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在線式工頻ups不間斷電源
2024-07-17
適用于低功率應(yīng)用的帶小型電池組的高頻隔離在線不間斷電源 (UPS) 系統(tǒng)
不間斷電源 (UPS) 被廣泛用于在所有電網(wǎng)條件下向關(guān)鍵負(fù)載提供可靠和高質(zhì)量的電力。本文提出了一種用于低功率應(yīng)用的高頻隔離在線 UPS 系統(tǒng)。所提出的 UPS 由單級 AC-DC 轉(zhuǎn)換器、升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和逆變器組成。單級 AC-DC 轉(zhuǎn)換器提供電流隔離、輸入功率因數(shù)校正以及輸入和輸出電流的連續(xù)傳導(dǎo)。通過使用高壓增益升壓轉(zhuǎn)換器，低電池組電壓升壓至高直流鏈路電壓，從而允許將電池組減少到僅 24 V 并聯(lián)電池。并聯(lián)運行電池可提高電池性能，并解決與將電池串聯(lián)排列的傳統(tǒng)電池組相關(guān)的問題。逆變器為負(fù)載提供穩(wěn)壓輸出電壓。提出了一種用于逆變器的新型級聯(lián)滑動模式 (SM) 和比例諧振 (PR) 控制，可調(diào)節(jié)線性和非線性負(fù)載的輸出電壓。控制器在負(fù)載瞬變和階躍變化期間表現(xiàn)出色。此外，還介紹了升壓轉(zhuǎn)換器和 AC-DC 轉(zhuǎn)換器的控制器。為了驗證所提出的系統(tǒng)，介紹了 1 kVA 實驗室裝置的工作原理和實驗結(jié)果。
簡介
不間斷電源 (UPS) 為通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、醫(yī)療設(shè)備等關(guān)鍵負(fù)載提供清潔、經(jīng)過調(diào)節(jié)且可靠的電力 。通常，無論電網(wǎng)狀況如何，UPS 都能提供單位功率因數(shù)、高效率、高可靠性、低成本和持續(xù)供電。
UPS 系統(tǒng)可分為在線、離線和在線互動式 UPS 系統(tǒng)。其中，在線 UPS 系統(tǒng)是流行和常見的配置，因為它們將負(fù)載與電網(wǎng)隔離，并且切換時間可以忽略不計。傳統(tǒng)的在線 UPS 系統(tǒng)由用于 PFC 的整流器、電池組和與負(fù)載連接的逆變器組成。通常使用電網(wǎng)頻率變壓器來降低電池組電壓，并與電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬變和尖峰隔離。由于變壓器以電網(wǎng)頻率運行，因此會顯著增加系統(tǒng)的體積和重量。
基于高頻變壓器的 UPS 通過減小系統(tǒng)尺寸以及在負(fù)載和電網(wǎng)之間提供適當(dāng)?shù)碾娏鞲綦x，為上述問題提供了有效的解決方案。此外，這些 UPS 系統(tǒng)具有高功率因數(shù)校正、斬波器和轉(zhuǎn)換器級的零電壓開關(guān) (ZVS) 以及低成本設(shè)計。然而，由于直流鏈路電壓高，多個電池串聯(lián)連接，降低了系統(tǒng)的可靠性。
顯示了不同高頻變壓器型 UPS 與串聯(lián)電池的比較。串聯(lián)電池布置在充電和放電方面存在重大缺點和局限性。由于每個電池單元的電壓不相等，因此在充電和放電過程中，電池單元之間的電壓會發(fā)生輕微不平衡。因此，它們在充電和放電過程中的性能不同。電池過度充電可能會導(dǎo)致嚴(yán)重過熱、性能低下甚至損壞。同樣，深度放電會永久損壞電池單元 。由于這個原因，并聯(lián)運行的小型電池組可顯著提高電池組的性能。并聯(lián)運行的電池具有以下優(yōu)點：
不同電池組的高頻變壓器UPS比較
(1)電池數(shù)量不受直流母線電壓限制。電池組的體積、重量和備用時間應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計。
(2)由于不需要額外的電壓平衡電路，因此降低了成本。
(3)損壞的電池可以在電池組中隔離或更換，而不會中斷敏感系統(tǒng)的運行。這是 UPS 系統(tǒng)的主要功能。
(4)由于可以單獨分析電池的放電電流，因此可以更有效地利用電池中存儲的能量。
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