1、1EMERSON UPS 并机原理分析在 Emerson 各个系列 UPS 并机系统中，UPS 并机控制原理是相同的。下面以 7400 UPS 为例简要说明并机系统中频率控制和输出电流控制的基本原理。一并机系统中频率控制在并机控制系统中,每台 UPS 的输出频率直接由逆变器逻辑板上振荡器的振荡频率所决定，而振荡器频率则同步到并机逻辑板上主振荡器 GVCO 的频率同步参考信号上。在逆变器逻辑板上，同步监视电路比较同步参考信号和振荡器输出频率，当振荡器输出同步到同步参考信号上时，LS2 同步指示灯亮，同时送出一个同步 OK 信号到并机逻辑板上。同步监视电路的同步窗口为2Hz，即 20 度相移。主振
2、荡器（GVCO）的频率可以同步到旁路电源频率，同步总线频率或者它的基频（50Hz/60Hz）,这是由同步源选择器来控制的，而同步源选择器的控制则依赖于旁路电源是否可得，以及 UPS 启动顺序。详细说明如下：1旁路电源正常,第一台 UPS 启动当第一台 UPS 启动时,同步源选择器将旁路电源频率参考信号加到锁相环相位比较器，相位比较器检测旁路频率和 GVCO 输出的相位误差,并产生一个相位误差修正信号,使 GVCO 输出频率跟踪到旁路频率上。对于 1+1 并机系统，旁路频率参考信号来自 CN1 的 1 脚，在这里每台 UPS 都有自己的旁路输入电源。对于多台并机系统，旁2路频率参考信号来自于 C
3、N2 的 20 脚，也就是并机柜上旁路电源监视电路通过并机控制总线送到每台 UPS 单机上。当收到逆变器逻辑板上同步 OK 信号后，并机逻辑板上压控振荡器互锁（VCO-IN-LOOP ）继电器动作，同时 LS5 亮。这个继电器有几个触点，但最主要的功能是将 GVCO 输出信号送到并机同步总线上，使其他 UPS 同步总线上有 GVCO 输出信号。综上所述，当第一台 UPS 启动完成后，1） 它的 GVCO 与旁路电源频率同步。2） 逆变器逻辑板上振荡器的频率与 GVCO 输出同步。3） VCO 互锁继电器动作，将输出信号送到同步总线上。2旁路电源正常，第二台 UPS 启动当第二台 UPS 启动时
4、，同步源选择器将同步总线参考信号加到锁相环比较器，相位比较器检测同步总线参考信号和 GVCO 的相位误差，并产生一个相位误差修正信号，使 GVCO 输出频率跟踪到同步总线频率。实际上同步总线频率也就是第一台 UPS 的 GVCO 输出频率。因此，这种跟踪方式被称为主从（Master/Slave ）方式后一台 UPS 的 GVCO 跟踪前一台 UPS 的 GVCO。同步总线比较器监视本机的 GVCO 和同步总线，检测本机（从机）的 GVCO 是否同步到同步总线，即主机的 GVCO。实际上，同步总线比较器是监视 VCO 互锁继电器触点两端的频率信号。当本机 GVCO 同步到同步总线，同时从逆变器逻
5、辑板反馈来的内部同步 OK 信号后，VCO 互锁继电器动作，LS5 亮。这时，本机的GVCO 进入同步总线与来自第一台 UPS（主机）的 GVCO 并联。因而保3证了两台 GVCO 的完全同步。同时，当这些条件满足以后，同步源选择器将旁路频率作为锁相环相位比较器的参考信号来取代同步总线信号。这就意味着本机 GVCO 现在直接跟踪旁路电源频率，不再是第一台 UPS（主机）的从机。在两台以上的多机并机系统中，当启动第三台及以后的 UPS 时，同步过程同上所述。即 GVCO 首先跟踪于同步总线，当完全同步后，改为跟踪旁路电源频率。当第二台 UPS 启动完成后，则有：1）第一台 UPS 的 VCO 与
6、旁路频率同步；2）第二台 UPS 的 VCO 与旁路频率同步；3）两台 UPS 的 VCO 互锁继电器动作，把两台 UPS 的 GVCO 输出连到同步总线上。3如果旁路电源不存在或频率超差若旁路电源丢失或频率超差时，同步源选择器产生一个禁止信号，禁止锁相环角度调整器产生调整 GVCO 的误差修正信号，迫使GVCO 以其基频输出（50Hz/60Hz） 。两台 UPS 的同步总线通过 VCO 互锁继电器触点连在一起，以确保两台 UPS 的 GVCO 工作在同一精准的基频上。任一台 UPS 检测到旁路电源可用时，同步源选择器取消禁止信号，把旁路频率参考信号加到各台 UPS 的锁相环比较器上。此时，所
7、有 UPS 的 GVCO 输出完全同步，且均与旁路频率同步。二并机系统中输出电流均分控制41并机系统均流控制在多台 UPS 并机系统中，系统中所有在线 UPS 逆变器输出电流应该相等，即均分负载总电流。这种功能是在均流控制电路中，比较本机与其他 UPS 输出电流的比例信号得以实现。如果两台 UPS输出电流不等，均流控制电路就产生一个误差信号，并将这个误差信号加到本机逆变器逻辑板，调整本机逆变器的输出电压，使两台UPS 输出保持均流状态。UPS 的每一相都会通过均流控制电路产生独立的误差信号，分相调整。现以 R 相为例说明均流控制原理，S 相，T 相同理。R 相电流传感信号送到 CN1 的 7
8、脚（信号）和 10 脚（地） ，经IC1 缓冲，在其 1 脚产生一个与 R 相电流成比例的信号，这个信号加到 IC1 的 9 脚；经 R1 加到 IC4 的 3 脚。当 VCO 互锁后，RL2 继电器动作，本机电流传感信号通过 R1送到并联控制总线上。当本机单机运行时，电流传感信号通过 R1 加到缓冲器 IC4-a 和 IC1-b，并通过 IC6-3,IC6-4 加到 IC1-10，与IC1-9 的原始电流传感信号进行比较，因 IC1-9 和 IC1-10 来自同一电流传感信号，比较误差信号为零，故 IC1-8 输出的误差校正信号Dv_r 为零. 当第二台 UPS 运行时它的电流传感信号通过并
9、联控制总线加到CN2-14，若两台 UPS 的 R 相输出电流完全相等，R1 没有电流流过，若两台 UPS 的 R 相输出电流不等，R1 上就有电流流过，在 R1 上产生与电流误差成比例的电压降。 5如果 UPS1 的 R 相电流小于 UPS2 的 R 相电流，则有电流流入 UPS1中的 R1（拉电流） ，UPS2 中的 R1 有电流流出（灌电流） 。UPS1 中因R1 有电流流入，通过 IC4-a 和 IC1-b 加到 IC1-10 的信号随之增加，此时 IC1-9 与 IC1-10 的信号不再平衡，IC1-8 产生的误差信号（Dv-r）增加,使 UPS1 的 R 相逆变器输出电压升高，R
10、相输出电流也随之增加，UPS1 和 UPS2 的 R 相电流再次达到平衡。在两台以上的 UPS 并机系统中，它们都通过并联控制总线 CN2-14连在一起，每台 UPS 的均流控制电路，使所有 UPS 中流过 R1 的电流相等 。经连续不断地调整，各台 UPS 输出电流也相等。均流控制电路调整逆变器输出电压的范围在5%之内。2并机系统环流检测在 R 相电路中，IC1-8 产生的均流误差信号（Dv-r）经 R22 加到 IC1-13 上与 R 相输出电压信号相加，从 IC1-14 输出。这个信号与从 S 相和 T 相输出信号一起，加到由 D4D9 组成的三相桥式整流电路，在 IC5-1 产生一个三
11、相功率（VA）信号。正常运行时，由于均流作用，Dv-r 信号可以忽略，IC1-14 的信号只与输出电压有关，此时 IC5-1 电压大约为 41V，IC5-14 保持低电平，系统运行正常。在并机系统中，环流产生大概有三种情况，分述如下：1均流故障如果 UPS 均流控制电路出故障，UPS1 产生一个比其他 UPS 大的电流信号时，这个电流误差信号 Dv-r(Dv-s/Dv-t)与相应的电压信6号相加，使 IC5-1 的电压增加。如果不均衡电流达到 30%，也就是说一台 UPS 所带负载容量超过另一台 UPS 负载的 30%时，IC5-1 的电平将达到 5V，从而使 IC5-14 输出高电平，去关掉
12、 UPS1 的逆变器，同时断开逆变器侧静态开关，使故障机脱离并机系统。2 “拉”电流方式如果 UPS1 发生故障，其输出电压突然减小，UPS1 会出现很大的“拉”电流，而其他的 UPS 则产生很大的“灌”电流。此时 UPS1的电压、电流信号之和下降，当 IC5-1 信号电平降到其门槛电平（3.1V）以下时,IC5-14 将输出高电平，关闭 UPS1 的逆变器，同时断开逆变器侧的静态开关，使故障机脱离并机系统。对于并机系统其他在线运行的 UPS，由于均流控制的作用，它们的输出电压信号会下降，这样正好同它们增加的电流信号相抵消，IC5-1 电压保持稳定，IC5-14 不会输出高电平关机信号，使 U
13、PS 正常运行。一旦故障机脱离并机系统，在均流控制电路的作用下，其余UPS 将重新恢复到正常的均流运行方式。3 “灌”电流方式如果 UPS1 发生故障，输出电压突然增加，UPS1 会出现很大的“灌”电流，此时 UPS1 的电压、电流信号之和会上升。如果 IC5-1的电压上升到其门槛值（4.8V）以上时，IC5-14 输出高电平，关闭UPS1 的逆变器和该侧的静态开关，使故障机脱离并机系统。系统中其他在线运行 UPS，由于均流控制的作用，它们的输出电7压信号将上升，这样正好同它们反相的电流信号相抵消，IC5-1 电压保持稳定，IC5-14 不会输出高电平关机信号。一旦故障机脱离并机系统，在均流控制电路的作用下，其余UPS 将重新恢复到正常的均流运行方式。前面所叙述的是同步母线型并机控制技术，这种技术能使并机系统中各台 UPS 之间均分负载、环流接近于零，并机系统运行稳定。
