ups针对电机类负载的适应性设计作者全亚斌

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1、UPS针对电机类负载的适应性设计作者：全亚斌61、斯屯的wi]场rr'iuiiNfni、]^丨’1*^^ips顿.¾出ji"(’bis&保妒，成保妒3..■Aft)’1*识此汄为记ITS的质灿:丨：¾¾怙况卜这部记山J__.Ui丨I丨带fiUUHUt产'k的现象。在X业场合中，电机是•一种主要的负载形式。当X业应用+的关键环节必需有足够高的电源保护等级时，ups与电机类负载的配合问题就是-*个要笊点考虑的W岽。通常UPS的设计初衷是保护关键IT类设备，在电路结构......t就主耍基于IT类设备的特点进行设计。比如目前IT设备的主耍是使用幵关电源，而且欧盟法规规定75W以......t的

2、设备都耍具备功率因数校正。因此UPS主耍面对的就是带有功率因数校正的负载，在通常情况不其特性是-一个功率因数接近于1的恒功率负载^在大功率电气设备方面，还有•一些旧的设备在使用，这些设备通常是基于6脉波整流或者12脉波整流技术，特点是•一个恒功率的非线性整流负载。无论是带有PFC的幵关电源，还是脉波整流电源，其功率的实部都只能是正的，能M不会反灌I4iu电，因此在ups的设计中更加重视的是在恒功率负载不的可靠性，以及在带有非线性的整流性负载时的谐波控制能力，以及电K稳态精度与动态恢复速度，而小'会特别要求具有能馈的能力。特别是在ups带有大M智能化的设计之后，往往会把能.¾从负载回馈到u

3、ps的直流母线作为--种故障状态来对待。因此在带有电机类负载的时候，电机W•生发屯产生的能很容拮触发ups的保护条件。另-一方面，ups在电路架构......t常用的结构是整流+电池升压+逆变器的结构，很大•一部分ups的整流和电池升压部分都是使用Boost或者变形的电路，能.¾仅能从1)丨屯和电池流动到直流母线......t，而不能反向流动。这样即使软作上允许能MM馈，们是当发生能馈时，由于能兌都储存在究流付线上，造成H流母线升高，最终仍然会导致UPS跳脱保护。电机负载的特性与n设备常见的幵关电源完全不同，表现为具有启动/制动等诸多工作状态，而且随着电机后面所带负载的不同会有非常大的差

4、异，完全不像IT类幵关电源那样只有带载/卸载。因此具体的解决方案也需要考虑电机后_所带负载的情况分别进行处理。电机在启动时有很高的瞬态冲击，如果没有额外的辅助措施，就需要UPS电源能够在瞬时供应非常大的功率^针对IT设备设计UPS•-般仅仅是根据短时间内2倍功率设计，而有的UPS则是仅有1.5倍。对于再大功率的负载，软件限流算法或者硬件的限流线路就会发生作用，从而影响电机启动。不过好在UPS-—般都设计有LineSupport功能，当负载功率大时能够通过旁路供电来解决^但是在电池模式T，无法通过旁路分担功率，就存在电机启动过程异常的可能。为此对于瞬间供应电流的能力非常关键的场合，就需耍选

5、择更大功率的UPS。电机在制动时具有能MW•生，此时M馈的能兌并不仅是电机本身储存的能M，还w丨能包含了屯机Cfif连接的负载所具有的惯性以及势能所储存的能以电梯为例，当屯梯上升时需要机提供能M，而当电梯K降时如果梯的笊M超过十降过程屮的阻力，就会成为-一个发电设备，带动电机发电，这样再生出来的电力就有可能反灌回UPS。此外，在带有电机的应用屮还有兄外~岽需要加以考虑，就是变频调速装置。不同的变频调速装置对于UPS系统的影响也是不•一样的。最常见的变频器做法如不：在输入端是•一个六脉波整流以及附加的直流或者交流侧滤波器，而在直流母线......t连接有制动电阻。当电机发生能馈时，变频器的

6、直流母线会被充高。在直流母线达到预设的电压点时，通过幵通制动电阻控制来消耗掉回馈的能M。这种做法是业界最普遍的方式，其优点是简单Mj'靠，而且对于UPS来说变频器就是•一个标准的非线性整流负载，与it类负载非常接近。当然其缺点则是电机M馈的能.¾被转换成热M消耗掉，没有笊新利用。为了节约能源，部分高端变频器采用了背靠背的结构，而普通变频器也可以通过添加能馈模块来把电机M馈的能M返M输入端。见下图所示。对于这类变频器来说，电机再生的电能仍然会回馈到ups里面，使得ups面临与直接连接电机类似的问题。还有•一类特殊的变频器使用了矩阵变换器的结构，见T图所示。由于其中没有储能元件，所有的能M都

7、直接在输入输出端传递，对于ups来说与直接连接电机也没有区别。当然，如果UPS直流母线具有足够大的容M，屯机M馈的能致的K流付线充高在能够接受的范围内，那么OjT给电机提供的平均能.¾仍然是正的，ups就仍然可以放心应用。但是通常情况不ups都没有那么大的直流母线电容，因此必须考虑另外的方式来解决屯机负载能馈间题。出于简单起见，这里仅讨论ups单机不的解决方案，在并联系统里面的负功率保护问题牵涉到很多其他的并联系统模块设计的问题，并