摘要：分析了一种新型不间断电源。在冶金、石化、制药等行业，当电网发生瞬时跌落、断电时会给生产造成重大损失。而工业不间断电源以比传统UPS更小的设备投资、更多种类的电源输出功能、更高的效率、和易于维护，提供了一种很好的解决方案。

关键词：不间断电源；共母线；变频电源

1   引言

    在冶金、石化、制药等行业中，有一些重要的生产设备，如冶金企业的炼钢转炉和铜冶炼转炉的传动装置、炼钢转炉氧枪提升传动装置、连铸机大包转台传动装置、石化系统的重要泵类和制药厂的搅拌罐设备、化纤抽丝工艺等，当交流电网出现电压瞬变、停电等故障时，不允许设备中断运转，应当继续运行至完成当前的生产工艺或运转到安全位置再停车，否则会造成很大的经济损失。一般情况下这些设备都是由变频器驱动的，如果采用在线式工业UPS不仅造价昂贵、而且电源的利用效率会下降很多。多数企业因没有后备电源而不得不承受电网故障造成的损失。因此，对一种投资小、效率高的不间断电源系统需求非常旺盛。

1    系统工作原理

图2    非共直流母线不间断电源原理图

    共直流母线的不间断电源系统尤其适合于精度较高的生产线，且在工艺的不同部分要求同步性较高的状况下有出色的性能。一方面各变频器的电压中间回路通过快速熔断器耦合在直流母线上，因此，一条线上各变频器的公共电压是绝对一致的，在同样的控制信号下提供了出色的同步性能；另一方面当某个环节出现制动时，其制动能量可以被其它驱动装置利用，避免一般系统的制动能量通过制动电阻白白地浪费掉，提高了电源效率。

    在交流电网正常工作情况下，驱动系统通过共有整流单元工作，蓄电池组工作于浮充状态、维持满容；当电网出现瞬变或停电时，交流监测单元将信号传递至监控系统，控制输出耦合单元在几十μs内切换至导通状态，接通蓄电池与直流母线，实现了驱动系统的不间断工作。当市电恢复工作后，切断输出耦合单元，充电装置恢复对蓄电池组充电至满容。逆变单元为PLC、工控机等需要交流电源工作的设备提供高质量电源。

    非共直流母线不间断电源，可以满足各种工业现场作为第二或第三电源的要求。提供500V直流输出、50Hz交流输出、同时提供60Hz交流输出（可选项应用在特殊进口设备对电源的要求上）。在交流电网正常工作情况下驱动系统正常工作，蓄电池组通过充电单元工作于浮充状态、维持满容；当电网出现瞬变或停电时，交流监测单元将信号传递至监控系统，控制输出耦合单元在几十μs内切换至导通状态，接通蓄电池与直流输出母线，实现了驱动系统的不间断工作，该系统中变频器的各中间回路是隔离的。当市电恢复工作后，切断输出耦合单元，充电装置对蓄电池组恢复充电至满容。逆变单元为PLC、工控机等需要交流电源工作的设备提供高质量电源。

2    技术特点

    系统采用了模块化的设计方法，不同功率的电源易于重构，方便使用、维护及安装调试。共有以下组成部分。

2.1    TZrec(F)整流（回馈）单元

图4    12脉动整流

2.2    TZchar充电单元及蓄电池组

    1）充电单元集成了对电池组的管理能力，模块采用先进的全桥软开关变换器，有突出的抗短路能力，并且采用1＋1冗余备份及无主从自主均流技术，具备极高的可靠性。当电池亏电时充电单元以0.1C₁₀的电流充电，当满容时转入浮充运行。当一个充电模块损坏时、另一个承担全部输出功率，极大地提高了可靠性。

    2）蓄电池组采用阀控式免维护蓄电池，在满足温度的条件下电池组寿命可达10～15年。其容量选择由负载功率P（W）及后备时间T_s（h）来决定。采用42节蓄电池串联，其容量（A·h）的计算为C=（P/480）Tσ，（C指按10h放电率的容量；σ为容量系数，由于放电率较大，一般取0.4左右）。

2.3    TZcouple输出耦合单元

2.4    TZcap电容单元

    电容单元可单独应用于变频器的中间回路，为单台变频器的逆变部分提供质量更高的直流，且能吸收不太大的制动能量，提高了电源的利用效率；也可根据系统需要通过熔断器耦合在直流母线上，为切换过程提供缓冲功能。

2.5    TZinv逆变单元

    逆变单元提供不间断的交流输出，可为需要交流电源才能工作的控制及其他设备提供高质量不间断的供应能力。也可根据需要将逆变单元更改为变频器，为某些应急设备提供变频驱动能力。

2.6    TZvar变频电源

图6    变频电源示意图

2.7    TZcon管理及显示单元