逆变器和充电器一体模块化H桥串级UPS单/三相系统技术方案

本实用新型专利技术涉及逆变器和充电器一体模块化H桥串级UPS单/三相系统，其结构包括UPS逆变/充电控制主机、N个A电池逆变器模块、N个B电池逆变器模块、N个C电池逆变器模块、充电电感、切换开关和三相负载；优点：1）解决了用多个低压模块不使用变压器来组态成单一220V/380V电网电压系统的问题；2）监测和控制UPS系统中每一个小的电池单元的充放电问题，解决高压串联电池组电池单元不平衡的问题；3）解决了单相系统和三相系统都可以使用单一模块来组态实现的问题；4）解决了不同品牌的电池可以在一个系统中混用的问题；5）使用逆变器从电网上直接给电池充电，检测到每一个H桥模块的工作和故障状态等。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是逆变器和充电器一体化的模块化H桥串级UPS单相/三相系统，属于电力电子逆变器系统

技术介绍
从国际和中国市场的搜索结果来看，还没有发现有逆变器和充电器一体化的模块化H桥串级UPS单相/三相系统产品。因此，我们是第一家逆变器和充电器一体化的模块化H桥串级UPS产家。传统的UPS系统采用的是传统的6管全桥逆变器，使用的是IGBT功率器件和高频率PWM调制控制。其缺陷包括:1)在大功率条件下运行需要进行强制水冷/风冷，并且需要较大的滤波器来滤除谐波。2)如果电池电压较低，传统的UPS产品还需要一个比较笨重的升压变压器来提高输出电压，和电网负载的电压相匹配。3)UPS产品定型之后，不可以修改，不能够用单一的模块来进行单相或者三相应用系统的组态。4)必须要有独立的电池充电器来给电池充电，不能使用逆变器来给电池充电。
技术实现思路
本技术提出的是一种逆变器和充电器一体化的模块化H桥串级UPS单/三相系统，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，使用模块化的H桥来构成UPS逆变器和充电器。本技术的技术解决方案:逆变器和充电器一体化的模块化H桥串级UPS三相负载三相充电系统，其特征是结构包括第一 UPS逆变/充电控制主机、第一 N个A电池逆变器模块、第一 N个B电池逆变器模块、第一 N个C电池逆变器模块、第一充电电感、第一切换开关和A、B、C三相负载，其中第一 UPS逆变/充电控制主机的控制信号输出/输入端端与第一 N个A电池逆变器模块的信号输入/输出端对应相接，第一第N个A电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的A相电网上的第一 A充电电感器和第一 A相负载的信号输入端相接；第一第N个B电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的B相电网上的第一 B充电电感器和第一 B相负载的信号输入端相接；第一第N个C电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的C相电网上的第一 C充电电感器和第一 C相负载的信号输入端相接。本技术的有益效果:1)传统UPS逆变器必须使用高压IGBT/M0SFET等器件来输出高电压，或者使用低压器件和变压器来输出高压。本产品解决了用多个低压模块不使用变压器来组态成单一 220V/380V电网电压系统的问题；2)传统UPS逆变器使用高压串联电池组来输出高压，对高压电池组充电的主要问题是电池单元之间的平衡问题。本产品可以监测和控制UPS系统中每一个小的电池单元的充放电问题，可以很好的解决高压串联电池组电池单元不平衡的问题；3)传统UPS没有在现场组态单相系统和三相系统的功能，本产品解决了单相系统和三相系统都可以使用单一模块来组态实现的问题；4)传统UPS逆变器在串连电池单元时，必须使用相同的电池单元，否则会降低整个UPS系统的效率或者UPS系统不能够正常工作，本产品解决了不同品牌的电池可以在一个系统中混用的问题；5)传统UPS需要单独的电池充电器，不使用逆变器从电网上直接给电池充电。本技术使用逆变器从电网上直接给电池充电，不需要另外的电池充电器。本设备向外供电时，H桥执行逆变器功能，电池电能通过H桥逆变成交流后向负载供电；在不向外供电，并且需要向UPS电池充电时，H桥执行充电器功能，电网电能通过H桥控制后向电池充电；使用模块化的H桥来构成UPS逆变器/充电器。系统可以检测到每一个H桥模块的工作和故障状态，非常方便UPS系统的日常维护和检修；使用低压功率MOSFET来建造H桥逆变器，不使用昂贵的高压IGBT ;本产品使用模块的组态可以输出50/60Hz，120/220V单相和208/380V三相电压；本产品使用接近基波频率的器件开关频率，器件的开关损耗和导通损耗很小，冷却的要求很小，解决传统逆变器的冷却问题；本系统的总体输出谐波很小，只需要很小的滤波器就可以达到谐波的质量要求，解决传统逆变器的滤波器问题；本产品只需要自然冷却或者强制风冷，不需要水冷系统。附图说明图1是电池逆变/充电模块结构示意图。图2是多个H桥的级连连接结构示意图。图3是三相负载三相充电系统结构框图。图4是三相负载单相充电系统结构框图。图5是单相负载单相充电系统结构框图。具体实施方式对照附图1，电池逆变/充电模块的结构有模块化H逆变桥有四个单一的60V功率 M0SFET，即 SI 第一 MOSFET，S2 第二 MOSFET，S3 第三 MOSFET，S4 第四 MOSFET ;四个单一的60V功率MOSFET间的连接关系是:串接后的SI第一 M0SFET、S3第三MOSFET与串接后的S2第二 MOSFET、S4第四MOSFET并联；工作时，通过控制SI第一 MOSFET，S4第四MOSFET导通，S2第二 M0SFET，S3第三MOSFET断开来输出正电压；通过控制S2第二 M0SFET，S3第三MOSFET导通，SI第一 MOSFET，S4第四MOSFET断开来输出负电压；通过控制SI第一 MOSFET，S2第二 MOSFET导通，S3第三MOSFET，S4第四MOSFET断开来输出零电压；或者通过控制SI第一 MOSFET，S2第二 MOSFET断开，S3第三MOSFET，S4第四MOSFET导通来输出零电压。对照附图2，其结构是第一个模块化H逆变桥的正信号输出端与第二个模块化H逆变桥的负信号输出端相接成级联连接。对照附图3,三相负载三相充电系统的结构包括第一 UPS逆变/充电控制主机、第一 N个A电池逆变器模块、第一 N个B电池逆变器模块、第一 N个C电池逆变器模块、第一充电电感、第一切换开关和A、B、C三相负载，其中第一 UPS逆变/充电控制主机的控制信号输出/输入端端与第一 N个A电池逆变器模块的信号输入/输出端对应相接，第一第N个A电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的A相电网上的第一 A充电电感器和第一 A相负载的信号输入端相接；第一第N个B电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的B相电网上的第一 B充电电感器和第一 B相负载的信号输入端相接；第一第N个C电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的C相电网上的第一 C充电电感器和第一 C相负载的信号输入端相接；在充电时，切换开关把逆变器的输出通过充电电感连接到三相电网。这时，控制逆变器的三相输出频率和三相电网频率相同但是逆变器的三相输出相位角滞后三相电网电压一个角度，同时控制逆变器的输出电压幅度，就可以把电网电能直接向电池充电。为了在充电时保持各个电池组之间的平衡，电池组之间的充电脉宽的控制采用周期轮换法，单个充电周期各个电池组之间不平衡，但是多个周期的电池组充电总体平衡。对照附图4，三相负载单相充电系统结构包括第二 UPS逆变/充电控制主机、第二N个A电池逆变器模块、第二 N个B电池逆变器模块、第二 N个C电池逆变器模块、第二充电电感、第二切换开关和A、B、C三相负载，其中第二 UPS逆变/充电控制主机的控制信号输出/输入端端与第二 N个A电池逆变器模块的信号输入/输出端对应相接，第二第N个A电池逆变器模块的信号输出端通过第二切换开关与第一单相电网上的第二A充电电感器和第二 A相负载的信号输入端相接；第二第N个B电池逆变器模块的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
逆变器和充电器一体模块化H桥串级UPS单/三相系统，其特征是结构包括第一UPS逆变/充电控制主机、第一N个A电池逆变器模块、第一N个B电池逆变器模块、第一N个C电池逆变器模块、第一充电电感、第一切换开关和A、B、C三相负载，其中第一UPS逆变/充电控制主机的控制信号输出/输入端端与第一N个A电池逆变器模块的信号输入/输出端对应相接，第一第N个A电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的A相电网上的第一A充电电感器和第一A相负载的信号输入端相接；第一第N个B电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的B相电网上的第一B充电电感器和第一B相负载的信号输入端相接；第一第N个C电池逆变器模块的信号输出端通过第一切换开关与三相电网中的C相电网上的第一C充电电感器和第一C相负载的信号输入端相接。

【技术特征摘要】
1.逆变器和充电器一体模块化H桥串级UPS单/三相系统，其特征是结构包括第一UPS逆变/充电控制主机、第一 N个A电池逆变器模块、第一 N个B电池逆变器模块、第一 N个C电池逆变器模块、第一充电电感、第一切换开关和A、B、C三相负载，其中第一 UPS逆变/充电控制主机的控制信号输出/输入端端与第一N个A电池逆变器模块的信号输入/输出端对应相接，第一第N个A电池逆变器模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜仲，
申请(专利权)人：南京博时上辉电子科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：