APC不间断电源逆变器原理

逆变器是在线式交流APC不间断电源的核心，因为在在线式UPS系统中，无论市电正常与否，逆变电路都必须正常工作，除非逆变器发生故障，这是在线式UPS的特点决定的。因此，逆变器的设计在整个UPS设计中显得尤为重要。

逆变是将直流电变为交流电，实现逆变的电路称为逆变电路。APC不间断电源的交流输出侧直接和负载相连，其中的逆变电路属于无源逆变。

在许多场合，电网提供的50Hz工频电源不能满足负载的特殊需要。APC不间断电源的负载就是那些对电源的电压和频率的稳定性、波形崎变等有着严格的要求，且绝不允许瞬时停电的特殊负载.逆变器的主要功

能就是将整流/充电器输出的直流电压变换成稳压稳频CVCF的交流电。

 

逆变电路主要性能参数

描述逆变器性能的参貴和技术条件很多，这里仅就评价逆变器时常用的技术参数做一扼要说明。

（1）使用环境条件

逆变器正常使用条件：海拔高度不超过1000m,空气温度0±40℃。

（2）直流输入电源条件

输入直流电压波动范围：蓄电池组额定电压值的±15%。

（3）额定输出电压

在规定的输入电源条件下，输出额定电流时，逆变器应输出的额定电压值。电压波动范围：单相220V 土5%,三相380土5%。

（4）额定输出电流

在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应输出的额定电流值。

（5）额定输出频率

在规定的条件下，固定频率逆变器的额定输出频率为50Hz：频率波动范围:50Hz ±2%o

（6）最大谐波含量

正弦波逆变器，在阻性负载下，输出电压的最大谐波含量应≤10%

（7）过载能力

在规定的条件下，在较短时间内，逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器的过载能力应在规定的负载功率因数下，满足一定的要求。

（8）效率

在额定输出电压、输出、电流和规定的负载功率因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率(或直流功率)之比。

（9）负载功率因数

逆变器负载功率因数的允许变化范围，推荐值0.7—1.0。

（10）负载的非对称性

在10%的非对称负载下，固定频率的三相逆变器输岀电压的非对称性应≤10%。

（11）输出电压的不对称度

在正常工作条件下，各相负我对称，输出电压的不对称度应≤5%。

（12）起动特性

在正常工作条件下，逆变器在满载负载和空载运行条件下，应能连续5次正常起动。

（13）保护功能

逆变器应设置：短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护及缺相保

（14）干扰与抗干扰

逆变器应在规定的正常工作条件下，能承受一般环境下的电磁干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符合有关标准的规定。

（15）噪声

不经常操作、监视和维护的逆变器，应≤95db；经常操作、监视和维护的逆变器，应≤80db。

（16）显示

逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频率等参数的数据显示，并有输入带电、通电和故障状态的信号显示。在光伏/风力互补系统选用逆变器时，首要的是确定逆变器如下几个最主要

的技术参数：

输入直流电压范围，如DC24V, 48V、110V、220V等；额定输出电压，如三相380V,还是单相220V；输出电压波形，如正弦波、梯形波或方波。

 

三相桥式逆变电路及其控制方式

1、电路原理：

逆变最基本的电路就是桥式电路。三相桥式逆变电路原理电路如图所示。

图中的开关S1-6代表实际电路中的电力电子功率开关器件。只要开关按照一定的规律断开和闭合就能将直流电变为交流电。

在实际电路中，开关的切换(换相)通过换相电路或控制脉冲来实现。换相是逆变电路中一个十分重要的概念，因为实际电路中的电力电子开关器件并不是理想开美，它们的开通和关断必须在一定的控制条件下进行。无论是全控型还是半控型电力电子器件,只要给控制极适当的信号，就可以使其导通；但是关断时的情况就不同,全控型器件可以用控制极信号使其关断，而半控型的器件，必须采用一定的外部条件或措施才能使其关断•对于有自关断能力的器件来说，换相可通过自身来完成，称为器件换相；否则要借助其他手段来实现换相，如电网换相、负载换相、电容换相。

在APC不间断电源设计中，逆变器的直流输入侧来自整流器的整流输出或者蓄电池的直流输出，属于电压源，因此本设计中的逆变电路属于电压型逆变电路。它一般釆用180°导电模式，即在一个周期内每个臂导通180°。控制方式

电压型逆变电路的典型控制方式有相控和PWM控制两种。相控是指控制触发脉冲的相位，即脉冲触发时刻来改变输出电压脉冲的宽度，从而得到调节逆变输出电压的作用。这种控制方式输出电压为矩形波，其中含有较多的谐波，对负载有不利的影响；且功率因数不髙，调节时动态响应慢.采用PWM控制方式能够较好地克服上述缺点。PWM即脉冲宽度调制控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使之输出一系列幅值相等、宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。按照一定的规则，对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变输出电压的大小，又可改变输出频率。
理论和实践证明PWM逆变电路具有很强的谐波抑制能力。同时，它还具有下列特点：

(1)逆变输出波形接近正弦波；

(2)动态响应快；

(3)功率因数高。

随着自关断器件的出现并成熟后，P叫控制技术得到了很快的发展，PWM型逆变电路获得了广泛的应用。如今，PWM控制技术己成为电力电子技术中一个非常重要的组成部分，它对提高电力电子装置的性能，推动电力电子技术的发展起着巨大作用。

 

PWM型三相桥式逆变电路

正因为PWM控制技术的迅猛发展和广泛应用，APC不间断电源逆变电路越来越多地采用PWM控制方式。

下面详述PW逆变器的基本原理。在釆样控制理论中，有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同即环节的输出响应波形基本相同。这个结论是PWM控制的重要理论基础。下面以正弦脉宽调制SPWM为例说明PWM控制的基本原理。将正弦半波分成N等份，把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于n/N,但幅值不等，脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果此脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，并且使矩形脉冲和相应正弦部分面积即冲量相等，就得到了脉冲序列。这就是PWM波形。从中可看出PWM各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。根据冲蛍相等效果相同的原理，此PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦负半周，可用同样的方法得到相应的PWM波形。这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，成为SPWM波形。在PWM波形中，要改变等效输出正弦波的幅值只要按同一比例改变各脉冲的宽度即可。