电力系统中三相UPS的设计

三相PWM逆变器是要把直流输入变换为三相正弦交流输出，许多实际装置中通常采用经典的三相逆变器结构，如图2所示。这是由三个基本桥臂组成的三相桥式逆变器，其控制方式一般采用双极性方式，A、B、C相通常公用一个三角载波，三相调制信号依次相差120°，各相功率开关的控制规律相同。

对于三相输出的逆变器，三相负载的平衡是一个必须考虑的重要问题，目前性能较好的大中型UPS都要求具备三相100％不平衡的功能[2]。为了适应三相负载不平衡的需要，三相逆变器最好采用三个单相桥分别变换，然后再把输出按120°的相位差组合起来的方式，如图3所示，每相各有一个单相桥式逆变器（图3中的逆变器1～3），每个单相桥式逆变器需用四个开关管。因此总共需要12个开关器件，结构较复杂。带来的好处是：三个单相逆变器独立工作，其输出互不影响，实际上三个单相逆变器并联，只是相位不同。这样可以允许三相负载100％不平衡，三相严重不平衡也不会对任一逆变器输入产生影响。

本设计中选用图3所示电路，三相各有一套独立的SPWM波形产生电路，三相共用同一个来自市电的时钟基准信号AC50Hz，各相波形产生电路的EPROM中存放的正弦波数据相位上互差120°，从而保证得到三相同步正弦波控制信号。

图3中各相逆变器结构相同，为全桥逆变电路。采用高频SPWM技术，功率开关管选用IGBT,开关频率为30kHz。通过正弦波控制信号与三角波比较的方法，得到基波为50Hz的SPWM波，再经滤波器滤除高频，可输出低失真的50Hz正弦波。

2.2静态开关切换电路

静态开关的作用是：当市电正常时，将市电直接送到输出端给负载供电；当电网电压异常时，转由逆变器向负载供电。静态开关是保证不间断供电的关键，要求它工作可靠，不会在切换过程中造成逆变器和市电之间出现短路的现象。目前常用交流固态继电器(SSR)作为静态开关进行切换。它具有切换速度快、便于控制、可直接与计算机接口的优点。本文所设计的电力系统用三相UPS，选用固态继电器通过逻辑控制实现切换，可满足UPS快速、可靠切换的要求。

市电旁路通过固态继电器与负载相连,逆变器输出通过固态继电器与交流接触器的并联接到负载。市电中线、逆变器中线和负载中线直接连接在一起。

如图4所示,控制逻辑如下：

（1）市电切换到逆变器首先关断市电旁路的固态继电器，待该固态继电器电流过零可靠关断后，再开通逆变器支路的固态继电器，并同时发出合交流接触器的指令,因为固态继电器比交流接触器的动作速度快,所以固态继电器接通一段时间后,交流接触器闭合，将固态继电器短接。这样可提高开关器件的工作可靠性，并减少损耗。

（2）逆变器切换到市电

①若逆变器故障，首先将逆变器停机，然后关断逆变器支路的固态继电器和交流接触器，同时将市电旁路的固态继电器接通。故障消除后，视具体情况自动开启逆变器。

图5交流滤波电路

图6逆变器控制电路框图

②若逆变器正常，首先断开逆变器支路的交流接触器，交流接触器可靠断开后，再关断逆变器支路的固态继电器，待该固态继电器电流过零可靠关断后，再开启市电旁路的固态继电器。