UPS內(nèi)部接線及工作原理

1、 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 1.1 1.1 定義定義UPSUPS（Uninterruptible Power Uninterruptible Power ），即不間斷），即不間斷電源電源，是將，是將蓄電池蓄電池與與主機(jī)相連接，通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的主機(jī)相連接，通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電力電子設(shè)備電子設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，提供穩(wěn)定、不間

2、斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載負(fù)載使用，此時(shí)的使用，此時(shí)的UPSUPS就是一臺(tái)交流市電就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓穩(wěn)壓器器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS UPS 立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變零切換轉(zhuǎn)換的立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變零切換轉(zhuǎn)換的方法方法向負(fù)載向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)繼續(xù)供應(yīng)220V220V交流電交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件硬件不受損壞。不受損壞。UPS UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)高或電壓過(guò)低都能提供保護(hù)。設(shè)備通

3、常對(duì)電壓過(guò)高或電壓過(guò)低都能提供保護(hù)。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 1.21.2 UPSUPS電源的分類電源的分類 按電路主結(jié)構(gòu)分為四大類 1）后備式UPS; 2）在線式UPS； 3）串并聯(lián)調(diào)整式UPS； 4）在線互動(dòng)式UPS。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 按后備時(shí)間分類：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和長(zhǎng)效機(jī)（1）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)：配備有內(nèi)置蓄電池組的UPS 稱為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。一般配置蓄電池容量較小，用于短時(shí)間供電（如5-15 分鐘），使用戶及時(shí)保存數(shù)據(jù)和系統(tǒng)正常關(guān)機(jī)。由于受體積和重量的限制，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)僅局限于中、小功率的UPS。（2）長(zhǎng)效機(jī)：需外接蓄電池組的UPS 稱為長(zhǎng)效機(jī)，長(zhǎng)

4、效機(jī)的容量從幾百伏安到幾十千伏安可供選擇。在實(shí)際應(yīng)用中長(zhǎng)效機(jī)有著很大的機(jī)動(dòng)性，用戶可以根據(jù)自己所需后備時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)確定采用何種容量的蓄電池。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 1.3 主要組成部分其中（1）整流器 整流器把交流電能變?yōu)橹绷麟娔?，為逆變器和蓄電池提供能量，其性能的?yōu)劣直接影響UPS 的輸入指標(biāo)。 可控硅整流器 可控硅整流器輸出容量大，可靠性高，工作頻率低，濾波器體積大，噪聲大，適用于輸入電壓低、功率大的UPS。 二極管與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)組合型整流器 二極管與IGBT 組合型整流器的工作頻率高，具有功率因數(shù)校正功能，濾波器體積小，嗓聲低，可靠性高

5、，適用于中小功率UPS。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 （2）逆變器 逆變器用以把市電經(jīng)整流后的直流電能或蓄電池的直流電能轉(zhuǎn)換為電壓和頻率都比較穩(wěn)定的交流電能，其性能的優(yōu)劣直接影響UPS 的輸出性能指標(biāo)。IGBT 逆變器工作頻率高(2OkHz)，濾波器體積小，噪聲低，可靠性高。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 （3）旁路開關(guān) 旁路開關(guān)是為提高UPS 系統(tǒng)工作的可靠性而設(shè)置的，能承受負(fù)載的瞬時(shí)過(guò)載或短路電流。因UPS 的逆變器采用電子器件，如IGBT 管的過(guò)載能力僅為125%，當(dāng)UPS 供電系統(tǒng) 出現(xiàn)過(guò)載或短路故障時(shí)，UPS 將自動(dòng)切換到旁路，以

6、保護(hù)UPS 的逆變器不會(huì)因過(guò)載而損壞。UPS 供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)入旁路供電后，是由市電直接供給負(fù)載的，因市電的系統(tǒng)容量大可提供足夠的時(shí)間使過(guò)載或短路回路的斷路器跳閘，待系統(tǒng)切除過(guò)載或短路回路后，旁路開關(guān)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換回來(lái)，由UPS 繼續(xù)向其他負(fù)載供電。旁路開關(guān)可分為以下幾種。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 靜態(tài)旁路開關(guān) 靜態(tài)旁路開關(guān)為無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，由晶閘管開關(guān)器件構(gòu)成。所謂電子式靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，是將一對(duì)反向并聯(lián)的快速晶閘管連接起來(lái)，作為UPS 在執(zhí)行由市電旁路供電至逆變器供電切換操作時(shí)的元件。由于快速晶閘管的接通時(shí)間為微秒級(jí)，同小型繼電器毫秒級(jí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間相比，它只是小型繼電器的千分之

7、一左右。因此，依靠這種先進(jìn)技術(shù)，可以對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為零的不間斷供電。正常工作時(shí)，只有逆變器供電通道或交流旁路電源通道中的一路電源向負(fù)載供電。只有當(dāng)UPS 需要執(zhí)行由交流旁路電源供電至逆變器供電切換操作時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)短暫的 (約幾毫秒至幾十毫秒)兩路交流電源在時(shí)間上重疊向負(fù)載供電的情況。靜態(tài)開關(guān)可以將轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短到lms 以下，甚至1OOus 以內(nèi)，但損耗較大。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 動(dòng)態(tài)旁路開關(guān) 動(dòng)態(tài)旁路開關(guān)為有觸點(diǎn)開關(guān)，由接觸器和斷路器構(gòu)成，靠機(jī)械動(dòng)作完成轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)有幾十毫秒的供電中斷，故不能應(yīng)用于重要的負(fù)載場(chǎng)合，現(xiàn)代的UPS 己很少采用。(

8、4)蓄電池 蓄電池用以為UPS 提供一定后備時(shí)間的電能輸出。在市電正常時(shí)，由充電器為其提供電能并轉(zhuǎn)換為化學(xué)能；在市電中斷時(shí)，其將化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能，為逆變器提供能量。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 (5)隔離變壓器 在ups電源供電系統(tǒng)中之所以要配置隔離變壓器，有些是ups電源設(shè)備本身要求的，隔離變壓器是ups電源電路的一個(gè)重要的組成部分；有的是為了改善系統(tǒng)供電質(zhì)而設(shè)置的；還有的是為了電網(wǎng)與負(fù)載設(shè)備的電壓置式之間的匹配而設(shè)置的。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 2.1 后備式UPS特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、噪聲低，但絕大部分時(shí)間，負(fù)載得到的是稍

9、加穩(wěn)壓處理過(guò)的“低質(zhì)量”正弦波電源。轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，后備式UPS 的逆變器不是經(jīng)常工作的，因此不易掌握逆變器的動(dòng)態(tài)狀況，容易形成隱性故障。適合不太重要的單臺(tái)PC 機(jī)使用。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 工作原理為： 當(dāng)市電電正常時(shí)（電網(wǎng)電壓在UPS輸入電壓變化范圍內(nèi)），一路市電通過(guò)整流器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而另一路市電通過(guò)自動(dòng)穩(wěn)壓器初步穩(wěn)壓，吸收部分電網(wǎng)干擾后，再由旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)直接提供給用戶。此時(shí)，蓄電池處在充電狀態(tài)，直到蓄電池充滿而轉(zhuǎn)人浮充狀態(tài)。 當(dāng)電網(wǎng)電壓或電網(wǎng)頻率超出UPS 的輸入范圍時(shí)，即在非正常的情況下，交流電的輸入被切斷，充電器停止工作，蓄電池進(jìn)行放電，在控制電

10、路的控制下逆變器開始工作，使逆變器產(chǎn)生220V、50Hz 的交流電，此時(shí)UPS 供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為由蓄電池一逆變器繼續(xù)向負(fù)載供電。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 后備式正弦波輸出UPS 的主要特點(diǎn)輸出波形失真系數(shù)小于5%。當(dāng)負(fù)載過(guò)輕時(shí)，其波形失真系數(shù)將有所增大，因此這種UPS 的負(fù)載需達(dá)到其額定值的30%以上?？刂齐娐凡捎昧?OHz 市電同步技術(shù)，在一定程度上解決了市電一逆變器之間供電轉(zhuǎn)換時(shí)的交流電同步問題。目前轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為4ms。其轉(zhuǎn)換時(shí)間決定了它對(duì)負(fù)載大約有4ms的供電中斷，小于微型計(jì)算機(jī)允許的中斷值lO ms。處于市電供電狀態(tài)時(shí)，由于市電是直接通過(guò)抗干擾濾波器對(duì)負(fù)

11、載供電的，因此噪聲較小；處于逆變器工作狀態(tài)時(shí)，由于脈寬調(diào)制頻率為8kHz，因此噪聲偏大，一般在55dB 左右。市電或逆變器供電時(shí)均采用同一電源變壓器，其交流輸出端的相線與零線的位置是固定的。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 2.2 在線式UPS UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 工作原理及特點(diǎn)： 不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過(guò)逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)。在線式UPS 一般為雙變換結(jié)構(gòu)。所謂雙變換是指UPS 正常工作時(shí)，電能經(jīng)過(guò)了AC/DC、DC/AC 兩次變換后再供給負(fù)載。當(dāng)然為了提高的可靠性，雙變換大線式UPS 一般增

12、加了自動(dòng)旁路電路。小功率采用繼電器轉(zhuǎn)換便能滿足要求，而大功率一般為采用可控硅（SCR）方式的靜態(tài)開關(guān)。功率較大的UPS在此基礎(chǔ)上還增加了手動(dòng)旁路（維修開關(guān)），用于維修時(shí)保證負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 在線式UPS真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電。在線式UPS 輸出的正弦波的波形失真系數(shù)小，目前一般市售產(chǎn)品的波形失真系數(shù)均在3%以內(nèi)。當(dāng)市電供電中斷時(shí)，UPS 的輸出不需要一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此其負(fù)載電能的供應(yīng)是平滑穩(wěn)定的。在線式UPS 能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的真正的不間斷供電，因此從市電供電到市電中斷的過(guò)程中，UPS 對(duì)負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。由于在線式

13、UPS 工作過(guò)程是平時(shí)對(duì)蓄電池充電，當(dāng)市電供電中斷或超出UPS 允許輸入范圍時(shí)，再由逆變器將蓄電池的電能逆變成交流電能，因此其電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中有大約20%的電能損失，而且該過(guò)程所產(chǎn)生的熱能又影響周圍蓄電池的壽命和電路的可靠性。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 傳統(tǒng)雙變換在線式UPS這是一種目前應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，認(rèn)為性能最好的UPS。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是除了具有整流器和逆變器外，還有輸出隔離變壓器。增加隔離變壓器主要原因是：由于過(guò)去電力電子器件的限制，缺少高耐壓、大電流的功率器件作逆變器，整流器變換出的直流電壓不能很高，所以逆變器輸出的交流電電壓較低，需要輸出隔離變壓器再進(jìn)行一次升

14、壓。因其配有輸出隔離變壓器，可以將負(fù)載與市電中線進(jìn)行有效的隔離和緩沖。它的工作特點(diǎn)是交流市電經(jīng)整流器變?yōu)榉€(wěn)壓直流，經(jīng)過(guò)電容濾波后由逆變器變換為純凈的交流電，再經(jīng)輸出隔離變壓器輸出穩(wěn)定適用的交流電壓供給負(fù)載。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 2.3 在線互動(dòng)式UPS UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 工作原理及特點(diǎn)： 在線互動(dòng)式UPS 有時(shí)被稱為“準(zhǔn)在線”輸出UPS。在市電正常時(shí)，在線互動(dòng)式UPS 供給負(fù)載的是改善了的市電；市電故障時(shí)，負(fù)載完全由蓄電池提供的能量經(jīng)逆變器變換后供電。在線互動(dòng)式UPS 中有一個(gè)雙向，既可以當(dāng)逆變器使用，又可作為充電器。所

15、謂互動(dòng)式就是指電源根據(jù)輸入市電情況通過(guò)升降壓或逆變實(shí)時(shí)調(diào)整電壓輸出。 在線互動(dòng)式UPS與雙變換式相比，由于沒有經(jīng)過(guò)兩次變換，其功率損失明顯低于雙變換機(jī)，因而效率高，可達(dá)95%以上，在市電供電時(shí)過(guò)載能力可達(dá)200%。不帶PFC 的雙變模式UPS 由于采用可控硅（或二極管）整流，即使負(fù)載為線性負(fù)載，也會(huì)對(duì)市電產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波電流，但互動(dòng)式UPS 在帶線性負(fù)載時(shí)不會(huì)對(duì)市電產(chǎn)生污染。這種拓樸的缺點(diǎn)是： UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 在市電供電時(shí)，輸入電壓只是幅度有所改善，而輸入的失真、干擾等傳遞給了輸出；動(dòng)態(tài)性能不好，在輸入電壓或負(fù)載電流突變時(shí)，輸出電壓突變較大，恢復(fù)到新穩(wěn)態(tài)所

16、需時(shí)間長(zhǎng)；穩(wěn)壓精度較差，對(duì)電網(wǎng)適應(yīng)范圍窄，如要提高精度和擴(kuò)大適應(yīng)范圍。則必須增加變壓器抽頭的個(gè)數(shù)；UPS 的輸入功率因數(shù)由負(fù)載決定，如帶計(jì)算機(jī)等整流性負(fù)載時(shí)，其輸入功率因數(shù)也只有0.7 左右；當(dāng)雙向變換器作為充電器使用時(shí)，其充電電壓和電流不可控，大大地降低了蓄電池的使用壽命。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 2.4 串并聯(lián)調(diào)整式UPS 串并聯(lián)調(diào)整式 UPS 多采用雙逆變電壓補(bǔ)償技術(shù)也稱為Delta 技術(shù)，它成功地將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS 的主電路中。 Delta 變換型UPS 的結(jié)構(gòu)圖 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 工作原理及

17、特點(diǎn)： Delta 變換器是一個(gè)正弦波電流源，串接在主電路中，它的功能是提供正弦波電流，監(jiān)控蓄電池組的充電電平，調(diào)整輸入功率因數(shù)，以及補(bǔ)償市電電壓與輸出電壓之間的差值U。從電路結(jié)構(gòu)上講，它是一個(gè)雙向變換器，逆變時(shí)輸出功率，在主電路中對(duì)輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償；整流時(shí)吸收功率，對(duì)輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償。該拓樸一般應(yīng)用在三相大功率UPS 中，這種雙變換電路拓樸把交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理應(yīng)用到UPS 的主電路拓樸中。在主調(diào)壓的基礎(chǔ)上，再疊加一個(gè)可大可小、可正可負(fù)的電壓，來(lái)彌補(bǔ)UPS 輸出電壓與輸入市電的差異，使UPS 拓寬了市電輸入范圍。提高了輸出穩(wěn)壓精度。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作

18、原理 （1）Delta 變換器它是一組DC/AC 和AC/DC 雙向變換器，它的輸出變壓器的副邊串聯(lián)在UPS 主電路中，其作用有三個(gè)：對(duì)UPS 輸入端進(jìn)行輸入功率因數(shù)補(bǔ)償，使輸入功率因數(shù)等于1，輸入諧波電流降到3%以下。當(dāng)市電存在時(shí)，與主變換器一起完成對(duì)輸入電壓的補(bǔ)償：當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓額定值時(shí)，Delta 變換器吸收功率，反極性補(bǔ)償輸入、輸出電壓的差值；當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓額定值時(shí)，Delta 變換器輸出功率，正極性補(bǔ)償輸入、輸出電壓的差值，是串聯(lián)補(bǔ)償。變換器承擔(dān)的最大功率（當(dāng)輸入電壓處于上限和下限時(shí)）僅為；輸出功率的20%（相當(dāng)于輸入電壓變化范圍）， UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原

19、理的內(nèi)部接線及工作原理 所以功率強(qiáng)度很小（最大有功功率僅為輸出功率的1/5 左右），功率余量大，這就大大增強(qiáng)了UPS 的輸出能力。與雙變換在線式UPS 相比，過(guò)載能力得到了增強(qiáng)（200%，1min），不再對(duì)負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制，可從容地對(duì)付沖擊性負(fù)載，也不再對(duì)負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行限制，輸出有功功率可以等于標(biāo)定的kVA 值。與主變換器一起完成對(duì)蓄電池的充電和浮充功能。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 （2）主變換器該變換器同樣是DC/AC 和AC/DC 雙向變換器，它的功能有四個(gè)：同Delta 變換器一起完成對(duì)輸入、輸出電壓差值的補(bǔ)償；同Delta 變換器一起完成對(duì)蓄電池

20、的充電和電壓浮充功能；隨時(shí)檢測(cè)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定（是個(gè)電壓源），并對(duì)負(fù)載電流諧波成分進(jìn)行補(bǔ)償，使其不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響（屬于并聯(lián)補(bǔ)償）；當(dāng)市電中斷時(shí)，全部輸出功率由主變換器給出，并且保證輸出電壓不間斷，輪換時(shí)間為零，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生畸變時(shí)，也由主變換器調(diào)整補(bǔ)償?shù)?。在市電存在時(shí)，由于兩個(gè)逆變器承擔(dān)的最大有功功率僅為輸出功率的1/5 左右，所以元器乃至整機(jī)的壽命可靠性必然大幅度提高。整機(jī)效率在很大的功率范圍內(nèi)都可達(dá)到96%。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 串并聯(lián)調(diào)整結(jié)構(gòu)UPS 的缺陷在市電存在時(shí)，Delta 變換器承擔(dān)的最大有功功率為額定功率的20%左右，但兩個(gè)變換器

21、承擔(dān)的無(wú)功功率可能為輸出功率的一倍。效率是個(gè)可變量，只有市電輸入為額定值，負(fù)載為線性負(fù)載時(shí)，效率才達(dá)到最高值。盡管輸入由兩只可控硅隔離，當(dāng)輸入停電甚至出現(xiàn)短路時(shí)，相當(dāng)于Delta 變換器的負(fù)載出現(xiàn)過(guò)載或短路，將會(huì)斷電，Delta 變換器將進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。若保護(hù)失效，則故障將是毀滅性的。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 Delta 變換型UPS 雖然也是一種雙變換電路，但不同于傳統(tǒng)雙變換型UPS。傳統(tǒng)型 UPS中兩個(gè)變換器的工作是不可逆的，即第一個(gè)變換器只管整流，第二個(gè)變換器只管逆變。而圖中兩個(gè)變換器都是可逆工作的，兩個(gè)變換器隨時(shí)交替工作在整流和逆變狀態(tài)下，在PWM控制下經(jīng)

22、 LC 濾波后取平均值。整流寬度大于逆變寬度時(shí)，平均值效果是給出功率，反之是吸收功率。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 不同UPS的比較 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 3.1 UPS常用的三種供電方案：常用的三種供電方案： 正常時(shí)由UPS主回路整流、逆變雙轉(zhuǎn)換進(jìn)行負(fù)載供電；當(dāng)整流器故障或主輸入電源消失，則由后備蓄電池組逆變轉(zhuǎn)換給負(fù)載供電；當(dāng)逆變器故障或后備電池消失后，轉(zhuǎn)由旁路電源進(jìn)行供電；當(dāng)UPS需要維護(hù)時(shí)，可切換至維修旁路回路工作。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 正常工作時(shí)，由UPS主回路整流、逆變雙轉(zhuǎn)換進(jìn)行負(fù)載供電

23、，兩臺(tái)UPS平均承擔(dān)系統(tǒng)總負(fù)載，各承擔(dān)50%；當(dāng)主機(jī)整流器故障或主輸入電源消失，則由后備蓄電池組逆變轉(zhuǎn)換給負(fù)載供電，兩臺(tái)UPS仍然各承擔(dān)50%負(fù)載。當(dāng)1臺(tái)UPS故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并使其自動(dòng)脫離整個(gè)系統(tǒng)，由另1臺(tái)帶100負(fù)載繼續(xù)供電。當(dāng)2臺(tái)UPS同時(shí)有故障時(shí)，負(fù)載可經(jīng)UPS內(nèi)部靜態(tài)旁路開關(guān)轉(zhuǎn)到公用旁路供電。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 正常工作時(shí)，雙電源負(fù)載由來(lái)自于不同交流 UPS電源供電，由UPS主回路整流、逆變雙轉(zhuǎn)換后進(jìn)行負(fù)載供電，兩臺(tái)UPS不存在平均承擔(dān)系統(tǒng)總負(fù)載的問題。無(wú)論UPS運(yùn)行在逆變、電池或旁路狀態(tài)，只要UPS輸出端口有輸出，則每一個(gè)負(fù)載都有兩路獨(dú)立的

24、電源負(fù)載供電。當(dāng)其中1臺(tái)UPS完全故障（全停）并退出時(shí)，所有負(fù)載仍可由另1臺(tái)UPS繼續(xù)供電。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 3.2 一般一般 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPS容量計(jì)算 工作時(shí)當(dāng)負(fù)載容量為UPS容量的60%-70%時(shí)，UPS處于最佳工作狀態(tài)。經(jīng)驗(yàn)公式：列：?jiǎn)栍秒娯?fù)荷為5kW,功率因數(shù)為0.8時(shí)，選多大容量UPS？計(jì)算：選10KVAUPS即可。()kW)(0.6 0.7)KVASCOS計(jì)算負(fù)荷（()kW)1.5) 1.5KVASKVACOS計(jì)算負(fù)荷（計(jì)算容量（()5=1.5=9.370.8KVAkWSKVA UPS UPS的內(nèi)

25、部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPSUPS系統(tǒng)應(yīng)采用何種供電體系，起決于系統(tǒng)帶負(fù)載的容量和系統(tǒng)應(yīng)采用何種供電體系，起決于系統(tǒng)帶負(fù)載的容量和輸入電源要求（需要單相供電還是三相供電）。輸入電源要求（需要單相供電還是三相供電）。 只要負(fù)載中有一個(gè)三相負(fù)載，就必須采用三進(jìn)三出的只要負(fù)載中有一個(gè)三相負(fù)載，就必須采用三進(jìn)三出的UPSUPS系統(tǒng)；系統(tǒng)； 如果所有的負(fù)載都是單相負(fù)載，則選用何種供電體系，起決于所有的負(fù)載的如果所有的負(fù)載都是單相負(fù)載，則選用何種供電體系，起決于所有的負(fù)載的容量總合。一般來(lái)說(shuō)：容量總合。一般來(lái)說(shuō)： 10KVA 10KVA容量以下系統(tǒng)，采用單進(jìn)單出供電體系；容量以下系統(tǒng)，采用

26、單進(jìn)單出供電體系； 1080KVA 1080KVA容量的系統(tǒng)，采用三進(jìn)單出供電體系；容量的系統(tǒng)，采用三進(jìn)單出供電體系； 100KVA 100KVA以上系統(tǒng)，采用三進(jìn)三出供電體系。以上系統(tǒng)，采用三進(jìn)三出供電體系。 在一些工廠，雖然所有的負(fù)載都是單相，但也只在在一些工廠，雖然所有的負(fù)載都是單相，但也只在1040KVA1040KVA容量的系統(tǒng)采用容量的系統(tǒng)采用三進(jìn)單出供電體系。主要原因源于三進(jìn)單出供電體系。主要原因源于供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052 2009GB50052 2009中的規(guī)中的規(guī)定，是上游變壓器容量和允許的不平衡電流大小決定的。定，是上游變壓器容量和允許的不平衡電流

27、大小決定的。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 具體應(yīng)采用何種供電方案，起決于系統(tǒng)所帶負(fù)載的重要性，對(duì)于運(yùn)行當(dāng)中可以有計(jì)劃中斷或停止運(yùn)行的設(shè)備，可以選用單機(jī)供電；對(duì)于運(yùn)行當(dāng)中不能停電的重要單電源負(fù)載，選用并機(jī)供電；對(duì)于可以接入兩路UPS電源的負(fù)載，優(yōu)先選用雙母線供電方案。 選用具體的供電方案可以參考下表。實(shí)際運(yùn)用中必須根據(jù)行業(yè)具體的項(xiàng)目，負(fù)載重要程度，運(yùn)行中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，進(jìn)行合理的選擇。UPS供電方案保護(hù)目的用戶可接受的實(shí)際效果單機(jī)運(yùn)行保持?jǐn)?shù)據(jù)完整，保護(hù)硬件安全負(fù)載可有計(jì)劃中斷檢修11并機(jī)運(yùn)行盡可能增加裝置持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間盡可能的無(wú)時(shí)間中斷雙輸出方式運(yùn)行系統(tǒng)始終無(wú)間斷的供

28、電不允許任何時(shí)間中斷 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPS 系統(tǒng)如何配置隔離變壓器 隔離變壓器在UPS 中起到的主要作用可以歸納為： 改變系統(tǒng)接地形式、提升輸出電壓、抑制共模電壓干擾、抑制對(duì)上游配電系統(tǒng)的3 次諧波干擾、對(duì)輸入電源進(jìn)行電氣隔離。改變系統(tǒng)接地形式 采用脈沖整流、IGBT 逆變方式的UPS， 由于采用的是全橋變換器，其經(jīng)過(guò)逆變器的輸出回路是不帶中性線的。一般來(lái)說(shuō)，UPS 的負(fù)載通常必須具有中性線，因此，該UPS 的輸出電壓不能直接接至負(fù)載，必須在UPS 逆變器的輸出端增加中性線。通過(guò)在UPS 逆變器的輸出端增加“三角- 星”隔離變壓器，便可在輸出端增加中性

29、線，從而改變系統(tǒng)的接地形式。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 設(shè)置在逆變器輸出端的隔離變壓器同時(shí)還起到了逆變器與用電設(shè)備的電氣隔離的作用。Q4UPS輸出Q3Q2旁路靜態(tài)開關(guān)逆變器輸出隔離變 逆變靜態(tài)開關(guān)整流器Q1旁路輸入整流器輸入蓄電池組 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 提升輸出電壓 采用脈沖整流、IGBT 逆變方式的UPS， 整流器將市電轉(zhuǎn)換為直流電源， 400 V 直流電源經(jīng)PWM 脈寬調(diào)制后， 相電壓只有180 V。因此，在逆變器的輸出端需設(shè)置變比為1 1.22 的輸出隔離變壓器， 以便將180 V 脈寬調(diào)制波提升到輸出相電壓幅值220 V

30、。抑制對(duì)上游配電系統(tǒng)的3 次諧波干擾 用電負(fù)荷中熒光燈、節(jié)能燈、辦公設(shè)備等產(chǎn)生3 次諧波的設(shè)備較多時(shí)， 采用三角- 星接法的隔離變壓器， 可抑制3 次諧波對(duì)上游配電系統(tǒng)的影響。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 抑制共模電壓干擾 在電氣設(shè)備的電源回路中， 由于三相負(fù)荷的不平衡導(dǎo)致中性線和PE 線間存在著電位差， 這是因中性線通過(guò)三相不平衡電流產(chǎn)生的電壓降而引起的。電子信息設(shè)備的信號(hào)電壓和邏輯電壓只有幾伏， 如果此電壓降過(guò)大將使電子信息設(shè)備不能正常工作， 此電壓降被稱作共模電壓干擾。設(shè)置隔離變壓器將輸入電源與輸出電源電氣隔離， 其二次繞組另起一電源系統(tǒng)給電子信息設(shè)備供電，

31、則中性線與PE 線間的電位差在此處又從0 V 開始， 共模電壓干擾可有效地降低。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 對(duì)輸入電源進(jìn)行電氣隔離 UPS系統(tǒng)的旁路隔離變壓器主要作用是對(duì)旁路輸入電源進(jìn)行電氣隔離，使來(lái)自于不同電源的電氣系統(tǒng)通過(guò)隔離變壓器形成新的電氣系統(tǒng)。如圖所示， UPS輸入端的兩個(gè)不同電源（主路輸入電源、旁路輸入電源）通過(guò)隔離變壓器進(jìn)行隔離，在輸出端形成一個(gè)不受輸入電源影響的獨(dú)立的接地系統(tǒng)。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 UPS電池的計(jì)算與選擇 蓄電池容量(AH)是指在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度

32、下（25），電池在給定時(shí)間指點(diǎn)終止電壓時(shí)（1.80v），可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續(xù)放電時(shí)間(10h)H的乘積（I*T）。 確定了UPS和蓄電池的品牌和UPS系統(tǒng)的后備時(shí)間，可以根據(jù)蓄電池?cái)?shù)據(jù)中提供的很功率放電數(shù)據(jù)表或恒電流放電曲線，通過(guò)功率法、估算法以及電源法等計(jì)算方法來(lái)計(jì)算確定蓄電池的型號(hào)和容量。 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 1）恒功率法（查表發(fā)）這種方法比較簡(jiǎn)便，根據(jù)蓄電池恒功率放電參數(shù)可以快速準(zhǔn)確的選出蓄電池的信號(hào)。首先計(jì)算在后備時(shí)間內(nèi)，每個(gè)2V單體電池至少應(yīng)向UPS提供的恒功率。 根據(jù)廠家提供的Vmin下的恒功率放電參數(shù)表中，找出等于或大于Pn

33、c的功率值，這一功率值所對(duì)應(yīng)的型號(hào)既能滿足UPS系統(tǒng)的要求。如果表中所列的功率值小于Pnc值，可通過(guò)多組電池并聯(lián)的方式達(dá)到要求。()()VAWPPFP()()WncPPnN UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 2）估算法這是根據(jù)蓄電池恒電流放電曲線來(lái)確定蓄電池容量和型號(hào)的方法，首先計(jì)算UPS系統(tǒng)要求的電池最大電流： Imax電池組提供最大電流 Umin 電池組最低電壓根據(jù)UPS要求的后備時(shí)間從恒電流曲線查出放電速率n，然后根據(jù)放電速率定義：n=Imax/C10得出配置蓄電池的額定容量C10并確定電池型號(hào) ()maxminVAPPFU UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部

34、接線及工作原理 3）電源法I 電池組電流 Q 電池組容量（ah） K 電池保險(xiǎn)系數(shù) ,取1.25 T 電池放電時(shí)間H 電池放電系數(shù)，見表1 U 蓄電池放電時(shí)逆變器的輸出電壓（V）（單體電池電壓為1.85V時(shí)）A 電池溫度系數(shù)（1/）當(dāng)放電小時(shí)率10時(shí)，取0.006，當(dāng)1放電率10時(shí)，取0.008，當(dāng)放電率1時(shí)，取0.01。t 實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度值，所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15考慮，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5考慮。()minVAPPFU (1(t25)KITQHA UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 表1 電池放電系數(shù)表 UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 4）恒流法Q所需配置的電池容量，單位安培小時(shí)（Ah）P負(fù)載功率,單位瓦（W）T備用時(shí)間,單位小時(shí)（h）V電池組額定電壓，見產(chǎn)品手冊(cè)參數(shù)表 電池逆變效率，見產(chǎn)品手冊(cè)參數(shù)表K電池放電系數(shù)P TQKV UPS UPS的內(nèi)部接線及工作原理的內(nèi)部接線及工作原理 舉例說(shuō)明： 臺(tái)達(dá)NT系列80KVA UPS 后備時(shí)間30min,選用中達(dá)電通DCF126-12系列電池.計(jì)算電池容量? 臺(tái)達(dá)NT80KVA UPS直流終止電壓為300V及U臨界=300V,直流電壓為348V電池組選用29只12V電池,故N=29,n=6, U終壓=1.75v UPS的功率因