Delta变换UPS

1.Delta逆变器

Delta逆变器是一个四象限变换器，即具有整流器和逆变器功能的变换器，工作于正向模式(逆变)时，电流流出逆变器，逆变器输出正弦波电压;工作于反向模式(整流)时，电流流入逆变器，逆变器仍然输出正弦波电压。Delta逆变器是一个可变的电流源，输出电流稳定到基准值。电流基准值是根据负载和蓄电池充电情况确定的，其输出连接到Delta变压器的副边。Delta逆变器在系统中的作用是:

(1)对UPS的输入电流进行控制，进行功率因数校正，减少输入电流的谐波失真。

(2)市电存在时，与主逆变器一起完成对市电输入电压的补偿:

当市电输入电压低于系统额定电压时，Delta逆变器工作于逆变方式，输出功率。在Delta变压器原边产生与输入市电电压极性相同的电压，进行正极性补偿。

当市电电压高于系统额定输出电压时，在Delta变压器原边产生与输入市电电压极性相反的电压，进行反极性电压补偿。从而使市电输入电压补偿后与额定输出电压相等。

(3)与主逆变器一起完成对蓄电池的充电和浮充电。

2.主逆变器

主逆变器也是四象限变换器，也具有双向变换功能。主逆变器作为固定的电压源，连接在系统输出端，使输出电压保持在电压基准值上。主逆变器在系统中的作用是:

(1)控制系统输出电压，对负载谐波电流进行补偿，减少输出电压谐波失真。

(2)与Delta逆变器一起完成对输入电压和额定输出电压差值的补偿。

(3)与主逆变器一起完成对蓄电池的充电和浮充电。

(4)当市电中断时，全部负载功率由主逆变器供给。

一、工作原理

1.正常方式下的Delta变换

在正常情况下，主逆变器调节系统输出电压，将输出电压与电压基准值比较，根据误差进行PWM调节，稳定系统输出电压。主逆变器的输出频率和相位与市电输入频率相同。Delta逆变器根据负载和蓄电池充电状况确定电流基准，并将输出电流与电流基准比较，稳定输出电流，通过Delta逆变器控制市电电压的输入电流的幅值、相位和波形，还补偿市电电压和输出电压之间的差值。Delta逆变器也是与市电输入电源同频同相的受控的电流源。

当市电输入电压与系统输出电压(功率平衡点的电压)相等时，市电经Delta变压器直接为负载供电，负载功率不经过任何变换，因此无功率变换的损耗(实际上总会有一些系统损耗，故市电的输入功率总比负载功率大一些，但系统损耗很小)。

当市电输入电电压低于系统输出电压(即功率平衡点的电压)时，主逆变器从输出端吸收功率，经主逆变器(整流)，Delta逆变器(逆变)，向Delta变压器输出功率，使Delta变压器原边产生正极性补偿电压，以使供电回路的电压保持平衡。同时在Delta逆变器的控制下，增加从市电输入的电流和功率，以使功率平衡点的电流(功率)保持平衡。

当市电输入电压高于系统输出电压(即功率平衡点的电压)时，从Delta变压器吸收功率，被吸收的功率反向流过上述环路，即吸收的功率经Delta逆变器(整流)，主逆变器(逆变)后，流向负载。以使功率平衡点的功率保持平衡。此时Delta逆变器工作于整流方式，使Delta变压器原边产生与市电电压反相的电压，进行负极性补偿，以使供电回路的电压保持平衡。

无论市电电压与系统输出电压相等或不相等时，UPS系统都可以给蓄电池充电。Delta逆变器通过检测DC母线电压，并将其与输入电流基准进行比较，Delta逆变器的电流基准一般整定到可以使DC母线电压保持在蓄电池浮充电压的数值上，如果DC母线电压下降，Delta逆变器的输出电流将增大，以使市电输入电流增大。因为流入功率平衡点的功率大于负载需要的功率，多余的功率就通过主逆变器流入DC母线，给蓄电池充电，DC电压恢复后，市电输入电流将恢复为负载供电正常情况。

综上所述，当市电电源电压在允许的电压窗内变动时，Delta变换UPS进行了整流、逆变两次变换，但这与双变换UPS系统中的整流、逆变两次变换不同，双变换UPS系统将100%的负载功率全部进行两次变换，而Delta变换UPS系统只变换很小的一部分功率，即市电电压和系统输出电压之间差值相关的功率，故采用了表示差值(变量的增量)的希腊字母△d(Delta)，称为Delta变换。

实际上，Delta变换UPS系统在市电输入电压降低和升高时进行了两个方向的双变换:市电电压降低时，从主逆变器(整流)到Delta逆变器(逆变)。市电电压升高时，从Delta逆变器(整流)到主逆变器(逆变)。Delta变换UPS系统变换的功率大小与市电变动的情况有关，一般为在±25%额定功率以内。所以，在正常方式下主逆变器和Delta逆变器的负荷只有UPS系统额定功率的25%以下。但主逆变器的容量仍应按100%额定负荷设计，因为在市电故障时它要承担全部负载功率，所以在正常时的主逆变器的容量富裕量很大，过载能力很强。Delta逆变器不承担全部负荷，其容量设计为额定容量的25%左右，因此Delta变换UPS的成本较低。

2.储能方式

市电电源故障时，主逆变器由蓄电池供电，继续运行，承担全部负载功率。此时市电输入的接触器1断开，以防止主逆变器向市电电源反馈能量。由正常方式转换到储能方式的转换时间为零，输出电压无中断。因为主逆变器始终连接在系统输出端。

3.旁路方式

当UPS设备故障时，静态旁路开关接通，主静态开关断开，市电经静态旁路开关直接为负载供电。此时接触器2断开，使UPS设备与负载断开。

二、性能

(1)主逆变器始终连接在系统输出端，调节输出电压，并通过Delta逆变器进行供电回路电压补偿，无论有无市电，都能向负载提供高质量的交流电源。输出稳压精度、输出电压瞬态特性、波形失真等指标都比较高。

(2)市电电源可用时，主逆变器和Delta逆变器与市电电源同步运行，UPS系统的输出电压的频率和相位始终与市电电压锁定。也就是说，当市电电源作为UPS的输入电源时，逆变器只能同步于市电电源，不能同步于内部振荡器或其他信号。

(3)Delta变换UPS在正常方式和储能方式均能输出正弦波电压波形。

(4)市电电源中断时，Delta变换UPS将转换到储能发生，负载由主逆变器继续供电，主逆变器与负载电路的连接没有进行切换，因此可以与双变换UPS一样，向负载提供不间断的供电。与双变换UPS不同的是，此时主逆变器所承担的负载发生阶跃变化，可能造成系统输出电压的瞬时轻微的波动。而双变换UPS在转入储能发生时负载没有发生变化。

(5)由于交流输入电流是受Delta逆变器控制的，可以是与输入电源同频同相的正弦波，所以Delta逆变器的输入功率因数可以做到接近1。因为Delta逆变器是电流源，对负载电流呈现较高的输出阻抗。负载电流中的无功电流(谐波)由主逆变器供给。

(6)当市电可用时，主逆变器和Delta逆变器只对输入电压与输出电压的差值相关的功率进行变换和调整，逆变器承担的最大功率(当输入电压处于上限和下限时)，只有输出功率的20%左右(相当于输入电压最大波动范围)，所以负荷率很小，功率裕量很大;过载能力很强，负载电流峰值因数大。而且，输出有功功率(kW)可以做到等于视在功率(kVA)，目前双变换UPS还做不到这一点。