為6KV。各個(gè)功率單元模塊6使用獨(dú)立充電器14。
圖5所示，本實(shí)用新型的功率單元模塊電路2由21個(gè)功率單元模塊6組成，每相有7個(gè)功率單元模塊6串聯(lián)。其輸入電壓為10KV。各個(gè)功率單元模塊6使用獨(dú)立充電器14。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例如下實(shí)施例1.一種高壓大功率不間斷電源，如圖1所示。它由外殼以及安裝在外殼中的電氣線路所構(gòu)成。電氣線路由三相交流輸入電路以及與三相交流輸入電路連接的功率單元模塊電路所構(gòu)成。功率單元模塊由整流器、直流濾波電容器、IGBT單相全橋逆變器、并聯(lián)在整流器輸出端上的蓄電池組以及與三相交流輸入電路和蓄電池組連接的充電器組成。
實(shí)施例2.一種高壓大功率不間斷電源，如圖2所示。其三相交流輸入電路是三相隔離變壓器，功率單元模塊電路由6個(gè)功率單元模塊組成，每相有2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，功率單元模塊電路還先后與電抗器和三相輸出變壓器連接。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
實(shí)施例3.一種高壓大功率不間斷電源，如圖3所示。其三相交流輸入電路是移相變壓器。功率單元模塊電路由12個(gè)功率單元模塊組成，每相有4個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接，控制器由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。輸入電壓為3KV。
實(shí)施例4.一種高壓大功率不間斷電源，如圖4所示。其功率單元模塊電路由15個(gè)功率單元模塊組成，每相有5個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。輸入電壓為6KV。其余同實(shí)施例3。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
實(shí)施例5.一種高壓大功率不間斷電源，如圖5所示。其功率單元模塊電路由21個(gè)功率單元模塊組成，每相有7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)。輸入電壓為10KV。其余同實(shí)施例3。各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
實(shí)施例1～實(shí)施例5是一種高功率因數(shù)、無(wú)諧波、電壓穩(wěn)定度高、效率高、結(jié)構(gòu)合理的高壓大功率不間斷電源，可廣泛用于各種用電器的不間斷供電中。
權(quán)利要求1.一種高壓大功率不間斷電源，它由外殼以及安裝在外殼中的電氣線路所構(gòu)成，其特征在于所說(shuō)的電氣線路由三相交流輸入電路以及與三相交流輸入電路連接的功率單元模塊電路所構(gòu)成，功率單元模塊由整流器、與整流器連接的直流濾波電容器、與直流濾波電容器連接的IGBT單相全橋逆變器、并聯(lián)在整流器輸出端上的蓄電池組以及與三相交流輸入電路和蓄電池組連接的充電器組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的高壓大功率不間斷電源，其特征在于所說(shuō)的三相交流輸入電路是三相移相變壓器，功率單元模塊電路由6個(gè)功率單元模塊組成，每相有2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，功率單元模塊電路還先后與電抗器和三相輸出變壓器連接，各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
3.按照權(quán)利要求1所述的高壓大功率不間斷電源，其特征在于所說(shuō)的三相交流輸入電路是移相變壓器，功率單元模塊電路由12個(gè)功率單元模塊組成，每相有4個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接，控制器由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成，各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
4.按照權(quán)利要求1所述的高壓大功率不間斷電源，其特征在于所說(shuō)的三相交流輸入電路是移相變壓器，功率單元模塊電路由15個(gè)功率單元模塊組成，每相有5個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接，控制器由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成，各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
5.按照權(quán)利要求1所述的高壓大功率不間斷電源，其特征在于所說(shuō)的三相交流輸入電路是移相變壓器，功率單元模塊電路由21個(gè)功率單元模塊組成，每相有7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，功率單元模塊電路還分別與三相輸出變壓器和控制器連接，控制器由互連的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成，各個(gè)功率單元模塊均使用獨(dú)立充電器。
專利摘要一種高壓大功率不間斷電源，涉及電源技術(shù)。其電路由三相交流輸入變壓器和功率單元模塊電路構(gòu)成。功率單元模塊由整流器、直流濾波電容、IGBT單相全橋逆變器、蓄電池組及充電器組成。功率單元模塊電路可以由6個(gè)功率單元模塊組成，每相有2個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，先后與電抗器和三相輸出變壓器連接。也可以由12個(gè)、15個(gè)或21個(gè)功率單元模塊組成，對(duì)應(yīng)的每相有4個(gè)、5個(gè)或7個(gè)功率單元模塊串聯(lián)，分別與三相輸出變壓器和控制器連接，各使用獨(dú)立充電器?？刂破饔苫ミB的單片機(jī)電路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和邏輯程序控制器組成。它輸出電壓穩(wěn)定度高、效率高、結(jié)構(gòu)合理、電壓高、功率大、功率因數(shù)大、無(wú)諧波?？蓮V泛用于各種電器設(shè)備的不間斷供電中。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2558136SQ0221295
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者劉同利, 隋學(xué)禮 申請(qǐng)人:青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)創(chuàng)統(tǒng)科技發(fā)展有限公司