在線不間斷電源的控制和保護(hù)功能基本上由**處理器或數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部程序控制。由于程序的不可見(jiàn)性，上海UPS不間斷電源的很多控制和保護(hù)原理很難理解。接下來(lái)，基于多年的UPS研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我將和大家談?wù)勗诰€UPS的控制和保護(hù)技術(shù)。
一.基本概念
1.正常市電：正常市電指指市電力、壓和市電力頻率正常。
2.市電電壓正常：市電電壓在160 ~ 280 V之間，視為市電壓輸入正常。
3.市電頻率正常：市電頻率在47 ~ 53HZ ~ 53HZ之間，頻率變化率小于1HZ/秒，視為市電頻率正常。
4.市電逆變器狀態(tài)：市電輸入正常，UPS工作在交流DC交流的狀態(tài)。
5.電池倒置狀態(tài)：由于市電輸入異常，UPS工作在BATTERYAC時(shí)的狀態(tài)。
6.**處理器交流電壓采樣信號(hào)：交流電壓經(jīng)過(guò)分壓、DC阻斷、全波整流、限幅后供給**處理器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)。UPS有兩種電路：市電電壓采樣信號(hào)和逆變器電壓采樣信號(hào)。
7.零點(diǎn)發(fā)生器：交流正弦波通過(guò)運(yùn)算放大器組成的交流差動(dòng)放大器，成為方波信號(hào)，經(jīng)濾除高頻諧波、限幅后送入CPU。CPU通過(guò)檢測(cè)方波的下降沿(對(duì)應(yīng)正弦波)的過(guò)零來(lái)計(jì)算正弦波的頻率和相位。不間斷電源有兩個(gè)電路：市電零發(fā)生器和逆變器零發(fā)生器。
8.總線電壓：總線電壓是指提供給逆變器的DC電壓。不間斷電源有正母線電壓和負(fù)兩路母線電壓，正常值為400伏
二、控制技術(shù)
1、慢開(kāi)機(jī)
當(dāng)UPS開(kāi)啟或系統(tǒng)復(fù)位時(shí)(包括過(guò)載解除、自動(dòng)重啟等)。)，CPU控制UPS緩慢升高逆變器電壓，每32ms升高3V，直到220V停止。
2.電壓**
緩慢啟動(dòng)后，逆變器電壓切換到外部輸出前，為了防止市電涌入U(xiǎn)PS，市電正常時(shí)，CPU控制逆變器電壓追趕市電輸入電壓，逆變器壓依市電壓每128 ms升高或降低3V，如果如果市電壓高于280V，只會(huì)追到280V如果如果市電壓低于160伏，只會(huì)趕上160伏.
3.電源電壓的檢測(cè)和控制
**處理器每16毫秒讀取一次電源電壓值。當(dāng)當(dāng)市電氣電壓讀數(shù)連續(xù)五次低于160伏或高于280伏時(shí)，視為市電氣電壓輸入異常。只有當(dāng)當(dāng)市電力公司電壓讀數(shù)連續(xù)五次恢復(fù)到170 ~ 270 V時(shí)，才能認(rèn)為市電輸入正常。市電輸入正常時(shí)，UPS工作在市電逆變狀態(tài)；當(dāng)當(dāng)市電壓低于160伏或高于280伏時(shí)，不間斷電源立即進(jìn)入電池逆變狀態(tài)；為了防止市電來(lái)回切換，UPS只有在當(dāng)市電源恢復(fù)到170 ~ 270 V時(shí)才會(huì)進(jìn)入市電逆變狀態(tài)4.電源頻率的檢測(cè)和控制
偵測(cè)市電頻率的目的是作為逆變鎖相的基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)整逆變的過(guò)零點(diǎn)來(lái)調(diào)整逆變相位，逆變?cè)谑须姞顟B(tài)下的輸出與市電輸入的頻率和相位基本相同。當(dāng)電源接通時(shí)，不間斷電源檢測(cè)輸入電源的頻率作為逆變；的輸出頻率。當(dāng)電池接通時(shí)，逆變的輸出頻率被設(shè)置為前一個(gè)輸出的頻率。當(dāng)當(dāng)市電源正常時(shí)，執(zhí)行鎖相。逆變頻率首先**市電頻率，然后**同頻后的相位，逆變和市功率相位通過(guò)改變逆變頻率完成。鎖相后，逆變和市相位差小于3度，頻率誤差小于0.01HZ，當(dāng)當(dāng)市電頻率超過(guò)47 ~ 53Hz范圍時(shí)，UPS不進(jìn)行鎖相，立即切換到電池逆變狀態(tài)。只有當(dāng)當(dāng)市的電頻率恢復(fù)到48 ~ 52Hz時(shí)，UPS才再次進(jìn)行鎖相，切換到市電逆變狀態(tài)。
5.三角波發(fā)生器
CPU發(fā)出的38.4KHZ方波，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器組成的二分頻電路，變成19.2KHZ的方波，再由積分器積分成三角波。
6.標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器
CPU發(fā)送一個(gè)平均除以128點(diǎn)的模擬正弦波，經(jīng)二階低通濾波器濾波后生成標(biāo)準(zhǔn)正弦波。
7.脈寬調(diào)制信號(hào)
將標(biāo)準(zhǔn)正弦波與逆變輸出電壓的正弦波反饋信號(hào)進(jìn)行比較，結(jié)果被三角波切割，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。
8.逆變電壓調(diào)整
每隔16毫秒，**處理器讀取逆變電壓值，并將其與設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較。當(dāng)差值高于10V時(shí)，CPU立即調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波，從而調(diào)整PWM信號(hào)，使輸出電壓相應(yīng)升高或降低5V，減小差值。當(dāng)差值低于10V時(shí)，CPU累加差值。當(dāng)累計(jì)值達(dá)到30V時(shí)，CPU調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)正弦波，使輸出電壓相應(yīng)升高或降低2V。
9.**處理器的模數(shù)讀取
CPU每半個(gè)周期讀取一次電池電壓、正負(fù)BUS電壓和內(nèi)置溫度，每八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波點(diǎn)讀取一次市電電壓、逆變電壓和逆變電流(每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，CPU改變讀取點(diǎn)的初始位置，使每八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波點(diǎn)，讀取一次的128點(diǎn)A/D讀數(shù)達(dá)到掃描效果，并將讀取值存儲(chǔ)在RAM中)。
10.**處理器的計(jì)算
**處理器每?jī)蓚€(gè)周期計(jì)算一次電源電壓的均方根值，每隔一個(gè)周期計(jì)算一次逆變電壓，每32個(gè)周期計(jì)算一次逆變電流，每32個(gè)周期計(jì)算一次輸出功率。
1.瞬時(shí)電源故障檢測(cè)
每4毫秒，**處理器計(jì)算*近一個(gè)周期讀取的商用電源的A/D值。如果低于140伏，將被視為斷電，不間斷電源將立即進(jìn)入電池逆變狀態(tài)。
第三，保護(hù)技術(shù)
1.逆變輸出短路和過(guò)壓保護(hù)當(dāng)逆變輸出電壓正弦波反饋信號(hào)連續(xù)64ms無(wú)過(guò)零信號(hào)時(shí)，視為逆變，輸出短路，UPS關(guān)斷輸出并報(bào)警；當(dāng)逆變輸出電壓連續(xù)80毫秒低于160伏或高于280伏時(shí)，視為逆變，輸出過(guò)電壓，UPS立即向旁路轉(zhuǎn)移并報(bào)警。
2.輸出限流保護(hù)
保護(hù)電路檢測(cè)逆變輸出的電流值，當(dāng)超過(guò)額定值的3.6倍時(shí)，限流保護(hù)電路立即關(guān)閉脈寬調(diào)制。只有當(dāng)輸出電流值小于額定值的3.6倍時(shí)，脈寬調(diào)制才會(huì)再次工作。
3.總線過(guò)壓保護(hù)
當(dāng)母線電壓**值連續(xù)64毫秒超過(guò)440伏時(shí)，不間斷電源實(shí)施母線過(guò)電壓保護(hù)，轉(zhuǎn)移到旁路并報(bào)警。
4.電池過(guò)壓和欠壓保護(hù)
當(dāng)每個(gè)電池的電壓高于15V時(shí)，將被視為電池過(guò)壓，UPS將自動(dòng)轉(zhuǎn)為電池逆變狀態(tài)。當(dāng)每個(gè)電池的電壓降到13.5V后，UPS會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)。市電異常時(shí)，UPS轉(zhuǎn)為電池逆變狀態(tài)，電池開(kāi)始放電，CPU控制蜂鳴器每4秒蜂鳴一次；當(dāng)每個(gè)電池的電壓降到11V時(shí)，CPU控制蜂鳴器每秒蜂鳴一次；當(dāng)每個(gè)電池的電壓降至10V時(shí)，UPS自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)主電源恢復(fù)正常時(shí)，不間斷電源將自動(dòng)重啟。
5.負(fù)載保護(hù)
如果上海UPS不間斷電源在從旁路轉(zhuǎn)逆變輸出前檢測(cè)到負(fù)載超過(guò)110%，UPS無(wú)法轉(zhuǎn)逆變輸出，CPU控制蜂鳴器每0.5秒蜂鳴一次；如果開(kāi)機(jī)后負(fù)載增加到110% ~ 130%，CPU會(huì)控制蜂鳴器每0.5秒蜂鳴一次，10秒后UPS轉(zhuǎn)旁路。如果啟動(dòng)后負(fù)載增加到130%以上，UPS將立即轉(zhuǎn)移到旁路，雖然UPS的種類(lèi)很多，但其控制和保護(hù)技術(shù)的基本原理大致相同。希望大家能開(kāi)發(fā)更好的UPS。
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