On-Line Against Delta Technology

IMV Invertomatic Technology sa On-Line Against Delta Technology
OnLinevs.Delta Technology_06.99_Various Page 1/8
On-Line Against Delta Technology
1. Abstract
This document was released by a group of true on-line, double conversion UPS manufacturers as a
tool for arguing against Silcon units. It groups various technical issues focused on explaining the
differences between the two technologies.
2. UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY - System Concepts
The purpose of an uninterruptible power supply systems (UPS) is to guarantee a continuous AC
supply for critical consumers.
In order to achieve the necessary quality of uninterrupted supply the separate components of the
power supply must be matched and optimised. Naturally, this requires that the essential
characteristics of the different components and their variants are known.
Standby power supply systems are required when long bridging times and capacities are needed.
This article discusses the qualities of UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY techniques for
continuous operation (double conversion) and mains-inverter (UPS) parallel operation in detail.
2.1 Summary
- Losses in different types of UPS systems are comparable. There are no major advantages
between the different concepts with regard to practical operation.
-Modern UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY systems in continuous operation (figure 1)
achieve comparable efficiency today, both in the partial load range and for non-linear loads.
-Small efficiency gains for mains-inverter-parallel operation (figure 2) are revealed only if this
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY can be operated at its optimum working point, however, this
lacks practicality. Efficiency deteriorates clearly in the case of non-linear loads, mains voltage
deviations as well as partial loads.
De-coupling of the input and output frequencies does not occur in the case of mains-inverter parallel
operation. This can make the use of a standby power supply system impossible.
-With continuous operation, de-coupling of the inverter via the DC link during operation with standby
power supply systems therefore yields definite advantages.
The double conversion shows its advantages during all kinds of mains failures. The quality of the
supply voltage and of the frequency at the output of the UPS system is better in the case of mains
failures, and saves on investment capital through low battery loading. Since no additional inverter is
necessary for the double conversion technique for compensation of system weaknesses, it has the
advantage of a more reliable operation.

- Modern double conversion techniques in three-phase current design use 12-pulse rectifier
connections or PWM techniques so that the system perturbation of the described UPS concepts can
be regarded as equal.
The minor advantage in the improvement of the efficiency, only possible under specific
conditions, compared to modern double conversion techniques is bought by additional risks.
2.2 Continuous operation (double conversion)
Figure 1 shows the basic circuit, which essentially consists of the following components:
Inverter for supply of critical consumers with constant sinusoidal AC voltage, frequency and
amplitude in continuous operation
Batteryas energy storage for bridging of the specified breakdown time,
Rectifier for the battery charge and for supply to the inverter.
Mode of operation
In normal operation the rectifier converts the single- or three phase mains voltage into a DC voltage
in order to charge the battery, and for the supply to the inverter. The battery is in standby parallel
operation. The inverter generates a sinusoidal AC voltage from the DC for the supply of connected
critical consumers.
Mains and load voltages are in phase. Mains voltage and frequency fluctuations are compensated by
the rectifier. The load on the inverter is virtually independent of the mains voltage. The load currents
can be of any phase angles.
Basic circuit UPS systems Equivalent circuit Phasor diagram
Figure 1: Continuous operation
Losses
Energy is twice converted; therefore, this technique is called double conversion.
Every conversion is inflicted with losses, with the individual efficiencies
PV1 for the rectifier and
PV2 for the inverter
With modern techniques, in continuous operation a total efficiency of up to ηTotal = 0.95 is achieved.
To a large extent the efficiency is independent of the consumer load. Modern UPS systems are
optimised specifically for high efficiency in the partial load range. Furthermore, the load voltage
remains uninfluenced by disturbing events on the mains side because of the DC intermediate circuit
and the battery connected to it.
Vload
Iload
VMains
~
Iload
PV1 PV2
Inv
~
-
-
~
Load
ηt otal = f ( P V1 , PV2
Rect Battery
Mains

Behaviour during mains failure
During a mains failure, the inverter (and therefore the consumer) is supplied by the battery without
interruption. There are no switching functions with the mains supply.
2.3 Mains-inverter (UPS) Parallel Operation
The mains-inverter (UPS) parallel operation is carried out in various ways, however, the basic
characteristics are similar.
Figure 2 shows an often used circuit, which essentially consists of the following components:
Line reactor L required for the de-coupling of consumer- and mains voltage
Bidirectional converter (USR) for charging the battery and supply of the consumers in
the event of a mains failure. The converter must supply the reactive (harmonic) power
required by the load in normal operation and caused by the line reactor.
Fast electronic switch for disconnection of the mains in case of a mains failure.
Batteryas energy storage.
Mode of operation
A line reactor L is connected between the mains and the USR. This is needed for sufficient
decoupling of the load voltage from the line voltage. For proper operation the voltage drop across the
reactor Vline reactor needs to be about 33% of nominal voltage at rated current.
During normal operation, supply of the consumers with active power is carried out from the mains, the
USR does not supply any active power to the consumers. Parallel to the mains - de-coupled by the
line reactor- the USR is operated. It controls and determines the load voltage.
In case of a mains failure, switching operations are required. The mains must be disconnected. In
order to carry that out without a supply break, an electronic switch, which generates additional losses,
is required. The consumers are then supplied only by the USR from the battery.
For the secured supply to very critical consumers, this technique can be risky because of the
switching time of up to 15 ms.
In order to justify this or in order to give additional decision aids for an individual case this mains
invertor parallel operation should be described more precisely /1,..,6/). At a corresponding
dimensioning of the line reactor, mains and load voltages are sufficiently isolated. The reactor voltage
Vline reactor is, for nominal operation, about 33% of the rated power voltage.

Figure 2 shows the equivalent circuit and phasor diagram. The load voltage VLoad compared to the
mains voltage VMains is made lagging by the angle ϕ. The differential voltage across the line reactor L,
VChoke , forces a current IMains through the reactor.
Figure 2: Mains inverter (UPS) - parallel operation
The "current difference" IInv between AC mains power IMains and load current ILoad must be supplied
by the USR. The phasor diagram shows that the required invertor current IInv can become greater
than the load current ILoad.
Therefore, it cannot be claimed that the USR is only operated in no-load condition. This current loads
the power semiconductors and other components in the USR, and losses are the result !
The amount of the "current difference" IInv greatly depends on the kind of the consumer load and
considerably on the amplitude of the mains voltage. There is no operating condition in which the USR
is not loaded.
Additionally the consumers normally have a non-linear current-voltage characteristic. Therefore in the
UPS product standard EN 50 091 part 1 there is indicated a power factor λ= 0.7 as "an example of
normal load conditions". The distorted currents defined in this standard additionally load the USR
because harmonics can only be supplied by the USR.
A de-coupling of the input and output frequencies does not occur. This can make the operation of a
standby power supply system impossible.
Losses
The UPS losses in the mains-inverter-parallel operation are strongly dependent on the respective
mode of working:
- Type of the consumer
- Mains voltage (mains over- or -undervoltage)
- Power demand.
VLoad
~~
IInv
IMain
s
ILoad
ILoad
IMain
s
IInv
VMains
90
0
Vline reactor
90
0
ϕ
PV1 PV3
USR
Mains ~
~ PV2
Load
-
~
Elect. Switch
Line
reactor L
ηTotal = f ( P V1 , PV2 , PV3 )
Battery

Efficiency indications under nominal conditions are therefore not meaningful for this kind of
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY.
The dependence of the losses on the mains voltage and the load described here was already
represented in detail in the IEEE report /1/ in 1982.
Losses originate in three components
PV1 for the electronic switch
PV2 for the reversible converter USR
PV3 for the line reactor L.
Figures 3a and 3b show the total efficiency at different loads and its change for mains voltage
deviation and non-linear loads.
7 0
7 5
8 0
8 5
9 0
9 5
1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 3 8
M A I N S V O L T A G E
EFFICIENCY
L O A D 1 0 0 %
L O A D 5 0 %
L O A D 2 5 %L I N E A R L O A D
Figure 3a: Efficiency characteristics of a 20 kVA UPS system in mains-invertor-parallel operation
at linear load
6 0
6 5
7 0
7 5
8 0
8 5
9 0
1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 3 8
M A I N S V O L T A G E
EFFICIENCY
N O N L I N E A R L O A D 5 0 %
Figure 3b: Efficiency characteristics of a 20 kVA UPS in mains-inverter-parallel operation
at non-linear load

Behaviour during mains failure
In this case, the electronic switch (figure 2) plays a very important role. It has to disconnect
the mains very fast and permanently !
This switching operation is essential and critical to the function of the UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY:
A mains failure can represent a short circuit for the UPS input (in prEN 50091-3:1994 /4/:
niederohmiger Netzausfall / low-resistance mains failure). The USR then has to feed into this short
circuit via the line reactor as well as the critical consumers at the output of the UPS. The USR will
feed the mains with a current limited by the reactor up to the point of switching off of the electronic
switch (reversal of current). In the event of reactor saturation, the current would become excessively
high and is therefore limited by the USR. The connected critical consumers are then no longer
supplied with sufficient current and a considerable voltage dip is created for the consumer.
2.4 Mains- inverter- (UPS) Parallel Operation With Additional Inverter
Figure 4 shows the basic circuit, which essentially consists of the following components:
Reversible converter for the supply of the consumers during mains failure, supply of the
required (harmonic -) reactive power in normal operation, battery charge and guarantee of the internal
energy balance.
Additional inverter with specific transformer for compensation of the voltage difference
between the mains voltage and the voltage demanded by the consumer.
Fast electronic switch for disconnection of the mains in case of mains failure or short circuit.
Batteryas energy storage
During mains-inverter-parallel operation with an additional inverter, the purpose of the line reactor L ,
namely the de-coupling and the compensation of the voltage difference, is taken over by a special
transformer and an additional inverter/rectifier (ZWR).
For sufficient de-coupling of the load voltage from transients on the mains (IEC 1000-4 part 5) as well
as for the safe switching operation of the IGBTs in the inverter/rectifier (ZWR) a "rest" of line reactor is
required. This function can be integrated in the transformer.

Figure 4: Mains-inverter-(UPS) parallel operation with additional invertor
Mode of operation
There are various possibilities for control. Preferably the system is controlled in such a way that
mains voltage and mains current remain in phase. The phasor diagram shows the relationships in
figure 4.
Compared to the system with line reactor only, this UPS is seen from the mains as an ohmic
consumer. The special transformer with ZWR only has to compensate the voltage difference between
the mains and the load voltage, as well as the voltage drop of the remaining reactor function V.
Energy shift, battery charging
In this mode of operation, only active power is taken from the mains. The consumer reactive power
must be supplied by the USR. The phasor diagram further shows that the inverter/rectifier (ZWR) has
to be considered as an energy source, energy consumer, supplier of reactive power and consumer of
reactive power according to load and mains conditions. The USR must supply the differential power in
each case, otherwise, the battery would constantly be charged or discharged. The controls must
master these complex courses of events.
The primary of the special transformer constantly carries the full load current, which is transferred
onto the secondary side. Therefore, the inverter/rectifier (ZWR) also carries its maximum current
constantly.
Losses
Losses originate in four components
PV1 for the electronic switch
PV2 for the reversible converter USR
PV3 for the special transformer
PV4 for the additional inverter (inverter/rectifier (ZWR))
λLoad = 0.7 to EN 50 091 T. 1
ILoadIMain
s
IInv
VMai
nss
VLoad∆ V
Vline
~~
IInv
IMain
s
ILoad
~∆ V
Main
s
Rect/Inv
Vline
Power
exchange
PV1 PV
3
ηTotal = f ( PV1 , PV2 ,.PV3 , PV4
)
USR
LoadMain
s
~
~
PV2
-
~
Elect.Switch Spec. Tx
~
-ZWR
PV4
∆ V
Battery

Compared to the previous device with only the line reactor, a further component, the inverter/rectifier
(ZWR), has been added. Attainable efficiency lies in the scale of up to 95%.
With the additional inverter the efficiency becomes more independent from the respective working
mode of the system, but all in all it becomes worse.
The reliability of the system decreases because the number of components is increased considerably.
Behaviour in case of mains failure and variations in mains voltage
The required switching operation during a mains failure (electronic switch) could lead to a supply
break in the design as shown in figure 2. In the technique described in figure 4, similar problems can
occur unless special measures are taken.
Battery stress: In order to master the above-mentioned switching operation safely under all mains
conditions, it must be switched over to battery operation at each mains failure, even very short ones
(e.g. frequency, voltage, spikes ....). The battery is unloaded for some hundred milliseconds, until the
electronic switch is ready to transfer back to mains supply. In the event of unreliable mains this may
happen often, thereby creating stress for the battery.
This document is due to a contribution of the following:
Companies Authors
AEG SVS Horst Scholz / Wilhelm Sölter
MGE UPS Systems Mr. Böschen / Mr. Odenthal
Piller Mr. Darrelmann / Mr. Sachs
Sicon-Socomec Mr. Neutzner
Siemens Mr. Fischer
Victron Mr. Raap
IMV Invertomatic Mr. Schwerzmann
References
/1/ William J. Raddi & Robert W. Johnson: A UTILITY INTERACTIVE PWM SINE-WAVE
INVERTOR CONFIGURED AS A HIGH EFFICIENCY UPS, 1982 IEEE
/2/ Clewing, M.: Emergency power supply as a concept overall: More than the sum of its components.
Conference proceedings for the 7th "Power management VZM safety conference", Bonn 16.05.1995,
P. 75-119, SIMEDIA Ltd. Bonn (in German)
/3/ EN 50091, Teil 1:1994 (VDE 0558 part 510): Uninterruptible current supply (UNINTERRUPTIBLE
POWER SUPPLY). General orders and safety regulations. VDE Verlag, Berlin
/4/ prEN 50091-3:1994 (VDE 0558 part 531): Uninterruptible current supply (UNINTERRUPTIBLE
POWER SUPPLY). General demands on the operational behavior. VDE Verlag, Berlin
/5/ Guideline for the connection of UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY plants in three-phase
engineering in the construction unit of 10 kVA to 2 MVA to the public net. Editor: VDEW-e.V and
ZVEI, 1994, VDEW Verlag Frankfurt am Main (in German)

1 14.08.01
Different static UPS systems USV97eng.doc Dar
Сопоставление систем двойного преобразования
и дельта - преобразования.
Системы источников бесперебойного питания.
Источники бесперебойного питания – основные концепции.
Основное назначения систем бесперебойного питания (ИБП) – гарантировать
бесперебойное питание переменным током критичных потребителей энергии. С
целью достижения необходимых характеристик системы ИБП отдельные
компоненты системы тщательно подбираются и оптимизируются. Естественно,
необходимо, чтобы основные характеристики различных компонентов и их
вариантов были известны.
В данной статье подробно рассматриваются две системы ИБП: двойного
преобразования и параллельного функционирования сеть-инвертор.
Резюме:
- Потери в системах ИБП различных типов сравнимы. Как показала практика,
особых различий касающихся данного параметра для вышеупомянутых
систем нет.
- Современные системы ИБП двойного преобразования (рис.1) на
сегодняшний день обладают сравнимым К.П.Д. как на частичной, так и на
нелинейной нагрузке.
- Наименьшие потери в системах параллельного функционирования (рис.2)
достигаются, если данная система функционирует в своей оптимальной
рабочей точке, что не так часто происходит. К.П.Д. явно понижается в случае
нелинейных нагрузок, изменений величины сетевого напряжения и
частичной нагрузке.
- Невозможно разделение частот на входе ИБП параллельного
функционирования и его выходе, что в ряде случаев делает невозможным
нормальное резервирование нагрузки.
- Системы двойного преобразования не требуют использования
дополнительного инвертора, в отличие от систем параллельного
функционирования, что в конечном итоге ухудшает надежность системы.
- Современные трехфазные системы двойного преобразования имеют в
своем составе 12-ти импульсные выпрямители, а также в них используется
технология широтно–импульсной модуляции, благодаря этому помехи,
поступающие обратно в сеть, уменьшаются.
Единственное преимущество, заключающееся в повышенном К.П.Д., достигается
только при определенных условиях, но, по сравнению с системами двойного
преобразования, сопровождается определенным риском.

2 14.08.01
Система двойного преобразования.
Рис.1 представляет функциональную схему, включающую следующие
элементы:
Инвертор (Pv1) предназначен для питания критичной нагрузки стабильным
напряжением переменного тока, имеющего стабильную частоту и амплитуду.
Батарея представляет собой источник энергии для поддержки нагрузки в случае
пропадания сетевого напряжения.
Выпрямитель (Pv2) предназначен для зарядки батарей и питания инвертора.
Режимы работы.
В нормальном режиме выпрямитель преобразует одно- или трехфазное
напряжение переменного тока в постоянное напряжение с целью подзарядки
батареи и питания инвертора. Батарея является резервным источником
питания. Инвертор вырабатывает синусоидальное напряжение переменного
тока.
Напряжения сети и нагрузки синфазны. Изменения амплитуды напряжения и
частоты компенсируются выпрямителем. Выходное напряжение на нагрузке (на
выходе инвертора) не зависит от изменений сетевого напряжения. Сдвиг фаз
выходного напряжения и тока может составлять разное значение (разный угол
на векторной диаграмме).
Basic circuit UPS systems Equivalent circuit Phasor diagram
Figure 1: Continuous operation
Общий К.П.Д. η total является функцией параметров выпрямителя и
инвертора.
Потери.
В данной системе энергия конвертируется дважды. Двойное преобразование
связано с потерями и, соответственно, с К.П.Д.:
Pv1 - выпрямителя, Pv2 - инвертора.
На сегодняшний день благодаря современным технологиям обеспечивается
К.П.Д. двойного преобразования равный 0,95. К.П.Д. в значительной степени не
зависит от нагрузки. Современные системы ИБП целенаправленно
Vload
Iload
VMains
~
Iload
PV1111 PV2
Inv
~
-
-
~
Load
ηtotal = f (PV1 , PV2 )
Rect
Battery
Mains

3 14.08.01
оптимизируются с целью увеличения К.П.Д. на частичной нагрузке. Более того,
благодаря наличию цепи постоянного тока и подсоединенной к ней батареи,
включенных, между инвертором и выпрямителем, нагрузка не подвергается
влиянию со стороны сети.
Функционирование при пропадании сетевого напряжения.
Во время пропадания сетевого напряжения инвертор, а, следовательно, и
нагрузка питается от батареи без всякого прерывания. При этом не происходит
никаких переключений в цепи нагрузки.
Системы с параллельно функционирующим
инвертором.
Системы с параллельно функционирующим инвертором реализованы в
различных вариантах, но основные характеристики их одни и те же.
На рис.2 показана наиболее часто приводимая схема, состоящая из следующих
элементов:
Линейный реактивный элемент L функционирует как элемент развязки и
устанавливается между входной цепью и нагрузкой.
Двунаправленный конвертор (USR) служит для подзарядки батареи и питания
нагрузки в случае пропадания сети. Конвертор должен вырабатывать
реактивную (гармоническую) составляющую мощности, требуемую для питания
нагрузки в нормальном режиме и вызываемую линейным реактивным
элементом.
Быстродействующий электронный ключ необходим для отключения сетевого
напряжения в случае выхода параметров этого напряжения за допустимые
пределы.
Батарея – резервный источник энергии.
Режим работы.
Линейный реактивный элемент L подключен между входом сети и
двунаправленным конвертором USR. Это выполнено с целью развязки входной
цепи и цепи нагрузки между собой. Для нормального функционирования
падение напряжения на линейном реактивном элементе (Vline reactor) должно
составлять примерно 33% от номинального при номинальном токе.
При нормальном функционировании питание нагрузки осуществляется от сети,
двунаправленный конвертор не вырабатывает в нагрузку активной мощности.
Включенный параллельно сети и разделенный с ней при помощи линейного
реактивного элемента он управляет напряжением нагрузки и контролирует его.
В случае выхода входного напряжения за определенные пределы, некоторые
процессы переключения будут необходимы. Вход сетевого напряжения должен
быть отключен. Чтобы процесс переключения не сопровождался прерыванием
в питании нагрузки, вводится электронный ключ, на котором также происходит
потеря энергии. После размыкания электронного ключа нагрузка питается через
двунаправленный конвертор от батареи.

4 14.08.01
Следует заметить, что для особо критичных потребителей имеется опасность,
которая состоит в том, что для размыкания электронного ключа требуется
определенный отрезок времени (до 15 мс).
Рассмотрим подробнее принцип параллельного функционирования. Рассмотрим
векторные величины напряжений сети, нагрузки и линейного реактивного
элемента. Напряжение на линейном реактивном элементе Vline reactor должно
составлять порядка 33% от номинального напряжения в нормальном режиме.
На рис. 2 представлены эквивалентная схема и векторная диаграмма.
Напряжение на нагрузке Vload по отношению к сетевому напряжению Vmains
запаздывает по фазе на величину φφφφ. Разница напряжений, равная падению
напряжения на линейном реактивном элементе Vline reactor, вызывает ток
Imains через этот реактивный элемент.
Общий К.П.Д. ηηηηtotal является функцией параметров быстродействующего
электронного ключа, линейного реактивного элемента и двунаправленного
конвертора.
«Токовая разность» Iinv между входным переменным током Imains и током
нагрузки Iload должна компенсироваться двунаправленным инвертором. На
векторной диаграмме видно, что необходимый ток инвертора Iinv должен стать
больше, чем ток нагрузки Iload.
Более того, было бы ошибочно утверждать, что двунаправленный конвертор
работает в ненагруженном режиме. Этот ток протекает через силовые
полупроводниковые элементы и другие компоненты двунаправленного
инвертора, в результате чего появляются потери.
Величина вектора «токовой разность» Iinv в значительной степени зависит от
вида нагрузки, а также от амплитуды сетевого напряжения. Не существует
таких условий функционирования, при которых двунаправленный конвертор
не был бы нагружен.
К тому же типовая нагрузка имеет нелинейную вольтамперную характеристику.
Более того, в стандарте на ИБП EN 50 091 part 1 указывается в качестве примера
режим нормальной нагрузки, когда сдвиг фаз (cosφφφφ) λλλλ=0,7. Токи искажений,
дополнительно оговоренные в данном стандарте, являются нагрузкой для
двунаправленного конвертора, поскольку данные токи появляются в результате
функционирования ИБП.
Невозможно разделение частот на входе ИБП параллельного
Потери
Потери в ИБП параллельного функционирования напрямую зависят от режима
функционирования:
Типа нагрузки
Сетевого напряжения (пониженного либо повышенного)
Потребляемой мощности
К.П.Д. при функционировании в нормальных условиях особого интереса не
вызывает.
Зависимость потерь от величины сетевого напряжения при различных
величинах нагрузки, описанных в данной статье детально были представлены
в IEEE report/1/ в1982г.

5 14.08.01
Источником потерь являются три компонента
Pv1 - электронный ключ
Pv2 - двунаправленный конвертор USR
Pv3 - линейный реактивный элемент L
На рис. 3а и 3b представлены зависимости суммарного К.П.Д. от величины
входного напряжения для различных величин нагрузок.
Общий К.П.Д. ηηηηtotal является функцией параметров быстродействующего
электронного ключа, линейного реактивного элемента и двунаправленного
конвертора.
«Токовая разность» Iinv между входным переменным током Imains и током
нагрузки Iload должна компенсироваться двунаправленным инвертором. На
векторной диаграмме видно, что необходимый ток инвертора Iinv должен стать
больше, чем ток нагрузки Iload.
Более того, было бы ошибочно утверждать, что двунаправленный конвертор
работает в ненагруженном режиме. Этот ток протекает через силовые
полупроводниковые элементы и другие компоненты двунаправленного
инвертора, в результате чего появляются потери.
Величина вектора «токовой разность» Iinv в значительной степени зависит от
вида нагрузки, а также от амплитуды сетевого напряжения. Не существует
таких условий функционирования, при которых двунаправленный конвертор
не был бы нагружен.
К тому же типовая нагрузка имеет нелинейную вольтамперную характеристику.
Более того, в стандарте на ИБП EN 50 091 part 1 указывается в качестве примера
режим нормальной нагрузки, когда сдвиг фаз (cosφφφφ) λλλλ=0,7. Токи искажений,
дополнительно оговоренные в данном стандарте, являются нагрузкой для
двунаправленного конвертора, поскольку данные токи появляются в результате
функционирования ИБП.
Невозможно разделение частот на входе ИБП параллельного

6 14.08.01
Потери
Потери в ИБП параллельного функционирования напрямую зависят от режима
функционирования:
Типа нагрузки
Сетевого напряжения (пониженного либо повышенного)
Потребляемой мощности
К.П.Д. при функционировании в нормальных условиях особого интереса не
вызывает.
Зависимость потерь от величины сетевого напряжения при различных
величинах нагрузки, описанных в данной статье детально были представлены
в IEEE report/1/ в1982г.
Источником потерь являются три компонента
Pv1 - электронный ключ
Pv2 - двунаправленный конвертор USR
Pv3 - линейный реактивный элемент L
На рис. 3а и 3b представлены зависимости суммарного К.П.Д. от величины
входного напряжения для различных величин нагрузок.
70
75
80
85
90
95
190 200 210 220 230 238
M AINS VO LT AG E
EFFICIENCY
LOAD 100%
LOAD 50%
LOAD 25%LINEAR LOAD
Рис. 3а: для 20 кВА ИБП параллельного функционирования в случае линейной
нагрузки.

7 14.08.01
60
65
70
75
80
85
90
190 200 210 220 230 238
M AINS VO LT AG E
EFFICIENCY
NO NLINEAR LO AD 50%
Рис. 3b: для 20кВА ИБП параллельного функционирования при нелинейной
нагрузке.
Функционирование при отклонении параметров сети за допустимые пределы.
В данном случае электронный ключ (см. рис 2) играет очень важную роль. Он
должен отсоединить сеть в течение очень короткого промежутка времени и
удерживать это состояние.
Момент переключения исключительно важен и является очень критичным для
функционирования ИБП:
Выход параметров сетевого напряжения за допустимые пределы может
представлять для входных цепей ИБП короткое замыкание (prEN 50091-3:1994/4/
low-resistance mains failure). Двунаправленный конвертор вынужден питать
короткозамкнутую цепь через линейный реактивный элемент и одновременно
питать нагрузку на выходе ИБП. Двунаправленный конвертор будет питать
входную сеть током, ограниченным линейным реактивным элементом до того
момента, пока не произойдет переключение электронного ключа. В случае
насыщения дросселя ток может вырасти до очень большой величины,
ограниченной двунаправленным конвертором. Поэтому, в данном случае,
критичная нагрузка не может быть запитанной необходимым током, что может
привести к «проседанию» выходного напряжения.
ИБП параллельного функционирования с дополнительным инвертором.
На рис. 4 представлена основная структура, которая состоит из:
Реверсивный конвертор предназначен для питания нагрузки в случае
пропадания сетевого напряжения, обеспечивает на своем выходе реактивную
мощность в нормальном режиме функционирования, подзарядку батареи и
обеспечивает внутренний энергетический баланс.

8 14.08.01
Дополнительный инвертор имеет в своем составе специальный
трансформатор для компенсации разницы напряжений сети и напряжения на
нагрузке.
Быстродействующий электронный переключатель служит для размыкания
входной цепи сетевого напряжения в случае выхода параметров сети за
установленные пределы или в случае короткого замыкания.
Батарея служит как источник энергии.
В данной системе параллельного функционирования с дополнительным
инвертором основную функцию линейного реактивного элемента L (разделение
входных и выходных цепей, а также компенсация разности напряжений),
выполняет специальный трансформатор и дополнительный
инвертор/выпрямитель (ZWR).
Для необходимого разделения цепи нагрузки и входной сети (IEC 1000-4 part 5) ,
а также для безопасной работы силовых ключей инвертора/выпрямителя (ZWR)
требуется линейный реактивный элемент. Эта функция может выполняться
трансформатором.
Режим функционирования.
Существуют различные возможности управления. Предпочтительно, чтобы
система управлялась таким способом, чтобы сетевое напряжение и сетевой ток
были синфазные. На рис.4 представлена векторная диаграмма токов и
напряжений.
По сравнению с системой, содержащей только линейный реактивный элемент,
данная система представляет собой по отношению к входной сети омическую
нагрузку. Специальный трансформатор и инвертор/выпрямитель должны
компенсировать разницу между сетевым напряжением и напряжением на
нагрузке.
λλλλLoad = 0.7 to EN 50 091 T. 1
ILoadIMains
IInv
VMain
ss
VLoad∆ V
Vline reactor
~~
IInv
IMains ILoad
~∆ V
Mains Rect/Inv
Vline reactor
Power
exchange
PV1111 PV
ηTotal = f ( PV1 , PV2 ,.PV3 , P V4 )
USR
LoadMains ~
~
PV2
-
~
Elect.Switch Spec. Tx
~
-ZWR
PV4
∆ V
Battery

9 14.08.01
Энергетический сдвиг, подзарядка батареи
В данном режиме функционирования, от сети отбирается только активная
мощность. Реактивная составляющая мощности, потребляемая нагрузкой,
должна обеспечиваться реверсивным конвертором (USR). Как показано на
векторной диаграмме, инвертор/выпрямитель (ZWR) должен рассматриваться
как источник энергии, потребитель энергии, источник, вырабатывающий
реактивную мощность и потребитель реактивной мощности в зависимости от
параметров нагрузки и сетевого напряжения. USR должен вырабатывать
дифференциальную мощность в любом случае, иначе батарея постоянно бы
заряжалась либо разряжалась. Цепи управления должны отслеживать эти
сложные процессы.
Первичная обмотка специального трансформатора постоянно пропускает через
себя полный ток нагрузки, который трансформируется во вторичную обмотку.
Более того, инвертор/выпрямитель (ZWR) постоянно работает на максимальном
токе.
Потери.
Потери складываются из четырех компонент
Pv1 на электронном переключателе
Pv2 на реверсивном конверторе USR
Pv3 на специальном трансформаторе
Pv4 на дополнительном инверторе (инвертор/выпрямитель (ZWR)).
По сравнению с ранее рассмотренной системой с одним лишь линейным
реактивным элементом, в данной системе имеется еще один компонент –
инвертор/выпрямитель (ZWR). К.П.Д. данной системы достигает 95%.
При использовании дополнительного инвертора К.П.Д. становится менее
зависимым от режима работы системы, но в целом, уменьшается.
Надежность такой системы уменьшается, поскольку значительно увеличивается
число компонентов.
Функционирование в случае выхода параметров сетевого напряжения за
допустимые пределы и при изменениях сетевого напряжения.
Для структуры, приведенной на рис.2, при пропадании сетевого напряжения во
время переключения электронного ключа может произойти перебой при питании
нагрузки. Это же возможно и для системы, приведенной на рис.4. если не
предприняты специальные меры.
Воздействие на батареи.
С целью безопасного управления процессами переключения при различных
состояниях сети, ИБП данной системы должен переключаться на батарею при
каждом выходе параметров сети за допустимые пределы, даже, если это
случается на протяжении очень коротких промежутков времени (т.е. частотные
изменения, изменения напряжения, всплески и др.). Батарея является
ненагруженной в течение нескольких сотен миллисекунд, пока электронный
ключ не будет готов переключиться обратно на сеть. В случае нестабильной
сети данные процессы будут происходить часто, в результате чего батареи
будут подвергнуты «стрессовым» воздействиям.

10 14.08.01
Данную статью составили:
Компания Авторы
AEG SVS Horst Scholz / Wilhelm Sölter
MGE UPS Systems Mr. Böschen / Mr. Odenthal
Piller Mr. Darrelmann / Mr. Sachs
Sicon-Socomec Mr. Neutzner
Siemens Mr. Fischer
Victron Mr. Raap
Литература.
/1/ William J. Raddi & Robert W. Johnson: A UTILITY INTERACTIVE PWM SINE-WAVE
INVERTOR CONFIGURED AS A HIGH EFFICIENCY UPS, 1982 IEEE
/2/ Clewing, M.: Emergency power supply as a concept overall: More than the sum of its
components. Conference proceedings for the 7th "Power management VZM safety
conference", Bonn 16.05.1995, P. 75-119, SIMEDIA Ltd. Bonn (in German)
/3/ EN 50091, Teil 1:1994 (VDE 0558 part 510): Uninterruptible current supply (UNINTERRUPTIBLE
POWER SUPPLY). General orders and safety regulations. VDE Verlag, Berlin
/4/ prEN 50091-3:1994 (VDE 0558 part 531): Uninterruptible current supply (UNINTERRUPTIBLE
POWER SUPPLY). General demands on the operational behavior. VDE Verlag, Berlin
/5/ Guideline for the connection of UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY plants in three-phase
engineering in the construction unit of 10 kVA to 2 MVA to the public net. Editor: VDEW-e.V and
ZVEI, 1994, VDEW Verlag Frankfurt am Main (in German)

On-Line Against Delta Technology

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (14)

Similar to On-Line Against Delta Technology

Similar to On-Line Against Delta Technology (20)

More from Sergey Yrievich

More from Sergey Yrievich (20)

On-Line Against Delta Technology