談UPS供電系統(tǒng)中STS的切換機(jī)理

    STS和UPS靜態(tài)旁路開關(guān)的結(jié)構(gòu)一樣，其切換的原理也一樣，都是當(dāng)正在供電的一路電源故障時（UPS切換的一種原因），將負(fù)載切換到備用的一路上去；但切換的控制原理卻有一些差別，UPS講究的是同步跟蹤時的零切換。 

    STS的結(jié)構(gòu)原理

    STS的切換時間可以小于1/4周期。但它的切換無論如何是有間斷的，這和UPS靜態(tài)旁路開關(guān)的動作有所不同。其原因是要保證這種開關(guān)在任何情況下都可以成功的切換，被切換的幾個電源的相位不一定互相跟蹤，被切換的幾個電源的頻率也不一定可自由調(diào)整，比如市電和發(fā)電機(jī)之間、參數(shù)穩(wěn)壓器和發(fā)電機(jī)之間、參數(shù)穩(wěn)壓器和參數(shù)穩(wěn)壓器之間等，而這些情況又都是常見的。如果只限于同步切換的設(shè)計思想，勢必限制了它的適用范圍和市場效益。

    它由兩對背靠背連接的可控硅構(gòu)成，如果是三相，就由六對背靠背連接的可控硅構(gòu)成，每三對就是一套，它和UPS靜態(tài)旁路開關(guān)的結(jié)構(gòu)一樣，其切換的原理也一樣，都是當(dāng)正在供電的一路電源故障時(UPS切換的一種原因)，將負(fù)載切換到備用的一路上去;但切換的控制原理卻有一些差別，UPS講究的是同步跟蹤時的零切換。而這里雖然也有這種情況的切換，但更多的是不需要同步跟蹤時的非零時間切換。

    STS的切換機(jī)理

    (1)二電源同步情況下的切換

    電源A和電源B是完全同步的，如果二電源都來自同一個電源變壓器，就是這種情況。此時的切換就是一種理想的情況，假如電源A故障，不論從任何相位上切換，波形都是連續(xù)的。切換后的交流波形和整流濾波波形都如該圖所示。

    (2)二電源不同步情況下的切換

    在UPS中，當(dāng)逆變輸出電壓與旁路電壓不同步時就不能進(jìn)行切換，在這里就取消了這個禁令。當(dāng)然，在控制上也就有所不同：對應(yīng)后備電源的可控硅只有確認(rèn)正在導(dǎo)通的那只可控硅截止后才被打開。在這種情況下的切換時間是多大呢？下面分兩種情況進(jìn)行討論。圖2(b)示出了二電源非同步情況下的切換波形。

    ①二電源相位差小于90°的情況。

    當(dāng)一電源(如電源A)在t1的前一瞬間出現(xiàn)故障，測量電路感知后就通過控制電路在t1取消對應(yīng)電源A靜態(tài)開關(guān)可控硅的控制信號，但由于對應(yīng)電源A的可控硅在t1前就已經(jīng)處于導(dǎo)通漢族昂太，所以根據(jù)它的特性規(guī)定仍繼續(xù)導(dǎo)通，一直到正弦波過0才截止。而對應(yīng)電源B的可控硅在t1時并不出發(fā)，一直到電源A的正弦波過0后，測得輸出為0和確認(rèn)(延遲幾毫秒)后，比如到t2才被出發(fā)，將電源B接替上去。由圖中可以看出，電源B的開始導(dǎo)通時間t2和0之間小于90°，也就是小于1/4周期(5ms)。同一圖上也給出了切換后的輸出波形，可以看出，兩波形之間的見個很小，其見個的大小在一定程度上可以自由調(diào)整。一般負(fù)載用的大都是單相電壓，整流后的波形也如圖所示，由該圖中額可以看出，整流波幾乎都是連續(xù)的，濾波后就幾乎看不出影響。

    ②二電源相位差>90°的情況

    這種情況下的切換和前者不同。可以看出，在二電源的相位差>90°的情況下，切換的效果更好一些，原因是整流后的波形對濾波更有利。

    ③相位差等于180°的情況

    在這種情況下的切換，就相當(dāng)于同相位的情況，如圖2(d)所示。由該圖中可以看出，在電源A故障時，其對應(yīng)的靜態(tài)開關(guān)一直到正弦波過0截止后，對應(yīng)電源B的靜態(tài)開關(guān)才開啟，形成了基本連續(xù)的輸出波形。

    由以上集中情況的切換均可以看出，采用先斷后合的切換方式，在任何相位的情況下都可以實現(xiàn)理想的輸出效果。因此，這種STS在實際中比起那些必須要求同步的開關(guān)來，用途就更廣一些。在下面的應(yīng)用中，就拋棄了所謂的“同步器”概念，而采用了最簡單的方法。■