專利名稱：不斷電電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的不斷電電源裝置。
這樣一種不斷電電源裝置是在市場上可得到的，例如在西門子公司產(chǎn)品說明書“靜態(tài)不斷電電源”中-標(biāo)題為“USV系列42、功率范圍10至500KVA”訂貨號為E20001-P1b1-A4-，已詳細(xì)描述。


圖1表示這樣一種不斷電電源裝置2(USV裝置)的簡化電路概圖。該USV裝置2由一個電壓中間回路的變流器4組成，該變流器由組件整流器6、電壓中間回路8及逆變器10組成。此外，該USV裝置2還具有以下組件電網(wǎng)整流扼流圈L10，電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12，輸出濾波器14，變流器4的控制裝置16，電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12的開關(guān)裝置18，整流器輸入側(cè)開關(guān)Q10，手動分路開關(guān)Q50，電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置開關(guān)Q51，直流電壓母線端子C及D，整流器6的電網(wǎng)端子U1、V1、W1，電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12的電網(wǎng)端子U2、V2、W2、N，一個用電器的端子U3、V3、W3、N，一個并聯(lián)單元的端子U4、V4、W4、N，操作區(qū)20，監(jiān)視及診斷系統(tǒng)22及遠(yuǎn)程信號發(fā)送裝置24。
設(shè)置了一個全控晶閘管三相電流橋(6脈沖)作為整流器6。對于整流器6也可選擇地設(shè)置一個12脈沖的三相電流橋，以便能明顯地減小對電網(wǎng)的反饋作用。在500KVA功率的情況下，該USV裝置總是用12脈沖方式實施。在整流器6用12脈沖實施方式的情況下，使用兩個預(yù)調(diào)節(jié)的6脈沖三相電流橋，它們借助一個變壓器錯開30°電角度地工作。在變流器控制裝置16中實現(xiàn)的對整流器6的控制和調(diào)節(jié)包括以下功能-利用IU特征曲線及限制充電電流來實現(xiàn)用軟件對電池的保護(hù)性自動充電的控制，-防止整流器過載的電流限制，-在電網(wǎng)備用裝置工作時減小對電流的限制及使用傾斜的電壓特性曲線，-可控起動緩慢提高電壓及電流，無接通電流沖擊，-在兩個整流器并聯(lián)工作時可控地進(jìn)行電流分配，以避免非均勻負(fù)荷，-在多單元設(shè)備的情況下分級起動整流器。
電壓中間回路8構(gòu)成為濾波回路。該濾波回路由兩個扼流圈L11及一個電容器C20組成。這兩個扼流圈L11分別連接在一個直流電壓母線中。該濾波回路降低了直流電壓的自然波動并消除了可能出現(xiàn)的電壓峰值。中間回路電壓被濾平并且電池電流的波動會很小，這就保護(hù)了電池。該USV的原理基于中間回路電壓或是由電網(wǎng)或是當(dāng)其故障時由電池保持在一個范圍內(nèi)，該范圍可使逆變器做到將輸出電壓保持恒定。
逆變器10由一個晶體管橋式電路組成，該電路的輸出側(cè)連接在輸出濾波器14之后。該輸出濾波器14由一個具有大漏電感的變壓器T20及濾波電容器C30組成。變壓器T20的漏電感與濾波電容器C30構(gòu)成三相輸出濾波器14，它從脈寬被調(diào)制過的逆變器輸出電壓中濾出基波電壓并由此產(chǎn)生具有低失真系數(shù)的正弦輸出電壓。輸出電壓根據(jù)超正弦(Supersinus)的脈寬調(diào)制(PWM)方法通過逆變器相位調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。由于高脈沖頻率，可以非?？斓剡M(jìn)行調(diào)節(jié)(瞬時值調(diào)節(jié))。因為由此使輸出電壓的曲線形狀受到積極的影響，也補(bǔ)償了由非正弦電流的用電器(非線性負(fù)載)產(chǎn)生的反饋作用。在變流器控制裝置16中進(jìn)行的逆變器10的控制與調(diào)節(jié)包含以下功能-具有高動態(tài)性能地調(diào)節(jié)電壓，-限制電流，-調(diào)節(jié)頻率，-調(diào)節(jié)角度與電網(wǎng)及與并聯(lián)的USV單元精確地同步，由此在轉(zhuǎn)換過程中無需任何平衡電流也沒有電流沖擊，-調(diào)節(jié)瞬時值輸出電壓的失真系數(shù)很小，在非線性負(fù)載時也如此，高峰值電流，對曲線形狀的積極影響，高動態(tài)特性，-形成脈沖功率晶體管的開關(guān)狀態(tài)將持續(xù)地被監(jiān)測，不可能產(chǎn)生錯誤脈沖，在極限狀態(tài)下最佳利用功率部分。
電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12由三相晶閘管開關(guān)26、接觸器K50，及一個控制裝置18組成。三相晶閘管開關(guān)26能夠不延遲地接收負(fù)載電流。在一預(yù)定時間間隔后接觸器K50承接持續(xù)電流。電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12的連接在以下情況時不斷電-逆變器10過載，-短路，-逆變器故障，-在手動切斷逆變器10時。
用于控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、監(jiān)控、顯示及操作的電子部件可插接地設(shè)置在一個組件支架中及設(shè)置在與功能或部件相關(guān)的外圍組件中。這些電子部件在很大程度上由微處理機(jī)或微控制器數(shù)字化，其中使用了SMD、多層及混合電路技術(shù)。
在用于裝置功能的必要組件中設(shè)置一個獨立的監(jiān)測及診斷系統(tǒng)22。通過操作區(qū)20的顯示器可提供關(guān)于設(shè)備狀態(tài)的詳細(xì)信息并有助于故障診斷。該系統(tǒng)22可調(diào)用地準(zhǔn)備好已處理的實際測量值，根據(jù)特征曲線方法推測預(yù)計可提供的電池跨接時間，提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)，持續(xù)地存儲地模擬量和數(shù)字量，記錄故障前、后的過程，檢測故障及幫助診斷。
監(jiān)測及診斷系統(tǒng)22包括一個電池緩沖過程信號存儲器，它持續(xù)地從USV裝置采集大量的信號狀態(tài)。在故障時，該存儲過程還將進(jìn)行幾次，因此可以記錄故障前后的過程。隨后可讀出被存儲的電池參數(shù)。
操作區(qū)20的顯示器提供-功能塊及設(shè)備狀態(tài)的顯示，-自動電池測試的選擇，-其它實際測量值及由此導(dǎo)出的值的顯示。
該USV設(shè)備2的整流器及電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置的輸入端與去無線電干擾電容對地連接并在各相及零線N之間與壓敏電阻(過電壓限制器)相連接。它們與電壓中間回路8的LC濾波器一起保護(hù)該設(shè)備免遭電網(wǎng)過電壓。
正如我們能從該公知的USV設(shè)備2的簡化電路概圖中能得知的，各組件整流器6、電壓中間回路8及逆變器10單獨構(gòu)成并在空間上隔開地設(shè)置在設(shè)備2中(如點劃線所示)。這些組件是針對USV設(shè)備2的應(yīng)用場合專門開發(fā)的。這也適合于輸出濾波器14，其中變壓器T20是特殊制作的，因為它既要變換電壓又要用于濾波。在新開發(fā)USV設(shè)備2時，對這些組件必須進(jìn)一步地重新研制。
在市場上可以得到用于變速傳動裝置的電壓中間回路變流器(西門子公司產(chǎn)品說明書“SIMOVERT MASTER DRIVES”訂貨號E20002-K4065-A111-A1)。這種傳動技術(shù)的變頻器作為組合或裝置或組裝式裝置在市場上可購得。該組合式裝置是按節(jié)省位置的“Booksitz”格式設(shè)計的。其組裝簡便地通過將該組合式裝置掛在標(biāo)準(zhǔn)的G母線上并通過在裝置底側(cè)中部的螺絲固定便可實現(xiàn)。這種組合式及組裝式裝置可以彼此無中間距離地組裝在一起。這就減小了所需的開關(guān)柜尺寸。該組合裝置系列按通用的接線技術(shù)來設(shè)計。通常，電網(wǎng)及直流電壓端子在上方，而電動機(jī)端子在下方。該新一代的裝置SIMOVERT MASTER DRIVES由高效率元件的模塊式系統(tǒng)組成。這些元件可單獨地用于每種應(yīng)用場合。在設(shè)計這種裝置的結(jié)構(gòu)時，強(qiáng)調(diào)突出了易于操作、組裝簡便、接線容易及部件的等同性。這體現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)殼、固定件、端子平面、信號線及母線的連接。
各元件被劃分為電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)元件及負(fù)載側(cè)系統(tǒng)元件。電網(wǎng)整流扼流圈及電網(wǎng)濾波器屬于電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)元件。電網(wǎng)整流扼流圈用來限制電網(wǎng)諧波。電網(wǎng)整流扼流圈通過其電感來減小變流器和供電裝置及供電/反饋裝置的諧波電流。該扼流圈的作用和電網(wǎng)短路功率與傳動裝置視在功率的比例有關(guān)。電網(wǎng)濾波器使變流器、供電裝置及饋入/反饋裝置產(chǎn)生的無線電干擾電壓減小到公用電網(wǎng)的極限值上。
輸出扼流圈及正弦濾波器屬于負(fù)載側(cè)系統(tǒng)元件。輸出扼流圈用于補(bǔ)償長導(dǎo)線時的有效轉(zhuǎn)換電流，可采用鐵心扼流圈或鐵氧體扼流圈。正弦濾波器由逆變器的脈寬被調(diào)制過的輸出信號產(chǎn)生出正弦電壓，它具有很小的失真系數(shù)。
現(xiàn)在，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種不斷電的電源裝置，其中功率部分的開發(fā)費用可減至最小，并能利用已有的系統(tǒng)協(xié)同機(jī)理。
本發(fā)明的目的將通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。
即通過采用市場上可得到的傳動技術(shù)用變頻裝置作為不斷電電源裝置的電壓中間回路變流器，可使USV設(shè)備功率部分的開發(fā)費用減至最小。此外，使用經(jīng)受過技術(shù)檢驗及驗收的裝置作為USV設(shè)備的功率部件，由此通過補(bǔ)充公知的部件來形成新的USV設(shè)備。由于使用了公知的變頻裝置，考慮到電池，該中間回路電壓沒有足夠地濾平，借助一個電池耦合裝置使電池連接到電壓中間回路的端子上。通過使用變頻裝置及電池耦合裝置可使USV設(shè)備的這些部件任意地布置在設(shè)備中，從而使該USV設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸減小。
變頻裝置的控制及調(diào)節(jié)功能在很大程度上可被采用，因為恒定電壓及恒定頻率是可變電壓及可變頻率工作的一個特例。由此使新USV裝置單元開發(fā)的費用進(jìn)一步節(jié)省。對電池工作的調(diào)節(jié)現(xiàn)在可轉(zhuǎn)移到電池耦合裝置上。
在不斷電電源裝置的一個有利的實施形式中，使用正弦濾波器取代專用變壓器及后置的濾波電容器。由此就可使用市場上可得到的具有小漏感的變壓器以取代具有大漏感的專用變壓器。由此減小了不斷電電源裝置的成本。此外，市場上通用的變壓器相對專用變壓器需要的安裝位置更小。
該不斷電電源裝置的進(jìn)一步有利的設(shè)計方案可由從屬權(quán)利要求4至9中得知。
為了詳細(xì)地說明本發(fā)明將參照附圖，在附圖中概要地表示了一個根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源裝置的有利實施形式。
圖1是在市場上可獲得的USV裝置的簡化電路概圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的USV裝置的一個優(yōu)選實施形式的電路概圖。
在圖2中示出一個根據(jù)本發(fā)明的不斷電電源裝置2的有利實施形式的簡化電路概圖，其中與圖1中相同的部件標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記。在圖2中示出EMV濾波器28及作為過電壓保護(hù)器使用的壓敏電阻30。為了避免重復(fù)描述，在對該圖的說明中僅描述與圖1所示公知USV設(shè)備2的電路概圖不同之處。
在圖2的電路圖中使用市場上通用的傳動技術(shù)用變頻器裝置32來取代圖1中所示的電壓中間回路變流器4。在該變頻器32的輸入側(cè)設(shè)有一個扼流圈L11及一個輸入濾波器34。在該變頻器32的輸出側(cè)設(shè)有一個正弦濾波器36。在正弦濾波器36的輸出側(cè)設(shè)有一個變壓器38，其后接有一個補(bǔ)償電容器40。在變頻器裝置32的直流電壓母線端子C和D上連接有一個電池耦合裝置42，后者的輸出側(cè)與一個電池44相連接。該電池耦合裝置42的結(jié)構(gòu)和功能被詳細(xì)地描繪及描述在一個同時提交的德國專利申請中。
如開頭部分所描述的那樣，該傳動技術(shù)用變頻器具有一個B6變速系統(tǒng)的二極管整流器、一個中間回路電容器及一個逆變器，其中逆變器中的變流元件是可關(guān)斷的場效應(yīng)半導(dǎo)體元件，尤其是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。該變頻器裝置32同樣具有一個控制及調(diào)節(jié)裝置46，它相應(yīng)地被表示在變頻器32的方框中。
為了去除由電感負(fù)載分量及由輸出變壓器38的磁化電流引起的變流器32的位移無功電流，在負(fù)載側(cè)使用了補(bǔ)償電容器40。為了在純電阻USV負(fù)載時使所產(chǎn)生的變流器電流大約等于在電阻-電感負(fù)載時的電流量，選擇在電網(wǎng)頻率時有約30％濾波器橫向電流的補(bǔ)償電容40。在正弦濾波器36中設(shè)有一個其量值約為補(bǔ)償電容40電容量10％的電容。在考慮變壓器的變壓比的情況下補(bǔ)償由此可能產(chǎn)生的負(fù)容差。
可使用正弦濾波器36作為傳動技術(shù)用變頻器32的選擇部件。它可使用變頻器裝置32的相應(yīng)功率參數(shù)。它將由矩形的變頻器電壓脈沖產(chǎn)生出接近正弦的電壓。它由無源LC濾波電路組成。
由于變壓器38除了作變換電壓外不必再兼作輸出濾波器，因此可使用具有小漏感的變壓器38。這樣一種具有預(yù)定的變壓比及預(yù)定的結(jié)構(gòu)功率的變壓器38可從市場上得到。這種市場上通用的變壓器38相對于圖1中所示的具有大漏感的專用變壓器T20更便宜并具有小的結(jié)構(gòu)尺寸，這就對USV裝置2的結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生了有利影響。
因此，我們可以利用市場上通用的傳動技術(shù)組件(變頻器32，電池耦合裝置42，輸入濾波器34，正弦濾波器36及變壓器38)及USV專用組件(電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置12，手動分流開關(guān)Q50)組裝成一個不斷電電源裝置2，它利用了傳動技術(shù)中技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面的協(xié)調(diào)配合機(jī)理。由此大大地減小了開發(fā)時間及成本，因而使USV裝置2的結(jié)構(gòu)尺寸和價格降低。通過改進(jìn)變頻器裝置32的電子部分可實現(xiàn)USV裝置的特定特性。
權(quán)利要求
1．一種不斷電電源裝置(2)，其具有一個與第一電網(wǎng)(U1、V1、W1、N1)相連接的電網(wǎng)整流扼流圈(L10)，一個連接其后的具有附屬控制裝置(16)的電壓中間回路變流器(4)，該變流器后連接了一個由具有較大漏感的變壓器(T20)及濾波電容器(C30)組成的輸出濾波器(14)，其中具有附屬控制裝置(18)的電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置(12)與另一電網(wǎng)(U2、V2、W2、N)相連接，及具有一個手動分流開關(guān)(Q50)，用于將另一電網(wǎng)(U2、V2、W2、N)轉(zhuǎn)接到一用電器(U3、V3、W3、N)上，其特征在于作為變流器(4)采用了傳動技術(shù)所用變頻器(32)；在該變頻器(32)的前面連接有一個輸入濾波器(34)；在變頻器(32)的直流電壓母線端子(C、D)上連接有一個濾平電壓的電池耦合裝置(42)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的不斷電電源裝置(2)，其中使用后面接有具有小漏感的變壓器(38)的正弦濾波器(36)來代替輸出濾波器(14)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的不斷電電源裝置(2)，其中在變壓器(38)的后面接有一個補(bǔ)償電容器(40)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的不斷電電源裝置(2)，其中在對第一電網(wǎng)及另一電網(wǎng)(U1、V1、W1；U2、V2、W2)設(shè)置的輸入開關(guān)(Q10、Q51)后面分別接有一個過電壓保護(hù)裝置。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的不斷電電源裝置(2)，其中在輸入側(cè)及輸出側(cè)分別設(shè)有一個EMV濾波器(28)。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的不斷電電源裝置(2)，其中作為過電壓保護(hù)裝置采用一壓敏電阻(30)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的不斷電電源裝置(2)，其中在變頻器(32)的后面接有一個電網(wǎng)整流扼流圈，在該變頻器的前面接有另一扼流圈(L12)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的不斷電電源裝置(2)，其中輸入濾波器(34)及正弦濾波器(36)是傳動技術(shù)用變頻器(32)的系統(tǒng)部件。
9．根據(jù)權(quán)利要求4所述的不斷電電源裝置(2)，其中所述EMV濾波器(28)是傳動技術(shù)用變頻器(32)的系統(tǒng)部件。
全文摘要
一種不斷電電源裝置(2),它具有一個電網(wǎng)整流扼流圈(L10)、一個帶有附屬控制裝置(16)的電壓中間回路變流器(4)、一個由具有較大漏感的變壓器(T20)及濾波電容器(C30)組成的輸出濾波器,一個具有附屬控制裝置(18)的電網(wǎng)反饋開關(guān)裝置(12)及一個手動分流開關(guān)(Q50)。根據(jù)本發(fā)明,使用傳動技術(shù)中的變頻器(32)作為變流器(4),該變頻器(32)的前面接有一個輸入濾波器(34),以在其直流電壓母線端子(C、D)上接有一個電池耦合裝置(42)。因此可以用市場上通用的傳動技術(shù)組件及USV專門組件構(gòu)成不斷電電源裝置(2),它利用了傳動技術(shù)中技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的協(xié)調(diào)配合機(jī)理。
文檔編號H02J9/06GK1204423SQ96198957
公開日1999年1月6日 申請日期1996年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月12日
發(fā)明者德特利夫·博爾丁, 卡爾－海因茨·比特納, 羅蘭·休姆法納, 卡爾·弗萊希 申請人:西門子公司