谈UPS供电系统中STS的切换机理

    STS和UPS静态旁路开关的结构一样，其切换的原理也一样，都是当正在供电的一路电源故障时（UPS切换的一种原因），将负载切换到备用的一路上去；但切换的控制原理却有一些差别，UPS讲究的是同步跟踪时的零切换。 

    STS的结构原理

    STS的切换时间可以小于1/4周期。但它的切换无论如何是有间断的，这和UPS静态旁路开关的动作有所不同。其原因是要保证这种开关在任何情况下都可以成功的切换，被切换的几个电源的相位不一定互相跟踪，被切换的几个电源的频率也不一定可自由调整，比如市电和发电机之间、参数稳压器和发电机之间、参数稳压器和参数稳压器之间等，而这些情况又都是常见的。如果只限于同步切换的设计思想，势必限制了它的适用范围和市场效益。

    它由两对背靠背连接的可控硅构成，如果是三相，就由六对背靠背连接的可控硅构成，每三对就是一套，它和UPS静态旁路开关的结构一样，其切换的原理也一样，都是当正在供电的一路电源故障时(UPS切换的一种原因)，将负载切换到备用的一路上去;但切换的控制原理却有一些差别，UPS讲究的是同步跟踪时的零切换。而这里虽然也有这种情况的切换，但更多的是不需要同步跟踪时的非零时间切换。

    STS的切换机理

    (1)二电源同步情况下的切换

    电源A和电源B是完全同步的，如果二电源都来自同一个电源变压器，就是这种情况。此时的切换就是一种理想的情况，假如电源A故障，不论从任何相位上切换，波形都是连续的。切换后的交流波形和整流滤波波形都如该图所示。

    (2)二电源不同步情况下的切换

    在UPS中，当逆变输出电压与旁路电压不同步时就不能进行切换，在这里就取消了这个禁令。当然，在控制上也就有所不同：对应后备电源的可控硅只有确认正在导通的那只可控硅截止后才被打开。在这种情况下的切换时间是多大呢？下面分两种情况进行讨论。图2(b)示出了二电源非同步情况下的切换波形。

    ①二电源相位差小于90°的情况。

    当一电源(如电源A)在t1的前一瞬间出现故障，测量电路感知后就通过控制电路在t1取消对应电源A静态开关可控硅的控制信号，但由于对应电源A的可控硅在t1前就已经处于导通汉族昂太，所以根据它的特性规定仍继续导通，一直到正弦波过0才截止。而对应电源B的可控硅在t1时并不出发，一直到电源A的正弦波过0后，测得输出为0和确认(延迟几毫秒)后，比如到t2才被出发，将电源B接替上去。由图中可以看出，电源B的开始导通时间t2和0之间小于90°，也就是小于1/4周期(5ms)。同一图上也给出了切换后的输出波形，可以看出，两波形之间的见个很小，其见个的大小在一定程度上可以自由调整。一般负载用的大都是单相电压，整流后的波形也如图所示，由该图中额可以看出，整流波几乎都是连续的，滤波后就几乎看不出影响。

    ②二电源相位差>90°的情况

    这种情况下的切换和前者不同。可以看出，在二电源的相位差>90°的情况下，切换的效果更好一些，原因是整流后的波形对滤波更有利。

    ③相位差等于180°的情况

    在这种情况下的切换，就相当于同相位的情况，如图2(d)所示。由该图中可以看出，在电源A故障时，其对应的静态开关一直到正弦波过0截止后，对应电源B的静态开关才开启，形成了基本连续的输出波形。

    由以上集中情况的切换均可以看出，采用先断后合的切换方式，在任何相位的情况下都可以实现理想的输出效果。因此，这种STS在实际中比起那些必须要求同步的开关来，用途就更广一些。在下面的应用中，就抛弃了所谓的“同步器”概念，而采用了最简单的方法。■