技術(shù)交無(wú)變壓器的三相逆變器（連載二）梅蘭日蘭電子（中國(guó)）有限公司及安裝在兩個(gè)Da之間，以通過(guò)輔助二極管Da把此電壓恢復(fù)到直流電壓的原因。如果沒有這一電阻，電容器CW端的電壓可能達(dá)到很大的數(shù)值因而增加換向損耗。

　　自1980年起，所有梅蘭日蘭生產(chǎn)的UPS逆變器都只含有一臺(tái)變壓器，盡管取得了各種進(jìn)展（例如雙極型晶體管的出現(xiàn)帶來(lái)功率半導(dǎo)體的革新，以及電子控制級(jí)的IGBT等），但這種情況仍在繼續(xù)，且一直持續(xù)到二十一世紀(jì)初。其間雖然在1995年出現(xiàn)了Comet系列產(chǎn)品（無(wú)變壓器的逆變器結(jié)構(gòu)），然而此系列產(chǎn)品僅適用于功率矣30kVA的UPS.出現(xiàn)這一情形的主要原因是功率半導(dǎo)體器件換向時(shí)的損耗較大，而較高的耐壓要求又使得人們很難在不用變壓器的條件下成功地制作出大容量的變換器。

　　因此，曾一度使用的變壓器是為了利用它減少諧波和實(shí)現(xiàn)電壓耦合的特性。對(duì)于Galaxy和GalaxyPW兩個(gè)系列的產(chǎn)品，尤其如此。

　　Galaxy系列UPS的逆變器采用IGBT，如所示，變壓器一次側(cè)繞組采用開放式連接（openphase）而二次側(cè)繞組采用星形連接。每個(gè)一次側(cè)繞組都連接到兩個(gè)變換器支路的臂上，其作用就是一個(gè)單相逆變器橋。

　　因此，在二次側(cè)繞組上得到的電壓是獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這可有效地確保輸出電壓的良好平衡，而不管三相電流是否處于平衡狀態(tài)。應(yīng)該注意的是，此時(shí)電容器是星形連接于中線而不是三角形連接。使用橋式組件的連接方式可使每個(gè)支路的變換頻率相對(duì)于標(biāo)稱變換頻率減小1/2，這樣每個(gè)支路都只在1/2個(gè)周期內(nèi)工作（導(dǎo)通）。

　　無(wú)論是否有變壓器，此種配置都可使從整流器到逆變器的整機(jī)效率提篼到94%. GalaxyPw系列不僅僅只是一個(gè)變換器的事情了，此變壓器的耦合方式采用一次側(cè)三角形/二次側(cè)Z形連接。Z形連接不能消除3次及3次的電壓諧波，諧波是通過(guò)一次側(cè)三角形連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　z形連接可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額外的功能。首先，它可以實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)每相的輸出電壓。而各相電壓都與相應(yīng)的電壓變換器的輸出同相。此外，它可以吸收負(fù)載的如次諧波電流。避免這些諧波傳輸?shù)揭淮蝹?cè)繞組，這樣，IGBT的換向電流得以減弱，從而減少了換向損耗。

　　與濾波器的傳輸相比，變壓器一次側(cè)采用三角繞組的耦合方式更能減少換向次數(shù)，因?yàn)樵谝粋€(gè)給定時(shí)刻只用兩個(gè)變換器支路便足以實(shí)現(xiàn)一個(gè)三相的電源系統(tǒng)，此三相系統(tǒng)作為關(guān)斷時(shí)的電壓。這個(gè)念也常被稱為矢量控制，盡管此術(shù)語(yǔ)更多地出現(xiàn)在調(diào)速器術(shù)語(yǔ)中。

　　這就是變換器中的變壓器如何被逐步發(fā)展演變的過(guò)程。為了制作出無(wú)變壓器的逆變器，必須逐步解決的幾個(gè)問(wèn)題。

　　3無(wú)變S烀的逆變烀要組成一個(gè)無(wú)變壓器的逆變器，實(shí)際上至少需要3個(gè)單相的逆變器半橋。而每個(gè)逆變器半橋需要獨(dú)立地工作，產(chǎn)生出各自的輸出電壓。為使每個(gè)逆變器能夠輸出交流電壓的峰值，直流電壓E應(yīng)大于交流輸出電壓的峰值。考慮到在濾波電感中的電壓壓降和由于負(fù)載的各種變化引起的電壓壓降，應(yīng)使直流電壓￡增加一定的裕量。因此對(duì)于230V的輸出交流電壓有效值來(lái)說(shuō)，直流電壓￡必須滿足：忑=3挪。

　　這就是為什么經(jīng)常要使用到400V左右的直流電壓值。此電壓值要求功率半導(dǎo)體器件的耐壓必須耐受兩倍的DC400V，即800V以上的直流電壓。

　　對(duì)于有變壓器的UPS來(lái)說(shuō)，直接由380V市電電網(wǎng)整流得到的直流電壓僅僅為45V.為了獲得更高的直流電壓，整流器不能像以前那樣采用晶閘管整流了，因?yàn)檫@樣不能提高直流電壓而只能使其降低。因此需要采用一個(gè)升壓式的變換器，此類變換器只有采用像IGBT?類的現(xiàn)代半導(dǎo)體功率器件才能實(shí)現(xiàn)。如所不。

　　鑒于需要使用此類裝置來(lái)提升直流電壓，制作一個(gè)具有正弦電流輸入并與輸入電壓同相位（功率因數(shù)接近1）的整流器，變得格外地引人關(guān)注，0為一個(gè)無(wú)變壓器UPS的典型實(shí)例。

　　0中，直流電壓的中間點(diǎn)由兩只電容器分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　用PWM整流器可獲得800V的直流電壓，并且從電網(wǎng)中取得具有很低失真度的電流。電池不再像有變壓器的UPS那樣直接與直流總線并聯(lián)，因?yàn)橐陔姵毓╇姾笃讷@得800V的電壓，就需要一個(gè)更高的電池充電電壓（例如，>1000V，這在實(shí)際上是很難達(dá)到的）。

　　直流總線獲得經(jīng)降壓調(diào)整后的直流電壓對(duì)電池進(jìn)行充電，并能在電網(wǎng)停電時(shí)將電池的較低電壓提升為合適的電壓加在直流總線上。在中，它還擔(dān)負(fù)調(diào)整直流總線電壓中點(diǎn)的作用，此功能在實(shí)際制作中可由一個(gè)特殊的變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　當(dāng)今的IGBT，換向時(shí)間已經(jīng)變?yōu)闃O短（<1），實(shí)際上已經(jīng)幾乎沒有延時(shí)，這使得換向頻率得以提高并得到令人滿意的效率。對(duì)于小功率或中等功率的ups，以16kHz的頻率工作并獲得90%以上的整機(jī)效率是有可能的，但是對(duì)于更大功率的UPS，此頻率必須加以限制，以獲得95%以上的整機(jī)效率目標(biāo)。使工作頻率不低于16kHz是為了減少噪音，因?yàn)檫@一頻率是可聞嗓音以外的頻率。然而，源自基波和負(fù)載所帶來(lái)的各種諧波電流的低頻噪音是仍然存在的。

　　連梵的重要14需要考慮的另一個(gè)重要方面是直流濾波電容器和IGBT之間的連接方式。耐壓1 200V的IGBT關(guān)速度特別快，其電流上升到額定電流70%和下降到額定電流30%的時(shí)間，大約為lns.當(dāng)換向電流較小時(shí)，電流變化率df/d<也保持在適度的水平。例如，lns時(shí)間內(nèi)換向電流為5A時(shí)，000A的換向電流，相應(yīng)的di/d/可達(dá)lOOOOA/在這種情況下，若存在的寄生電感為。1H，關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)電壓就等于1 000V，這明顯是不能接受的。通常情況下的IGBT耐壓值為1 200V，這沒有太大的裕置。盡管也有可耐壓1600V的IGBT，但其正向飽和導(dǎo)通壓降相對(duì)較大且換向時(shí)間也較長(zhǎng)。這就是為什么對(duì)于功率非常大的UPS，有必要找到一些方法來(lái)降低這些寄生電感，這絕不是僅僅增大功率器件的尺寸就能解決的事情。一般情況下，人們總會(huì)想到使用限幅裝置，但這會(huì)導(dǎo)致成本的增加并引起額外的損耗，因?yàn)榫€路連接中的部分電能（1/2LI會(huì)白白損耗掉。這一點(diǎn)非常重要，也是難以解決的，因?yàn)檫@需要減小位于每個(gè)IGBT上導(dǎo)線的祖抗，并同時(shí)把直流濾波電容給不同逆變支路的電流進(jìn)行正確地分配才能實(shí)現(xiàn)。唯一的解決方案是，用多層并相互絕緣的銅片來(lái)制作桿狀母線（Rod.buses）。考慮到不同的耐壓擊穿驗(yàn)證，只有這種桿狀母線的模擬試驗(yàn)?zāi)軌颢@得令人滿意的結(jié)果。有些測(cè)量的方法在實(shí)踐中由于弓I入了電流傳感器因而并不可信，因?yàn)橛纱藥?lái)的附加阻抗是不能忽略的。因此，模擬試驗(yàn)的方式就變得更有價(jià)值。精密的制作，可使電解電容的寄生電感降低到2011MGE UPSSYSTEMS正在擬寫一篇關(guān)于這一主銓的論文。

　　正是由于這些困難，目前，大多數(shù)大功率的三相逆變器還是需要變壓器的輔助。

　　無(wú)變壓器的設(shè)備開始出現(xiàn)時(shí)其比較大功率僅為30kVA，即1992年推出的Comet系列和2000年推出的Galaxy3000系列。時(shí)至今日，已經(jīng)發(fā)展到功率可達(dá)200kVA的Galaxy5000系列。

　　輸U(kuò)電S中的直遑成分是一鍰在電氣工程師的意識(shí)中，變壓器不會(huì)傳輸交流電能中的直流成分，因此帶有變壓器的逆變器可避免這一風(fēng)險(xiǎn)。這是不可否認(rèn)的，并且這也正是在對(duì)有變壓器的逆變器做可靠性分析時(shí)，特是在AMFEC部分，要對(duì)此類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并在必要時(shí)采取特殊的檢測(cè)手段以減小這種風(fēng)險(xiǎn)的原因。

　　應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，所有帶變壓器的UPS都己經(jīng)受到這個(gè)問(wèn)題的影響，因?yàn)槿绻儔浩鞑荒軅鬏斨绷鞒煞?，一旦一次?cè)繞組上接受了一些直流成分時(shí)，變壓器就不能正常地運(yùn)行了。這就是為什么要根據(jù)所使用的調(diào)制類型采取特殊檢測(cè)的原因。采用傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制PWM方式時(shí)，始終會(huì)存在一些不均衡現(xiàn)象，這是由于開關(guān)頻率升高時(shí)功率半導(dǎo)體器件換向時(shí)間的分散性和負(fù)載較大狀態(tài)下的飽和壓降進(jìn)一步增大所引起的。

　　更為常用的方法是采用具有磁隙的變壓器。此類變壓器磁隙尺寸確定的方法是，使變壓器可在具有直流分量的條件下工作，其直流電流應(yīng)等于直流電壓除以變壓器一次側(cè)繞組的電阻所對(duì)應(yīng)的電流值。此外，測(cè)量出因斬波（開關(guān)調(diào)制）過(guò)程引起的直流電壓，并通過(guò)電壓調(diào)節(jié)的方法足以將直流電壓完全消除。

　　對(duì)于Galaxy系列UPS，由于采用了一種特殊的調(diào)制方式，其檢測(cè)到的直流電流成分是通過(guò)電壓調(diào)節(jié)來(lái)徹底消除的。

　　對(duì)于無(wú)變壓器的UPS來(lái)說(shuō)，要消除電壓中的直流成分，只能通過(guò)測(cè)量和電壓調(diào)整來(lái)消除。

　　以Comet系列UPS為例，輸出電壓Ks加到積分器之前先進(jìn)行濾波。積分器的輸出信號(hào)送給運(yùn)算放大器。

　　積分器做進(jìn)一步的濾波，同時(shí)使直流分量獲得很大的增益。通過(guò)這種調(diào)整，直流分量比較終趨于。

　　1A流分量謂整電路電壓漂移僅存在于積分器中。因此在選用積分器時(shí)要選擇電壓漂移盡可能低的。如果此電路發(fā)生故障，降不再能消除其中的直流成分并因此而帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。

　　通過(guò)可靠性研究可以得出以下結(jié)果。

　　在三相電路中，有3個(gè)相同的電路，因此總計(jì)有：3x4=12個(gè)電阻，3x2=6只電容，3x2=6只二極管和3個(gè)運(yùn)算放大器。

　　按照MIL-HADBK-217F標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這些元器件的故障率為。

　　電阻故障率M.exKT1./h；二極管故障率M.SxlO/h；運(yùn)算放大器故障率=29xHr9/% xlO‘lw這意味著一年內(nèi)發(fā)生故障的可能性僅為：2.26X10'其可能性極小，甚至低于隅離變壓器的絕緣故率。

　　需要消除的直流成分始終是很小的數(shù)值，但如果不進(jìn)行抑制，直流成分可使變壓器的磁路飽和。（未完待續(xù)）