靜止變換式UPS整流充電器工作原理

  整流充電器
  在一般小功率整流器中大都采用橋式整流，為了配合逆變器的直流工作電壓，一般在整流器前面采用降壓變壓器。
  另一種小型UPS的降壓措施不是采用50Hz的電源變壓器，而是用PWM的方法先將輸入的交流電經(jīng)過抗干擾濾波后，直接整流成高壓，經(jīng)逆變器變換后再由高頻變壓器降壓，而后再整流成UPS逆變器所用的直流電壓。從整個過程來看類似整流轉(zhuǎn)換，因而一般稱為“開關(guān)整流器”，如圖3-86所示。

  當(dāng)然還有采用晶閘管相控方案的，它有許多缺點，雖然省去了變壓器但卻增大了濾波器，而且加大了對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾與輻射干擾。
  在小功率UPS中大都將整流器和充電器分開，這不外乎基于對下述原因的考慮：
  整流器輸出的電壓一般是不穩(wěn)定的，它隨電網(wǎng)的波動而變化，然而蓄電池的最高電壓是限定了的，尤其對于密封型蓄電池更是不能超過，因此必須用一個穩(wěn)壓電源作充電器。
  在小功率UPS中，蓄電池的容量本來就不大(它和逆變器的設(shè)計方案有關(guān))，一般在6～24Ah之間，充電電流通常為0.1C(C為蓄電池Ah容量)，如果超過了這個值，對蓄電池(尤其是密封蓄電池)的壽命有影響。特別是在蓄電池剛放完電，重新充電的初期，充電電流很大，容易超過0.1C的限度，因此對初期充電電流必須進行限制，而一般整流器是沒有這個功能的，因此希望用限流穩(wěn)壓器。由于功率比較小，因而很容易實現(xiàn)。
  蓄電池典型的充電過程如圖3-87所示。由圖可以看出，在充電的初始階段，它對蓄電池(組)進行恒流充電，隨著充電過程的進行，蓄電池端電壓逐漸上升，當(dāng)蓄電池端電壓達到額定值時，充電過程即進入所謂恒壓狀態(tài)，這時充電電流開始減小，一直下降到某一值，充電電流就不再減小，即進入所謂飽和充電狀態(tài)。這種充電方式避免了早期后備式UPS所采用的恒壓充電方式那樣初始充電電流過大的現(xiàn)象。并且蓄電池放電時間越長，在恒壓充電初期產(chǎn)生的過電流就越嚴(yán)重。這樣頻繁的過電流在大容量UPS中的充電器就不像小容量UPS那么方便，因為充電電壓高達幾百伏，充電電流為幾十安。如果再用開關(guān)電源(PWM)的方法就很困難，這時可以求助于晶閘管整流元件，可采用三相全控橋式整流電路來做充電器。   圖3-88所示為100kVA UPS的整流充電器框圖。   由圖中可以看出，此充電器分為3個主要部分，即三相全控橋式整流器，由晶閘管VT1~VT6及濾波電感L1、L2組成；采樣電路的功能是對三相橋輸出的充電電壓和電流進行反饋，然后將采樣監(jiān)測的結(jié)果送到控制電路，以調(diào)整全控橋的工作狀態(tài)。
  圖3-89示出該方案的充電曲線。該曲線表明，充電分3個階段：初期由于蓄電池放電后損失很大，急需補充，故需充電電流較大，如不限流對蓄電池不利，故這一階段是恒流充電，當(dāng)電壓達到設(shè)計值時，轉(zhuǎn)為恒壓充電，恒壓充電電壓對每個單元蓄電池而言為2.25V。這個周期約為24h；其充電電流是這樣決定的 式中，IGB為充電電流；Uch為恒壓充電期間的充電電壓；UGB為蓄電池組端電壓；r為蓄電池組內(nèi)阻和線路電阻之和。   充電初期的最大充電電流IGBmax，對于鉛酸蓄電池為0.1C，對鎳鉻蓄電池為0.2C。
  為了對蓄電池進行保養(yǎng)，增加其使用壽命，對蓄電池充電還應(yīng)采取下述措施：
  (1)均衡充電當(dāng)蓄電池長期使用后，尤其是長時間浮充而不放電，或不定期放電，或其他原因，造成各蓄電池之間或每個單元蓄電池之間會出現(xiàn)電壓不一致(即不均衡)，這時用高于2.3V的電壓對蓄電池強行充電，使其極板活化，以達到各單元蓄電池電壓一致的目的。
  (2)周期充電當(dāng)放電時間超過規(guī)定時，就需要進行24h的周期充電。
  (3)浮充充電為了補充蓄電池由于自身放電而失去的那部分能量，充電器以很小的電流進行補充，以免由于自身損失太多而影響當(dāng)市電停電時的備用效果。
  至于各種UPS蓄電池的充電時間，一般小容量(1kVA)UPS的產(chǎn)品說明書上大多注明放電10min后充電10~12h。
  大功率UPS的充電時間一般都較長，如圖3-89所示，注明是24h。
  蓄電池充電時間長短關(guān)系甚大，譬如充電時間為24h的UPS，就意味著市電停電后的連續(xù)供電時間不能小于24h，這對那些間隔停電(白天停，晚上供)、偶然停電與計劃停電時同相隔很近的情況就不適應(yīng)，電池長時間不能充足，將會有很大損傷。



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