1.Delta變換型UPS的工作原理

Delta變換型UPS的結構圖如圖1所示，在圖1中僅畫出一相的電路，實際上三相電路是相同的，并且具有公共的直流母線。Delta變換器是一個正弦波電流源，串聯(lián)在主電路中，它的功能是提供正弦波電流、監(jiān)控蓄電池組的充電電平、調整輸入功率因數(shù)和補償市電電壓與輸出電壓之間的差值△U，從電路結構上講，它是一個雙向變換器，逆變時輸出功率，在主電路對輸入電壓做正補償;整流時吸收功率，對輸入電壓做負補償。

該拓撲一般應用于三相大功率UPS中，這種雙變換電路拓撲把交流穩(wěn)壓技術中的電壓補償原理應用到UPS的主電路拓撲中。在調壓的基礎上，再疊加一個可大可小、可正可負的電壓來彌補UPS輸出電壓與輸入市電的差異，使UPS拓寬了市電輸入范圍，提高了輸出穩(wěn)壓精度。

(1)主變換器。它是一組DC/AC或AC/DC雙向變換器，它的輸出變壓器的二次側串聯(lián)在UPS主電路中，其作用有3個:

1)對UPS輸入端進行輸入功率因數(shù)補償，使輸入功率因數(shù)等于1，輸入諧波電流降到3%以下，是個正弦波電流源。

2)當市電存在時，與Delta變換器一起完成對輸入電壓的補償，當輸入電壓高于輸出電壓額定值時，主逆變器吸收功率，反極性補償輸入輸出電壓的差值;當輸入電壓低于輸出電壓額定值時，主逆變器輸出功率，正極性補償輸入輸出電壓的差值，是串聯(lián)補償;變換器承擔的功率(當輸入電壓處于上限和下)僅為輸出功率的20%(相當于輸入電壓變化范圍)，所以功率強度很小(有功功率僅為輸出功率的1/5左右)，功率余量大，這就大大增強了UPS的輸出能力，與雙變換在線式相比，過載能力增強(200%/1min)，不再對負載電流波峰系數(shù)予以限制，可應對沖擊性負載，不再對負載功率因數(shù)進行限制，輸出有功功率可以等于標定的kVA值。

3)與Delta變換器一起完成對蓄電池的充電和浮充功能。

4)當市電中斷時，全部輸出功率由主變壓器提供，并且保證輸出電壓不間斷，轉換時間為0。

(2)Delta變換器。該變換器同樣是DC/AC或AC/DC雙向變換器，它的功能有4個:

1)同主變換器一起完成對輸入輸出電壓差值的補償。

2)同主變換器一起完成對蓄電池的充電和電壓浮充功能。

3)隨時監(jiān)測輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，是個電壓源，并對負載電流諧波成分進行補償，使其不對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，是并聯(lián)補償。

4)當負載電流發(fā)生畸變時，也由Delta變換器調整補償?shù)?。在市電存在時，由于兩個變換器承擔的有功功率僅為輸出功率的1/5左右，所以元器件乃至整機的壽命和可靠性必然大幅度提高。整機效率在很大的功率范圍內都可達到96%。

(3)串并聯(lián)調整結構UPS的缺陷

1)在市電存在時，主變換器承擔的有功功率為額定的20%左右，但兩個變換器承擔的無功功率可能為輸出功率的l倍。

2)效率是個可變量，只有市電輸入為額定值，負載為線性負載時，效率才達到值。

3)盡管輸入由兩只晶閘管隔離，當輸入停電甚至出現(xiàn)短路時，相當于Delta變換器的負載出現(xiàn)過載或短路將會斷電，Delta變換器將進入保護狀態(tài)，若保護失效，則故障將是毀滅性的，事實上，電網(wǎng)停電或短路時有發(fā)生，相比之下，雙變換式卻不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。

Delta變換器UPS雖然也是一種雙變換電路，但不同于傳統(tǒng)雙變換型，傳統(tǒng)型中兩個變換器的工作是不可逆的，即個變換器只管整流，第二個變換器只管逆變。而圖1中兩個變換器都是可逆工作的，兩個變換器隨時交替工作在整流和逆變狀態(tài)，在PWM控制下，整流寬度大于逆變寬度時是給出功率，反之是吸收功率。

上述的工作過程又可用圖2所示的Delta變換型UPS簡化電路圖來進一步說明。

采用半橋式電壓型逆變器，由功率器件VT3、VT4、VD3、VD4構成主變換器，經(jīng)L4、C4濾波后與輸出端負載并聯(lián);由VT1、VT2、 VD1、VD2構成Delta變換器，其輸出端經(jīng)變壓器TR耦合串聯(lián)在市電輸入(再經(jīng)L3、C3濾波)與負載之間。主變換器的"輸出電壓基準"和反饋信號 Uf經(jīng)比較器A2及PWM2的控制，形成電壓環(huán)，通過直流環(huán)節(jié)反饋到Delta變換，在TR上形成相應的補償電壓，以保持輸出電壓的穩(wěn)定;Delta變換器的“輸入電流基準”和反饋信號If經(jīng)比較器A1及PWM1的控制形成電流環(huán)，其控制量是交流輸人電流Ii。

當交流輸入電源中斷或不可用時，Delta變換器停止工作，使市電輸入回路斷開，負載由主變換器逆變蓄電池組提供的直流電能來供電，這時Delta變換型UPS的工作狀態(tài)與傳統(tǒng)雙變換型UPS是一樣的。

根據(jù)上述分析，當輸入電壓在額定范圍內時，Delta變換器在主變換器的配合下，使輸入電流成為與交流輸入電壓同頻同相的受控電流源，與主變換器并聯(lián)后共同支持負載。并使UPS的交流輸入電流滿足Ii=Iisinωt(ω為輸入電流的角頻率，t為時間)，可以等效地認為，UPS的輸入回路中含有一個與交流輸入電壓同頻、同相的受控電流源Ii=Iisinωt與主變換器并聯(lián)后共同支持負載，于是便可得到圖12所示的等效電路。

2.Delta變換型UPS工作特征分析

根據(jù)圖3所示的Delta變換型UPS的等效電路對其工作特征分析如下:

(1)無論有無交流輸入，UPS的輸出電壓質量都是由與負載并聯(lián)的主變換器決定的，因而Delta變換型UPS可以像傳統(tǒng)雙變換型UPS一樣，始終向負載提供高質量的電能供應。

(2)輸入交流能量在Delta變換器的控制下，以與輸入交流電壓同頻、同相的正弦波電流形式注入主變換器與負載的并聯(lián)電路，直接向負載提供所需的有功電流，并在蓄電池需要充電或Delta變換器需要從直流母線吸入能量時，通過主變換器的PWM整流作用向直流母線注入所需能量。

(3)因交流輸入電流Ii是與電壓同頻、同相的正弦波，因此Delta變換型UPS的輸入功率因數(shù)接近1，且輸入電流中諧波含量極低。

(4)Delta變換器對負載電流中的諧波分量和無功分量呈現(xiàn)高阻抗，迫使這部分電流流經(jīng)主變換器，主變換器起到負載諧波電流與無功電流的并聯(lián)補償器作用。

(5)輸入交流電壓的幅值偏差和波形畸變被Delta變換器自動補償，不會對UPS的輸出電壓造成影響。Delta變換器工作于升壓補償狀態(tài)時，需從直流母線吸入能量，此能量由主變換器取自輸入交流(通過Delta變換器)注入的正弦電流;Delta變換器工作于降壓補償狀態(tài)時，會向直流母線輸出能量，此能量由主變換器逆變后供給負載。兩種情況下，流經(jīng)直流環(huán)節(jié)的功率與電壓幅值補償量成正比，一般不會超過負載總功率的20%。

(6)UPS輸入正弦波電流Is的幅值受直流母線電壓的控制，達到穩(wěn)定值時，負載所需能量和UPS自身的消耗將全部由輸入交流提供，不需要蓄電池提供能量。此時，直流母線電壓穩(wěn)定在設定值，蓄電池處于浮充狀態(tài)。當某種原因(譬如輸入交流電壓變化、負載變化、蓄電池虧電等)導致直流母線電壓偏離設定值，控制電路將改變輸入的正弦波電流幾的幅值，經(jīng)主變換器將能量注入或吸出直流母線，使直流母線電壓恢復設定值。

(7)當交流輸入突然中斷時，負載將由主變換器繼續(xù)供電，主變換器與負載間的連接沒有任何切換，主變換器的工作方式也沒有改變，因而Delta變換型UPS與傳統(tǒng)雙變換型UPS一樣可以向負載提供不間斷的供電。市電中斷時，主變換器的輸出電流發(fā)生階躍性變化，可能會造成輸出電壓的輕微波動。但由于高頻PWM逆變器具有快速的動態(tài)響應特性，這種擾動是很小的。

(8)Delta變換型UPS工作于交流狀態(tài)時，其輸出電壓的頻率和相位始終是與交流輸入電壓鎖定的，交流運行時不會出現(xiàn)傳統(tǒng)雙變換型UPS可能出現(xiàn)的自由運行狀態(tài)。

(9)由于三相變換電路采用公共的直流母線，由主變換器控制實現(xiàn)三相電路之間的能量交換，從而可以對負載的不平衡進行補償。