張黎蓉

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實例講述了主要組成部分相關參數的確定。

關鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學技術的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對電質量的要求及依賴性也越來越高。尤其是對一些不允許間斷供電的重要負荷的場合提出了更高的要求，比如：轉爐、氧槍提升等轉動設備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負載，一旦斷電將導致運行中的機組停運，會給企業(yè)造成巨大的經濟損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場合提供了可靠的電源保障。

1 設計思想

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流對設備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動功能可以使輸出電壓和頻率均從零開始，即限制了啟動電流，甚至小于額定電流電機都可以正常啟動，這樣不但減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，而且還延長了設備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調。由此只要配套一組蓄電池，就可實現(xiàn)對負載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開關充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構成。

當交流供電正常時，由三相正弦交流電給變頻器負荷提供電源且電池不接入變頻器，同時交流電源由隔離變壓器經充電模塊對電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確保可靠后備電源；當交流輸入電源中斷時，電池投入變頻器直流電源側使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實例應用

遼寧凌源鋼鐵項目現(xiàn)場要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負載能連續(xù)工作，且后備時間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門子6SE70系列，對應額定功率15 kW選取即可。電機制動時（事故剎車），其由慣性產生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應的制動單元。制動單元實質上是一個斬波器，它根據直流母線上電壓值的大小判斷制動的狀態(tài)從而進行投入和切除。同時它還可以監(jiān)控制動電阻上流過的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動功率或提高長時間制動功率，可以再外接一個與其匹配的制動電阻。

3.2 蓄電池組

該設備采用閥控式密封鉛酸免維護蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長、無污染、體積小、放電性能好、維護量小等優(yōu)點。

3.2.1 電池只數的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當電壓低至 V時，變頻器仍然可以正常工作。

根據變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對照陽光電池放電表（見表1），得知：終止電壓在1.75 V時，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對應的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進的PWM脈寬調制技術，使其具有大功率輸出的特點。同時充電模塊采用獨特結構，對小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會過充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內部溫度檢測，當溫度高時，自動開啟風扇散熱。在此基礎上采用抗干擾能力極強的計算機、串行A/D、D/A轉換器等新型器件，實現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對電池進行恒壓限流充電。通過通信接口還可對模塊進行啟/?？刂?、參數設定、運行狀態(tài)檢測等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個數；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據，得出 V考慮到電網電壓的波動及交流變直流時的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎上還需考慮一個可靠系數，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設計，即10 A充電模塊2個。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機操作界面的監(jiān)控模塊是整個設備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測單元兩部分。其功能為：通過內部通信總線與檢測單元、充電模塊等進行信息交換，獲得各種運行參數，實施各種控制操作，從而實現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測、遙控、遙調；根據獲得的信息進行處理，并通過無源接點輸出報警信息或給充電模塊發(fā)出相應的控制命令；根據對交流進線電壓的監(jiān)測，控制雙路交流輸入的切換；按照預設的充電曲線控制充電模塊對電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺計算機通信；監(jiān)測交流輸入電壓、輸出過壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國內的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結語

此設備在現(xiàn)場運行良好，期間曾多次因為停電為現(xiàn)場提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場設備能夠正常運行，得到用戶一致的認可。

參考文獻

[1] 電力行業(yè)標準.電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國.中國電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國電力出版社，2009.endprint

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實例講述了主要組成部分相關參數的確定。

關鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學技術的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對電質量的要求及依賴性也越來越高。尤其是對一些不允許間斷供電的重要負荷的場合提出了更高的要求，比如：轉爐、氧槍提升等轉動設備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負載，一旦斷電將導致運行中的機組停運，會給企業(yè)造成巨大的經濟損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場合提供了可靠的電源保障。

1 設計思想

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流對設備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動功能可以使輸出電壓和頻率均從零開始，即限制了啟動電流，甚至小于額定電流電機都可以正常啟動，這樣不但減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，而且還延長了設備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調。由此只要配套一組蓄電池，就可實現(xiàn)對負載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開關充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構成。

當交流供電正常時，由三相正弦交流電給變頻器負荷提供電源且電池不接入變頻器，同時交流電源由隔離變壓器經充電模塊對電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確?？煽亢髠潆娫矗划斀涣鬏斎腚娫粗袛鄷r，電池投入變頻器直流電源側使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實例應用

遼寧凌源鋼鐵項目現(xiàn)場要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負載能連續(xù)工作，且后備時間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門子6SE70系列，對應額定功率15 kW選取即可。電機制動時（事故剎車），其由慣性產生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應的制動單元。制動單元實質上是一個斬波器，它根據直流母線上電壓值的大小判斷制動的狀態(tài)從而進行投入和切除。同時它還可以監(jiān)控制動電阻上流過的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動功率或提高長時間制動功率，可以再外接一個與其匹配的制動電阻。

3.2 蓄電池組

該設備采用閥控式密封鉛酸免維護蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長、無污染、體積小、放電性能好、維護量小等優(yōu)點。

3.2.1 電池只數的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當電壓低至 V時，變頻器仍然可以正常工作。

根據變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對照陽光電池放電表（見表1），得知：終止電壓在1.75 V時，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對應的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進的PWM脈寬調制技術，使其具有大功率輸出的特點。同時充電模塊采用獨特結構，對小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會過充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內部溫度檢測，當溫度高時，自動開啟風扇散熱。在此基礎上采用抗干擾能力極強的計算機、串行A/D、D/A轉換器等新型器件，實現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對電池進行恒壓限流充電。通過通信接口還可對模塊進行啟/?？刂啤翟O定、運行狀態(tài)檢測等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個數；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據，得出 V考慮到電網電壓的波動及交流變直流時的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎上還需考慮一個可靠系數，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設計，即10 A充電模塊2個。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機操作界面的監(jiān)控模塊是整個設備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測單元兩部分。其功能為：通過內部通信總線與檢測單元、充電模塊等進行信息交換，獲得各種運行參數，實施各種控制操作，從而實現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測、遙控、遙調；根據獲得的信息進行處理，并通過無源接點輸出報警信息或給充電模塊發(fā)出相應的控制命令；根據對交流進線電壓的監(jiān)測，控制雙路交流輸入的切換；按照預設的充電曲線控制充電模塊對電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺計算機通信；監(jiān)測交流輸入電壓、輸出過壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國內的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結語

此設備在現(xiàn)場運行良好，期間曾多次因為停電為現(xiàn)場提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場設備能夠正常運行，得到用戶一致的認可。

參考文獻

[1] 電力行業(yè)標準.電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國.中國電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國電力出版社，2009.endprint

摘 要：本文介紹了交流變頻型不間斷電源的組成及工作原理，并舉實例講述了主要組成部分相關參數的確定。

關鍵詞：不間斷電源 變頻器 蓄電池

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0007-02隨著科學技術的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們對電質量的要求及依賴性也越來越高。尤其是對一些不允許間斷供電的重要負荷的場合提出了更高的要求，比如：轉爐、氧槍提升等轉動設備以及電力、冶金、石化等行業(yè)的冷卻潤滑系統(tǒng)中的水泵、油泵等類負載，一旦斷電將導致運行中的機組停運，會給企業(yè)造成巨大的經濟損失。交流變頻型不間斷電源的出現(xiàn)為這些場合提供了可靠的電源保障。

1 設計思想

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流對設備、管路的使用壽命都不利。而變頻器的軟啟動功能可以使輸出電壓和頻率均從零開始，即限制了啟動電流，甚至小于額定電流電機都可以正常啟動，這樣不但減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，而且還延長了設備的使用壽命。

目前常用的電壓型變頻器，其中間直流環(huán)節(jié)的電壓約為510～620 V，如果在市電停電后能為變頻器的中間環(huán)節(jié)提供一路這樣的直流電壓，其逆變器就能不間斷地輸出三相正弦交流電壓，而且其電壓及頻率均能連續(xù)可調。由此只要配套一組蓄電池，就可實現(xiàn)對負載的不間斷供電。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

由圖1可以看出，交流變頻型不間斷電源主要由矢量變頻器、蓄電池組、高頻開關充電模塊、監(jiān)控模塊和隔離變壓器構成。

當交流供電正常時，由三相正弦交流電給變頻器負荷提供電源且電池不接入變頻器，同時交流電源由隔離變壓器經充電模塊對電池依電池狀態(tài)處于浮充或均充工況，使充電安全且滿容量充電，確?？煽亢髠潆娫?；當交流輸入電源中斷時，電池投入變頻器直流電源側使變頻器有可靠后備電源，繼續(xù)提供三相變頻電源輸出。

3 實例應用

遼寧凌源鋼鐵項目現(xiàn)場要求變頻器輸出功率為15 kW，交流事故停電后由電池繼續(xù)給變頻器供電，保證負載能連續(xù)工作，且后備時間為10 min以上。

3.1 矢量變頻器

變頻器選取西門子6SE70系列，對應額定功率15 kW選取即可。電機制動時（事故剎車），其由慣性產生的能量需要被消耗掉，所以需配備相應的制動單元。制動單元實質上是一個斬波器，它根據直流母線上電壓值的大小判斷制動的狀態(tài)從而進行投入和切除。同時它還可以監(jiān)控制動電阻上流過的電流，使其正常、安全的工作。為了加大制動功率或提高長時間制動功率，可以再外接一個與其匹配的制動電阻。

3.2 蓄電池組

該設備采用閥控式密封鉛酸免維護蓄電池（VRLA）作為后備電源，其具有壽命長、無污染、體積小、放電性能好、維護量小等優(yōu)點。

3.2.1 電池只數的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），計算變頻器正常工作電壓的上限和下限值，即： V； V。

變頻器的直流工作電壓取其平均值，即：

由此得，取N=42只。

即： V

此電壓值在變頻器工作電壓范圍內，所以電池按42只選取即可。

Un為變頻器直流輸入電壓；Uf為單體蓄電池浮充電電壓。

3.2.2 電池終止電壓的確定

根據變頻器直流額定工作電壓范圍：510 V（-15%）-650（+10%），即當電壓低至 V時，變頻器仍然可以正常工作。

根據變頻器最低工作電壓，由此推算單只電池的放電終止電壓為： V。

蓄電池放電電流的計算公式為：。

P為變頻器功率，Pt為變頻器功率因數，η為變頻器效率，U為放電后電池組端電壓 A。

對照陽光電池放電表（見表1），得知：終止電壓在1.75 V時，放電15 min，大于32.96 A的電流值為46 A，即對應的電池為32 AH。由此可知15 kW的變頻器，至少需要配備32 AH的電池。

3.3 充電模塊的選擇

充電模塊采用新型大容量IGBT功率器件及先進的PWM脈寬調制技術，使其具有大功率輸出的特點。同時充電模塊采用獨特結構，對小容量的電池也能做到穩(wěn)定的恒流充電，不會過充或欠充。因此具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度，確保用電安全和延長電池使用壽命。而且該IGBT充電模塊帶有內部溫度檢測，當溫度高時，自動開啟風扇散熱。在此基礎上采用抗干擾能力極強的計算機、串行A/D、D/A轉換器等新型器件，實現(xiàn)模塊的智能控制，確保其對電池進行恒壓限流充電。通過通信接口還可對模塊進行啟/?？刂?、參數設定、運行狀態(tài)檢測等操作。

3.3.1 充電模塊電壓的確定

即

Ur為充電裝置的額定電壓；n為蓄電池單體個數；Ucm為充電末期單體蓄電池電壓（閥控式鉛酸蓄電池為2.4 V）。

根據，得出 V考慮到電網電壓的波動及交流變直流時的占空比，為了提高電池和變頻器的可靠性，在此基礎上還需考慮一個可靠系數，即充電模塊需輸出的電壓為： V，由此可知充電模塊的輸入電壓為500 V，輸出電壓為605 V。

4.3.2 充電模塊電流的確定

充電模塊的主要作用就是給電池充電，而鉛酸蓄電池充電電流為0.1C10，即為 A由此，充電模塊額定電流為10 A，同時為了保證系統(tǒng)的可靠，一般充電模塊都為冗余設計，即10 A充電模塊2個。

3.4 監(jiān)控模塊

具有人機操作界面的監(jiān)控模塊是整個設備的信息處理中心，它分為監(jiān)控單元和檢測單元兩部分。其功能為：通過內部通信總線與檢測單元、充電模塊等進行信息交換，獲得各種運行參數，實施各種控制操作，從而實現(xiàn)電源系統(tǒng)的“四遙”功能，即遙信、遙測、遙控、遙調；根據獲得的信息進行處理，并通過無源接點輸出報警信息或給充電模塊發(fā)出相應的控制命令；根據對交流進線電壓的監(jiān)測，控制雙路交流輸入的切換；按照預設的充電曲線控制充電模塊對電池的充電；提供RS-232、RS-422或RS-485接口與后臺計算機通信；監(jiān)測交流輸入電壓、輸出過壓、輸出電流、電池充電電壓、電池充電電流。

3.5 變壓器容量的確定

國內的供電電源一般都是380～400 V，而現(xiàn)在充電模塊輸入需要的交流電壓為500 V，所以需要使用隔離變壓器將電壓由380 V升壓到500 V，充電模塊是給電池提供直流充電電壓和電流的，電池已選定32 AH，那么根據鉛酸閥控式電池的充電特性，充電電流按照0.1倍的電池容量，由此得到電池的充電電流為3.2 A。

由此得出變壓器容量：

即

UE為整流變壓器二次線電壓；IE為整流變壓器二次線電流；ID為直流側電流

變壓器選用△/Y-11型，即變壓器為 2.5 kVA，380/500 V△/Y-11。

4 結語

此設備在現(xiàn)場運行良好，期間曾多次因為停電為現(xiàn)場提供了穩(wěn)定可靠的電源，使現(xiàn)場設備能夠正常運行，得到用戶一致的認可。

參考文獻

[1] 電力行業(yè)標準.電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 白忠敏.電力工程直流系統(tǒng)設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009，9.

[3] 陸儉國.中國電氣工程大典—— 配電工程[M].北京：中國電力出版社，2009.endprint