上海UPS不间断电源在线式控制和保护技术

在线不间断电源的控制和保护功能基本上由**处理器或数字信号处理器的内部程序控制。由于程序的不可见性，UPS的很多控制和保护原理很难理解。接下来，基于多年的UPS研发经验，我将和大家谈谈在线UPS的控制和保护技术。

2022-12-12 11:27:38

在线不间断电源的控制和保护功能基本上由**处理器或数字信号处理器的内部程序控制。由于程序的不可见性，上海UPS不间断电源的很多控制和保护原理很难理解。接下来，基于多年的UPS研发经验，我将和大家谈谈在线UPS的控制和保护技术。
一.基本概念
1.正常市电：正常市电指指市电力、压和市电力频率正常。
2.市电电压正常：市电电压在160 ~ 280 V之间，视为市电压输入正常。
3.市电频率正常：市电频率在47 ~ 53HZ ~ 53HZ之间，频率变化率小于1HZ/秒，视为市电频率正常。
4.市电逆变器状态：市电输入正常，UPS工作在交流DC交流的状态。
5.电池倒置状态：由于市电输入异常，UPS工作在BATTERYAC时的状态。
6.**处理器交流电压采样信号：交流电压经过分压、DC阻断、全波整流、限幅后供给**处理器进行A/D转换的信号。UPS有两种电路：市电电压采样信号和逆变器电压采样信号。
7.零点发生器：交流正弦波通过运算放大器组成的交流差动放大器，成为方波信号，经滤除高频谐波、限幅后送入CPU。CPU通过检测方波的下降沿(对应正弦波)的过零来计算正弦波的频率和相位。不间断电源有两个电路：市电零发生器和逆变器零发生器。
8.总线电压：总线电压是指提供给逆变器的DC电压。不间断电源有正母线电压和负两路母线电压，正常值为400伏
二、控制技术
1、慢开机
当UPS开启或系统复位时(包括过载解除、自动重启等)。)，CPU控制UPS缓慢升高逆变器电压，每32ms升高3V，直到220V停止。
2.电压**
缓慢启动后，逆变器电压切换到外部输出前，为了防止市电涌入UPS，市电正常时，CPU控制逆变器电压追赶市电输入电压，逆变器压依市电压每128 ms升高或降低3V，如果如果市电压高于280V，只会追到280V如果如果市电压低于160伏，只会赶上160伏.
3.电源电压的检测和控制
**处理器每16毫秒读取一次电源电压值。当当市电气电压读数连续五次低于160伏或高于280伏时，视为市电气电压输入异常。只有当当市电力公司电压读数连续五次恢复到170 ~ 270 V时，才能认为市电输入正常。市电输入正常时，UPS工作在市电逆变状态；当当市电压低于160伏或高于280伏时，不间断电源立即进入电池逆变状态；为了防止市电来回切换，UPS只有在当市电源恢复到170 ~ 270 V时才会进入市电逆变状态4.电源频率的检测和控制
侦测市电频率的目的是作为逆变锁相的基础。通过调整逆变的过零点来调整逆变相位，逆变在市电状态下的输出与市电输入的频率和相位基本相同。当电源接通时，不间断电源检测输入电源的频率作为逆变；的输出频率。当电池接通时，逆变的输出频率被设置为前一个输出的频率。当当市电源正常时，执行锁相。逆变频率首先**市电频率，然后**同频后的相位，逆变和市功率相位通过改变逆变频率完成。锁相后，逆变和市相位差小于3度，频率误差小于0.01HZ，当当市电频率超过47 ~ 53Hz范围时，UPS不进行锁相，立即切换到电池逆变状态。只有当当市的电频率恢复到48 ~ 52Hz时，UPS才再次进行锁相，切换到市电逆变状态。
5.三角波发生器
CPU发出的38.4KHZ方波，经过运算放大器组成的二分频电路，变成19.2KHZ的方波，再由积分器积分成三角波。
6.标准正弦波发生器
CPU发送一个平均除以128点的模拟正弦波，经二阶低通滤波器滤波后生成标准正弦波。
7.脉宽调制信号
将标准正弦波与逆变输出电压的正弦波反馈信号进行比较，结果被三角波切割，产生脉宽调制信号。
8.逆变电压调整
每隔16毫秒，**处理器读取逆变电压值，并将其与设定的电压值进行比较。当差值高于10V时，CPU立即调整标准正弦波，从而调整PWM信号，使输出电压相应升高或降低5V，减小差值。当差值低于10V时，CPU累加差值。当累计值达到30V时，CPU调整标准正弦波，使输出电压相应升高或降低2V。
9.**处理器的模数读取
CPU每半个周期读取一次电池电压、正负BUS电压和内置温度，每八个标准正弦波点读取一次市电电压、逆变电压和逆变电流(每个周期开始时，CPU改变读取点的初始位置，使每八个标准正弦波点，读取一次的128点A/D读数达到扫描效果，并将读取值存储在RAM中)。
10.**处理器的计算
**处理器每两个周期计算一次电源电压的均方根值，每隔一个周期计算一次逆变电压，每32个周期计算一次逆变电流，每32个周期计算一次输出功率。
1.瞬时电源故障检测
每4毫秒，**处理器计算*近一个周期读取的商用电源的A/D值。如果低于140伏，将被视为断电，不间断电源将立即进入电池逆变状态。
第三，保护技术
1.逆变输出短路和过压保护当逆变输出电压正弦波反馈信号连续64ms无过零信号时，视为逆变，输出短路，UPS关断输出并报警；当逆变输出电压连续80毫秒低于160伏或高于280伏时，视为逆变，输出过电压，UPS立即向旁路转移并报警。
2.输出限流保护
保护电路检测逆变输出的电流值，当超过额定值的3.6倍时，限流保护电路立即关闭脉宽调制。只有当输出电流值小于额定值的3.6倍时，脉宽调制才会再次工作。
3.总线过压保护
当母线电压**值连续64毫秒超过440伏时，不间断电源实施母线过电压保护，转移到旁路并报警。
4.电池过压和欠压保护
当每个电池的电压高于15V时，将被视为电池过压，UPS将自动转为电池逆变状态。当每个电池的电压降到13.5V后，UPS会恢复到原来的工作状态。市电异常时，UPS转为电池逆变状态，电池开始放电，CPU控制蜂鸣器每4秒蜂鸣一次；当每个电池的电压降到11V时，CPU控制蜂鸣器每秒蜂鸣一次；当每个电池的电压降至10V时，UPS自动关闭。当主电源恢复正常时，不间断电源将自动重启。
5.负载保护
如果上海UPS不间断电源在从旁路转逆变输出前检测到负载超过110%，UPS无法转逆变输出，CPU控制蜂鸣器每0.5秒蜂鸣一次；如果开机后负载增加到110% ~ 130%，CPU会控制蜂鸣器每0.5秒蜂鸣一次，10秒后UPS转旁路。如果启动后负载增加到130%以上，UPS将立即转移到旁路，虽然UPS的种类很多，但其控制和保护技术的基本原理大致相同。希望大家能开发更好的UPS。