技术交无变压器的三相逆变器（连载二）梅兰日兰电子（中国）有限公司及安装在两个Da之间，以通过辅助二极管Da把此电压恢复到直流电压的原因。如果没有这一电阻，电容器CW端的电压可能达到很大的数值因而增加换向损耗。

　　自1980年起，所有梅兰日兰生产的UPS逆变器都只含有一台变压器，尽管取得了各种进展（例如双极型晶体管的出现带来功率半导体的革新，以及电子控制级的IGBT等），但这种情况仍在继续，且一直持续到二十一世纪初。其间虽然在1995年出现了Comet系列产品（无变压器的逆变器结构），然而此系列产品仅适用于功率矣30kVA的UPS.出现这一情形的主要原因是功率半导体器件换向时的损耗较大，而较高的耐压要求又使得人们很难在不用变压器的条件下成功地制作出大容量的变换器。

　　因此，曾一度使用的变压器是为了利用它减少谐波和实现电压耦合的特性。对于Galaxy和GalaxyPW两个系列的产品，尤其如此。

　　Galaxy系列UPS的逆变器采用IGBT，如所示，变压器一次侧绕组采用开放式连接（openphase）而二次侧绕组采用星形连接。每个一次侧绕组都连接到两个变换器支路的臂上，其作用就是一个单相逆变器桥。

　　因此，在二次侧绕组上得到的电压是独立进行调节的，这可有效地确保输出电压的良好平衡，而不管三相电流是否处于平衡状态。应该注意的是，此时电容器是星形连接于中线而不是三角形连接。使用桥式组件的连接方式可使每个支路的变换频率相对于标称变换频率减小1/2，这样每个支路都只在1/2个周期内工作（导通）。

　　无论是否有变压器，此种配置都可使从整流器到逆变器的整机效率提篼到94%. GalaxyPw系列不仅仅只是一个变换器的事情了，此变压器的耦合方式采用一次侧三角形/二次侧Z形连接。Z形连接不能消除3次及3次的电压谐波，谐波是通过一次侧三角形连接来实现。

　　z形连接可实现两个额外的功能。首先，它可以实时地调节每相的输出电压。而各相电压都与相应的电压变换器的输出同相。此外，它可以吸收负载的如次谐波电流。避免这些谐波传输到一次侧绕组，这样，IGBT的换向电流得以减弱，从而减少了换向损耗。

　　与滤波器的传输相比，变压器一次侧采用三角绕组的耦合方式更能减少换向次数，因为在一个给定时刻只用两个变换器支路便足以实现一个三相的电源系统，此三相系统作为关断时的电压。这个念也常被称为矢量控制，尽管此术语更多地出现在调速器术语中。

　　这就是变换器中的变压器如何被逐步发展演变的过程。为了制作出无变压器的逆变器，必须逐步解决的几个问题。

　　3无变S烀的逆变烀要组成一个无变压器的逆变器，实际上至少需要3个单相的逆变器半桥。而每个逆变器半桥需要独立地工作，产生出各自的输出电压。为使每个逆变器能够输出交流电压的峰值，直流电压E应大于交流输出电压的峰值。考虑到在滤波电感中的电压压降和由于负载的各种变化引起的电压压降，应使直流电压￡增加一定的裕量。因此对于230V的输出交流电压有效值来说，直流电压￡必须满足：忑=3挪。

　　这就是为什么经常要使用到400V左右的直流电压值。此电压值要求功率半导体器件的耐压必须耐受两倍的DC400V，即800V以上的直流电压。

　　对于有变压器的UPS来说，直接由380V市电电网整流得到的直流电压仅仅为45V.为了获得更高的直流电压，整流器不能像以前那样采用晶闸管整流了，因为这样不能提高直流电压而只能使其降低。因此需要采用一个升压式的变换器，此类变换器只有采用像IGBT?类的现代半导体功率器件才能实现。如所不。

　　鉴于需要使用此类装置来提升直流电压，制作一个具有正弦电流输入并与输入电压同相位（功率因数接近1）的整流器，变得格外地引人关注，0为一个无变压器UPS的典型实例。

　　0中，直流电压的中间点由两只电容器分压来实现。

　　用PWM整流器可获得800V的直流电压，并且从电网中取得具有很低失真度的电流。电池不再像有变压器的UPS那样直接与直流总线并联，因为要在电池供电后期获得800V的电压，就需要一个更高的电池充电电压（例如，>1000V，这在实际上是很难达到的）。

　　直流总线获得经降压调整后的直流电压对电池进行充电，并能在电网停电时将电池的较低电压提升为合适的电压加在直流总线上。在中，它还担负调整直流总线电压中点的作用，此功能在实际制作中可由一个特殊的变换器来实现。

　　当今的IGBT，换向时间已经变为极短（<1），实际上已经几乎没有延时，这使得换向频率得以提高并得到令人满意的效率。对于小功率或中等功率的ups，以16kHz的频率工作并获得90%以上的整机效率是有可能的，但是对于更大功率的UPS，此频率必须加以限制，以获得95%以上的整机效率目标。使工作频率不低于16kHz是为了减少噪音，因为这一频率是可闻嗓音以外的频率。然而，源自基波和负载所带来的各种谐波电流的低频噪音是仍然存在的。

　　连梵的重要14需要考虑的另一个重要方面是直流滤波电容器和IGBT之间的连接方式。耐压1 200V的IGBT关速度特别快，其电流上升到额定电流70%和下降到额定电流30%的时间，大约为lns.当换向电流较小时，电流变化率df/d<也保持在适度的水平。例如，lns时间内换向电流为5A时，000A的换向电流，相应的di/d/可达lOOOOA/在这种情况下，若存在的寄生电感为。1H，关断时所产生的过电压就等于1 000V，这明显是不能接受的。通常情况下的IGBT耐压值为1 200V，这没有太大的裕置。尽管也有可耐压1600V的IGBT，但其正向饱和导通压降相对较大且换向时间也较长。这就是为什么对于功率非常大的UPS，有必要找到一些方法来降低这些寄生电感，这绝不是仅仅增大功率器件的尺寸就能解决的事情。一般情况下，人们总会想到使用限幅装置，但这会导致成本的增加并引起额外的损耗，因为线路连接中的部分电能（1/2LI会白白损耗掉。这一点非常重要，也是难以解决的，因为这需要减小位于每个IGBT上导线的祖抗，并同时把直流滤波电容给不同逆变支路的电流进行正确地分配才能实现。唯一的解决方案是，用多层并相互绝缘的铜片来制作杆状母线（Rod.buses）。考虑到不同的耐压击穿验证，只有这种杆状母线的模拟试验能够获得令人满意的结果。有些测量的方法在实践中由于弓I入了电流传感器因而并不可信，因为由此带来的附加阻抗是不能忽略的。因此，模拟试验的方式就变得更有价值。精密的制作，可使电解电容的寄生电感降低到2011MGE UPSSYSTEMS正在拟写一篇关于这一主铨的论文。

　　正是由于这些困难，目前，大多数大功率的三相逆变器还是需要变压器的辅助。

　　无变压器的设备开始出现时其比较大功率仅为30kVA，即1992年推出的Comet系列和2000年推出的Galaxy3000系列。时至今日，已经发展到功率可达200kVA的Galaxy5000系列。

　　输U电S中的直遑成分是一锾在电气工程师的意识中，变压器不会传输交流电能中的直流成分，因此带有变压器的逆变器可避免这一风险。这是不可否认的，并且这也正是在对有变压器的逆变器做可靠性分析时，特是在AMFEC部分，要对此类风险进行评估，并在必要时采取特殊的检测手段以减小这种风险的原因。

　　应该强调的是，所有带变压器的UPS都己经受到这个问题的影响，因为如果变压器不能传输直流成分，一旦一次侧绕组上接受了一些直流成分时，变压器就不能正常地运行了。这就是为什么要根据所使用的调制类型采取特殊检测的原因。采用传统的脉宽调制PWM方式时，始终会存在一些不均衡现象，这是由于开关频率升高时功率半导体器件换向时间的分散性和负载较大状态下的饱和压降进一步增大所引起的。

　　更为常用的方法是采用具有磁隙的变压器。此类变压器磁隙尺寸确定的方法是，使变压器可在具有直流分量的条件下工作，其直流电流应等于直流电压除以变压器一次侧绕组的电阻所对应的电流值。此外，测量出因斩波（开关调制）过程引起的直流电压，并通过电压调节的方法足以将直流电压完全消除。

　　对于Galaxy系列UPS，由于采用了一种特殊的调制方式，其检测到的直流电流成分是通过电压调节来彻底消除的。

　　对于无变压器的UPS来说，要消除电压中的直流成分，只能通过测量和电压调整来消除。

　　以Comet系列UPS为例，输出电压Ks加到积分器之前先进行滤波。积分器的输出信号送给运算放大器。

　　积分器做进一步的滤波，同时使直流分量获得很大的增益。通过这种调整，直流分量比较终趋于。

　　1A流分量谓整电路电压漂移仅存在于积分器中。因此在选用积分器时要选择电压漂移尽可能低的。如果此电路发生故障，降不再能消除其中的直流成分并因此而带来一定的风险。

　　通过可靠性研究可以得出以下结果。

　　在三相电路中，有3个相同的电路，因此总计有：3x4=12个电阻，3x2=6只电容，3x2=6只二极管和3个运算放大器。

　　按照MIL-HADBK-217F标准的规定，这些元器件的故障率为。

　　电阻故障率M.exKT1./h；二极管故障率M.SxlO/h；运算放大器故障率=29xHr9/% xlO‘lw这意味着一年内发生故障的可能性仅为：2.26X10'其可能性极小，甚至低于隅离变压器的绝缘故率。

　　需要消除的直流成分始终是很小的数值，但如果不进行抑制，直流成分可使变压器的磁路饱和。（未完待续）