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滿足逆變器要求的整流器專用性能指標(biāo)

作者:海飛樂技術(shù) 時(shí)間:2017-03-08 17:55

     當(dāng)整流器用于向逆變器供電時(shí),如UPS和變頻器等,整流器必須滿足逆變器工作時(shí)對(duì)直流電源的要求。 滿足逆變器要求的專用性能指標(biāo)有兩個(gè),即輸出保持能力和啟動(dòng)浪涌電流及其抑制。這是對(duì)整流器直流輸出端并接的濾波電解電容設(shè)計(jì)正確性的檢驗(yàn)。
  2.1 輸出保持能力  
  逆變器的輸出保持能力也稱為電源的存儲(chǔ)能力。它是指逆變器的輸出在交流輸入電源(一般為市電電網(wǎng)電源)停電以后,在額定負(fù)載條件下,靠整流器直流側(cè)的濾波電解電容上存儲(chǔ)的電能,輸出所需電壓所能維持的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間一般用Tc來表示,其示意圖如圖2所示。
  以前,負(fù)載對(duì)逆變器并沒有上述要求,自從半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用以后,產(chǎn)生了信息保護(hù)問題。為此,逆變器在作為計(jì)算機(jī)電源(如UPS)時(shí),必須具有一定的輸出保持能力。計(jì)算機(jī)信息保護(hù)對(duì)保持能力的要求一般為Tc≥20ms。這樣,市電電網(wǎng)由于某種原因停電時(shí),在20ms(市電交流電源的一個(gè)周期)時(shí)間內(nèi),將由整流器直流輸出端的濾波電解電容來供電,以保證布影響逆變器的輸出。 圖2(b)示出了市電電網(wǎng)停電后,逆變器輸出電壓保持時(shí)間Tc和直流輸入電壓之間的關(guān)系。在t0瞬間,市電電網(wǎng)突然停電,此時(shí)整流器直流輸出端的濾波電解電容Cd上的電壓為Ud1,經(jīng)過時(shí)間Tc以后,Cd上電壓下降到Ud2,顯然,電容Cd上損失的電能就是維持逆變器輸出電壓不變時(shí),負(fù)載消耗的功率,即

計(jì)算式1 
式中 Ud1——市電電網(wǎng)停電瞬間整流器輸出端直流濾波電容Cd上的電壓;
     Ud2——獲得輸出保持時(shí)間Tc,Cd上電壓允許下降到的電壓值;
     P——輸入到逆變器上的功率(W)。
  Tc的單位為秒,Cd的單位為法。利用式(1-13)就可以計(jì)算出維持時(shí)間Tc的值,或根據(jù)Tc
計(jì)算出電解電容Cd的值。在用式(1-14)計(jì)算Cd時(shí),應(yīng)考慮最壞的條件,即使用輸入市電電壓的最低允許值,并且正好是在電容Cd上紋波電壓的低點(diǎn)處的電壓值。
圖2輸出保持能力示意圖 
圖2輸出保持能力示意圖
 
  2.2 啟動(dòng)浪涌電流及其抑制
  整流器直流輸出端的電解電容的值,應(yīng)按逆變器從負(fù)載側(cè)反饋無功能量的大小,也即從逆變器無功能量的交換和存儲(chǔ)作用進(jìn)行計(jì)算,從直流濾波作用進(jìn)行計(jì)算,或從輸出保持能力進(jìn)行計(jì)算。取這三種計(jì)算中容量較大者作為整流器直流輸出端電解電容的取值。所以這個(gè)電解電容的值是很大的。
  由于整流器的直流輸出端接有容量很大的電解電容,故在接通市電電網(wǎng)電源時(shí),由于回路
中沒有限制電流的元器件,因而將會(huì)有較大的浪涌電流產(chǎn)生,這個(gè)浪涌電流就是整流器直流輸出端電解電容Cd的充電電流。整流器是直接由市電電網(wǎng)供電,整流電壓較高。而且,由于輸出保持能力的需要,電解電容Cd的值也較大,因而合閘浪涌電流很高,持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)。
  合閘浪涌電流的值與合閘瞬間交流市電電壓的相位有關(guān),也與輸入濾波回路的內(nèi)阻有關(guān)。一般概念是300~400W的逆變器,合閘浪涌電流的值可以高達(dá)350~400A,持續(xù)時(shí)間為1~2ms。如果整流器交流輸入濾波回路的內(nèi)阻為Rs,市電電網(wǎng)交流輸入電壓的有效值為Us時(shí),合閘浪涌電流的值為
 
  大的浪涌電流不僅會(huì)引起開關(guān)觸頭的熔接或使輸入熔體熔斷,而且在浪涌電流出現(xiàn)時(shí)還會(huì)給其他相鄰用電設(shè)備產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。就整流器和直流濾波電解電容而言,反復(fù)多次地承受大電流沖擊也會(huì)使其性能逐漸劣化??傊祥l浪涌電流會(huì)引起一系列的可靠性方面的問題,所以必須設(shè)法抑制。
  抑制浪涌電流的方法是在整流器與電解電容Cd之間串入一個(gè)限流電阻R,這時(shí)的合閘浪
涌電流為
 
  適當(dāng)?shù)剡x擇R的值就可以將Ip限制在允許值之內(nèi)。假定在,則此時(shí)濾波電容Cd上電壓的上升規(guī)律為
 
即只要把接通限流電阻R的時(shí)間延遲到電容Cd充電時(shí)間常數(shù)(Rs+R)Cd的3倍,合閘浪涌電
流就可以受到理想的限制。
  限流電阻R只在合閘的瞬間才有用,當(dāng)逆變器穩(wěn)定工作并開始向負(fù)載供電時(shí),R就沒有必
要了。因此,在逆變器向負(fù)載供電之前必須把R短接,否則R上將產(chǎn)生很大的功耗。短接R
的方法有兩種:一種是用繼電器或接觸器經(jīng)過簡(jiǎn)單的延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn),稱為接觸式,如圖3(a)所示。合閘時(shí),電容Cd通過限流電阻R充電,充電電流被限制。當(dāng)電容Cd上的電壓Uc上升到給定值或是Ck上電壓上升到使接觸器K吸合時(shí)R被短接。另一種方法是用品閘管VT來短接R,稱為無接觸點(diǎn)式,如圖3(b)所示,這是一種最常用的抑制方法。為使電路簡(jiǎn)化,通常是借用逆變器輸出變壓器上的一個(gè)輔助繞組來觸發(fā),當(dāng)逆變器輸出變壓器輔助繞組上的電壓上升到一定值以后,觸發(fā)晶閘管,使其對(duì)電阻R短路。具體電路如圖3(b)所示。延時(shí)電路的延遲時(shí)間一般取(Rs+R)Cd時(shí)間常數(shù)的3~5倍,此時(shí)即可認(rèn)為直流濾波電容Cd已充電完畢,否則就會(huì)因充電時(shí)間不足而出現(xiàn)如圖4所示的浪涌電流。
圖3 防止合閘浪涌電流的電路 
圖3 防止合閘浪涌電流的電路
圖4 延時(shí)電路充電時(shí)間示意圖 
圖4 延時(shí)電路充電時(shí)間示意圖
 



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