談UPS供電系統中STS的切換機理

    STS和UPS靜態旁路開關的結構一樣，其切換的原理也一樣，都是當正在供電的一路電源故障時（UPS切換的一種原因），將負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的結構原理

    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靜態旁路開關的動作有所不同。其原因是要保證這種開關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整，比如市電和發電機之間、參數穩壓器和發電機之間、參數穩壓器和參數穩壓器之間等，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成，如果是三相，就由六對背靠背連接的可控硅構成，每三對就是一套，它和UPS靜態旁路開關的結構一樣，其切換的原理也一樣，都是當正在供電的一路電源故障時(UPS切換的一種原因)，將負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，當逆變輸出電壓與旁路電壓不同步時就不能進行切換，在這里就取消了這個禁令。當然，在控制上也就有所不同：對應后備電源的可控硅只有確認正在導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。

    當一電源(如電源A)在t1的前一瞬間出現故障，測量電路感知后就通過控制電路在t1取消對應電源A靜態開關可控硅的控制信號，但由于對應電源A的可控硅在t1前就已經處于導通漢族昂太，所以根據它的特性規定仍繼續導通，一直到正弦波過0才截止。而對應電源B的可控硅在t1時并不出發，一直到電源A的正弦波過0后，測得輸出為0和確認(延遲幾毫秒)后，比如到t2才被出發，將電源B接替上去。由圖中可以看出，電源B的開始導通時間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整。一般負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，其對應的靜態開關一直到正弦波過0截止后，對應電源B的靜態開關才開啟，形成了基本連續的輸出波形。

    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來，用途就更廣一些。在下面的應用中，就拋棄了所謂的“同步器”概念，而采用了最簡單的方法。■