交流不間斷電源UPS

1、 PAGE 42GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化第3章 交流不間斷電源UPS PAGE 52 TOC o 1-2 h z t 標(biāo)題 3,3,分條,5,條,4,小節(jié),3,第三級,3 HYPERLINK l _Toc102209431 第章UPS電源 PAGEREF _Toc102209431 h 2 HYPERLINK l _Toc102209432 第一節(jié) UPS的分類 PAGEREF _Toc102209432 h 2 HYPERLINK l _Toc102209433 1. 按電路主結(jié)構(gòu)分類 PAGEREF _Toc102209433 h 2 HYPERLINK l _Toc102209434 2

2、、按后備時(shí)間分類 PAGEREF _Toc102209434 h 3 HYPERLINK l _Toc102209435 3、按輸入/輸出方式分類 PAGEREF _Toc102209435 h 3 HYPERLINK l _Toc102209436 4、按輸出波形分類 PAGEREF _Toc102209436 h 4 HYPERLINK l _Toc102209437 5、按輸出容量分類 PAGEREF _Toc102209437 h 4 HYPERLINK l _Toc102209438 第二節(jié) UPS的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 PAGEREF _Toc102209438 h 4 HYPERL

3、INK l _Toc102209439 一主要組成部分 PAGEREF _Toc102209439 h 4 HYPERLINK l _Toc102209440 二 后備式UPS PAGEREF _Toc102209440 h 5 HYPERLINK l _Toc102209441 1.電路各環(huán)節(jié)的功能 PAGEREF _Toc102209441 h 5 HYPERLINK l _Toc102209442 3.后備式正弦波輸出UPS的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc102209442 h 6 HYPERLINK l _Toc102209443 4.后備式方波輸出UPS的主要特點(diǎn) PAGEREF

4、 _Toc102209443 h 7 HYPERLINK l _Toc102209444 三 在線式UPS PAGEREF _Toc102209444 h 8 HYPERLINK l _Toc102209445 1雙變換在線式UPS PAGEREF _Toc102209445 h 8 HYPERLINK l _Toc102209446 2.在線式正弦波輸出UPS的特點(diǎn) PAGEREF _Toc102209446 h 11 HYPERLINK l _Toc102209447 四 在線互動(dòng)式UPS PAGEREF _Toc102209447 h 12 HYPERLINK l _Toc1022094

5、48 五串并聯(lián)調(diào)整式UPS PAGEREF _Toc102209448 h 13 HYPERLINK l _Toc102209449 第三節(jié) UPS冗余供電 PAGEREF _Toc102209449 h 15 HYPERLINK l _Toc102209450 一 UPS的熱備份連接 PAGEREF _Toc102209450 h 15 HYPERLINK l _Toc102209451 二UPS并聯(lián)冗余方式 PAGEREF _Toc102209451 h 17 HYPERLINK l _Toc102209452 第四節(jié) UPS蓄電池監(jiān)測管理 PAGEREF _Toc102209452 h

6、19 HYPERLINK l _Toc102209453 一、蓄電池容量配置 PAGEREF _Toc102209453 h 20 HYPERLINK l _Toc102209454 二、蓄電池的智能化管理 PAGEREF _Toc102209454 h 21 HYPERLINK l _Toc102209455 第五節(jié) 油機(jī)組與 UPS的兼容 PAGEREF _Toc102209455 h 22 HYPERLINK l _Toc102209456 一、同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) PAGEREF _Toc102209456 h 24 HYPERLINK l _Toc102209457 二、油機(jī)組與UP

7、S的功率匹配 PAGEREF _Toc102209457 h 27 HYPERLINK l _Toc102209458 第六節(jié) 電信機(jī)房UPS配置 PAGEREF _Toc102209458 h 28 HYPERLINK l _Toc102209459 一、UPS與逆變器的比較 PAGEREF _Toc102209459 h 28 HYPERLINK l _Toc102209460 二、電信機(jī)房供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc102209460 h 30 HYPERLINK l _Toc102209461 第七節(jié) UPS的安全使用與檢修 PAGEREF _Toc102209461 h

8、33 HYPERLINK l _Toc102209462 一、 UPS的安全使用 PAGEREF _Toc102209462 h 33 HYPERLINK l _Toc102209463 二、UPS日常維護(hù) PAGEREF _Toc102209463 h 36 HYPERLINK l _Toc102209464 三、UPS的故障診斷及對策 PAGEREF _Toc102209464 h 36第章UPS電源隨著科學(xué)的發(fā)展社會的進(jìn)步，一些重要用戶的關(guān)鍵設(shè)備如互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、銀行清算中心、證券交易系統(tǒng)、通信網(wǎng)管中心等，要求提供高質(zhì)量的無時(shí)間中斷的交流電源。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB2387-89規(guī)定，對于

9、需要配置不間斷電源的計(jì)算機(jī)房提供的交流電源至少應(yīng)滿足：380V/220V、50HZ、三相五線制、電壓波動(dòng)小于+-5%、頻率波動(dòng)小于+-0.5%、波形失真小于+-5%。此外可能產(chǎn)生的任何瞬態(tài)供電中斷應(yīng)控制在5ms以內(nèi)。一般的微機(jī)和服務(wù)器所允許的瞬態(tài)供電中斷時(shí)間在8至10ms的范圍。若超過此范圍，就會造成微機(jī)進(jìn)入誤動(dòng)作或自檢程序，從而造成正在運(yùn)行的數(shù)據(jù)或程序被破壞和丟失的不利局面。另外過頻的瞬態(tài)中斷引起的峰值高達(dá)400V左右的瞬態(tài)干擾是造成服務(wù)器產(chǎn)生偶發(fā)性自動(dòng)關(guān)機(jī)的重要原因之一。因此尋找一種“干凈”的不中斷的電源系統(tǒng)將非常必要。第一節(jié) UPS的分類目前，市場上UPS品牌和種類繁多，但可從電路主結(jié)構(gòu)

10、、后備時(shí)間、輸入/輸出方式、輸出波形和輸出容量等五個(gè)方面對其進(jìn)行分類，其中按電路主結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類是目前最常用的分類方法。1. 按電路主結(jié)構(gòu)分類（1）后備式UPS早期的后備式UPS在市電供電正常時(shí)，市電直接通過交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)向負(fù)載供電，交流旁路相當(dāng)于一條供電回路，逆變器不工作，此時(shí)供電效率高但質(zhì)量差。近年出臺的后備式UPS往往在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善。當(dāng)市電異常（市電電壓、頻率超出后備式UPS允許的輸入范圍或市電中斷）時(shí)，后備式UPS通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到由蓄電池提供電能的狀態(tài)，逆變器進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)輸出波形為交流正弦波或方波。后備式UPS存在切換時(shí)間，一般為410ms，

11、但對一般的計(jì)算機(jī)設(shè)備的工作不會造成影響。(2)在線式UPS在線式UPS一般采用雙變換模式。當(dāng)市電正常時(shí)，在線式UPS輸入交流電，通過充電電路對蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)AC/DC電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后通過脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，由逆變器再將直流電逆變成正弦波交流電供給負(fù)載，起到無級穩(wěn)壓的作用。而當(dāng)市電中斷時(shí)，后備蓄電池開始工作，此時(shí)蓄電池儲存的電能通過逆變器變換成交流正弦波或方波并供給負(fù)載，因此無論是在市電供電正常時(shí)還是在市電中斷由蓄電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，這就從根本上消除了來自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的無干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。（3）串并聯(lián)調(diào)整

12、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。當(dāng)市電正常時(shí)，兩組逆變器只對輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的20%，所以功率強(qiáng)度很小，功率余量大，這就增強(qiáng)了UPS的輸出能力和過載能力，不再對負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制，可從容地對付沖擊性負(fù)載，也不再對負(fù)載功能因數(shù)進(jìn)行限制，輸出有功功率可以等于標(biāo)定的KVA值。（4）在線互動(dòng)式UPS在線互動(dòng)式UPS是介于后備式UPS和在線式UPS工作方式之間的UPS設(shè)備，它集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。在線互動(dòng)式U

13、PS的逆變器一直處于工作狀態(tài)，具有雙向功能：在市電正常時(shí)，UPS的逆變器處于反向工作狀態(tài)，給蓄電池組充電，起充電器的作用；在市電異常時(shí)，逆變器立刻轉(zhuǎn)入逆變工作狀態(tài)，將蓄電池組的直流電轉(zhuǎn)換為交流正弦波輸出。在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間，但比后備式UPS短，保護(hù)功能較強(qiáng)。另外，它還采用了鐵磁諧波變壓器，抽頭調(diào)壓在市電供電時(shí)具有較好的穩(wěn)壓功能。2、按后備時(shí)間分類（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）長效機(jī) 需外接蓄電池組的UPS稱為長

14、效機(jī)，長效機(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)間的長短來確定采用何種容量的蓄電池。UPS的后備時(shí)間與蓄電池容量的關(guān)系可以根據(jù)以下的公式來確定：（1-1）其中：C蓄電池容量，單位為安時(shí)（Ah）；PUPS的額定功率，單位為伏安(VA)；PFUPS的功率因數(shù)；U蓄電池組的直流端電壓(V)，為單節(jié)電池額電壓與蓄電池節(jié)數(shù)的乘積；逆變器的效率，為0.86；C1蓄電池的放電速率，該值可以根據(jù)UPS所需后備時(shí)間t長短在電池的放電曲線圖上查得，例如當(dāng)t=1h時(shí)，C1=0.55，t=2h時(shí)，C1=0.35，t=4h時(shí)，C1=0.20，t=8h時(shí)，C

15、1=0.11。3、按輸入/輸出方式分類根據(jù)輸入/輸出方式，可分為單相輸入/單相輸出UPS、三相輸入/單相輸出UPS和三相輸入/三相輸出UPS。小功率UPS都采用單相輸入/單相輸出方式，而中、大功率UPS多采用三相輸入/單相輸出和三相輸入/三相輸出方式，對于用戶來說，采用三相供電時(shí)市電配電和負(fù)載配電比較容易，每一相都承載一部分負(fù)載電流。4、按輸出波形分類按輸出波形，可分為輸出波形為正弦波的UPS和輸出波形為方波的UPS。輸出波形為方波的UPS不適合帶感性負(fù)載，因?yàn)楦行载?fù)載會使方波產(chǎn)生瞬態(tài)尖波，從而給UPS和負(fù)載設(shè)備造成破壞。大多數(shù)后備式UPS的輸出波形為方波。5、按輸出容量分類按輸出容量，可分為

16、微型UPS（輸出功率小于或等于1kVA）、小型UPS（輸出功率大于1kVA而小于5kVA）、中型UPS（輸出功率大于5kVA而小于或等于30kVA）以及大型UPS（輸出功率大于30kVA而小于或等于100kVA）。第二節(jié) UPS的電路結(jié)構(gòu)和工作原理從主電路結(jié)構(gòu)和不間斷供電的運(yùn)行機(jī)制來看，目前技術(shù)成熟并已形成產(chǎn)品的各種UPS主要有四大類：后備式UPS、在線互動(dòng)式UPS、雙變換在線式UPS以及串并聯(lián)調(diào)整式UPS(Delta變換器)。如果按技術(shù)性能的優(yōu)劣來排序，則雙變換在線式UPS串并聯(lián)調(diào)整式UPS(Delta變換器)在線互動(dòng)式UPS后備式正弦波UPS后備式方波UPS。主要組成部分圖1.1 小型在線

17、式UPS框圖由于UPS功能的不同，其主電路結(jié)構(gòu)和工作原理區(qū)別很大，但一般都包括以下組成部分。1.整流充電器整流充電器可以把市電或油機(jī)的交流電能變?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)。 (1)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。(2)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，適用于中小功率UPS。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

18、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。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)過載或短路電流。因UPS的逆變器采用電子器件，如IGBT管的過載能力僅為125%，當(dāng)UPS供電系統(tǒng) 出現(xiàn)過載或短路故障時(shí)，UPS將自動(dòng)切換到旁路，以保護(hù)UPS的逆變器不會因過載而損壞。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)間使過載或短路回路的斷路器跳閘，待系統(tǒng)切除過載或短路回路后，旁路開關(guān)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換回來，由UPS繼續(xù)向其他負(fù)載供電。旁

19、路開關(guān)可分為以下幾種。(1)靜態(tài)旁路開關(guān) 靜態(tài)旁路開關(guān)為無觸點(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)，是將一對反向并聯(lián)的快速晶閘管連接起來，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，同小型繼電器毫秒級的轉(zhuǎn)換時(shí)間相比，它只是小型繼電器的千分之一左右。因此，依靠這種先進(jìn)技術(shù)，可以對負(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

20、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。 (2)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)換過程會有幾十毫秒的供電中斷，故不能應(yīng)用于重要的負(fù)載場合，現(xiàn)代的UPS己很少采用。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。二 后備式UPS后備式UPS是靜止式UPS的最初形式，因?yàn)閼?yīng)用得早，用得廣泛，因而技術(shù)和產(chǎn)品都是很成熟的。后備式UPS的電路結(jié)構(gòu)加圖11所示。圖1-1 后備式UPS的電路結(jié)構(gòu)1.電路各環(huán)節(jié)的功能

21、（1）充電器當(dāng)市電正常時(shí)，充電器對蓄電池進(jìn)行充電和浮充電。（2）DC/AC逆變器當(dāng)市電存在時(shí)，逆變器不工作；市電中斷時(shí)，由它將直流電壓（由蓄電池供給）轉(zhuǎn)變成符合負(fù)載要求的交流電壓，電壓波形有方波、準(zhǔn)方波和正弦波三種形式。（3）輸出轉(zhuǎn)換開關(guān) 當(dāng)市電存在時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)接通輸入電源，向負(fù)載供電；市電中斷時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)在斷開市電回的同時(shí)接通逆變器，繼續(xù)向負(fù)載供電。（4）智能調(diào)壓電路市電存在時(shí)，智能調(diào)壓電路可用來調(diào)節(jié)并穩(wěn)定輸出電壓。2.后備式UPS的工作原理后備式UPS的工作原理為：當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，一路市電通過整流器對蓄電池進(jìn)行充電，而另一路市電通過自動(dòng)穩(wěn)壓器初步穩(wěn)壓，吸收部分電網(wǎng)干擾后，再由旁路

22、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)。后備式正弦波輸出UPS的電路采用了抗干擾式分級調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)，當(dāng)市電電壓180250V之間變化時(shí)，其電壓穩(wěn)定度達(dá)5%，UPS相當(dāng)于一臺穩(wěn)壓性能較差的穩(wěn)壓器，僅對市電電壓幅度波動(dòng)有所改善，對電網(wǎng)上出現(xiàn)的頻率不穩(wěn)、波形畸變等“電污染”不作任何調(diào)整。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。 后備式UPS的優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品價(jià)格

23、低廉，運(yùn)行費(fèi)用低。由于在正常情況下逆變器處于非工作狀態(tài)，電網(wǎng)電能直接供給負(fù)載，因此后備式UPS的電能轉(zhuǎn)換效率很高。蓄電池的使用壽命一般為35年。 后備式UPS的缺點(diǎn)是：當(dāng)電網(wǎng)供電出現(xiàn)故障時(shí)，由電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換到蓄電池經(jīng)逆變器供電瞬間存在一個(gè)較長的轉(zhuǎn)換時(shí)間。對于那些對電能質(zhì)量要求較高的設(shè)備來說，這一轉(zhuǎn)換時(shí)間的長短是至關(guān)重要的。再者，由于后備式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。后備式UPS一般應(yīng)用在一些非關(guān)鍵性的小功率設(shè)備上。 從上面后備式UPS的工作原理可以看出，在大部分供電時(shí)間內(nèi)，負(fù)載所使用的電源就是市電(或經(jīng)過調(diào)壓器簡單調(diào)壓的市電)，負(fù)載還是會承受從市

24、電網(wǎng)路進(jìn)來的浪涌、尖脈沖、干擾、頻率漂移等不良影響。顯然，這時(shí)的UPS實(shí)質(zhì)上是一臺性能較差的穩(wěn)壓器，只能對市電的電壓高低問題有所改善，而不能解決大部分市電供電中的問題，它是一種價(jià)格便宜、技術(shù)含量較低的UPS，適合不太重要的單臺PC機(jī)使用。3.后備式正弦波輸出UPS的主要特點(diǎn)后備式正弦波和方波輸出的區(qū)別，主要就是逆變器工作時(shí)，輸出的波形的不同。后備式正弦波UPS把蓄電池儲存的直流電轉(zhuǎn)換為正弦交流電，向負(fù)載提供的是高質(zhì)量的無干擾的正弦波交流電。后備式正弦波輸出 UPS的單機(jī)輸出功率為0.252kVA，它具有以下特點(diǎn)： 后備式正弦波輸出UPS的波形失真系數(shù)小于5%。當(dāng)后備式UPS的負(fù)載過輕時(shí)，其波形

25、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。 后備式正弦波輸出UPS的控制電路采用了5OHz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，市售產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為4ms。也就是說，這類UPS在進(jìn)行市電逆變器供電轉(zhuǎn)換時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間決定了它對負(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。 后備式正弦波輸出UPS處于市電供電狀態(tài)時(shí)，由于市電是直接通過抗干擾濾波器對負(fù)載供電的，因此噪聲較??；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。 后備式正弦波輸出UPS在市電或逆變器供電時(shí)均采用

26、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。用戶在連接這種UPS輸出端的相線與零線時(shí)，必須遵守廠家的有關(guān)規(guī)定。另外要說明的是，220V交流輸出的零線也就是UPS控制電路的地線。 4.后備式方波輸出UPS的主要特點(diǎn) 后備式方波輸出UPS的單機(jī)輸出功率為0.25lkVA。該機(jī)型與后備式正弦波輸出 UPS的不同之處在于：當(dāng)市電電壓低于180V或高于250V時(shí)向負(fù)載提供的是具有穩(wěn)壓特性的5OHz方波電源。后備式方波輸出UPS適宜接電阻性負(fù)載，如果接感性負(fù)載的話，會燒毀UPS的逆變器或?qū)ω?fù)載造成損壞。后備式方波輸出UPS具有以下特點(diǎn)： 后備式方波輸出UPS在電路設(shè)計(jì)中采用了抗干擾式分級調(diào)壓穩(wěn)

27、壓技術(shù)。當(dāng)市電電壓在180250V之間變化時(shí)，它仍能向微型計(jì)算機(jī)提供抗電網(wǎng)干擾的穩(wěn)壓電源；當(dāng)市電中斷時(shí)，它向負(fù)載提供的交流電不是正弦波而是方波，其電壓穩(wěn)定度可達(dá)5%。 后備式方波輸出UPS的逆變器輸出的方波脈沖寬度和峰值與負(fù)載電流的關(guān)系是：負(fù)載越重，方波脈沖的寬度越大，而方波脈沖的峰值越小。當(dāng)UPS空載時(shí)，方波脈沖的寬度最窄 (約98)，方波的峰值最大 (約311V)。因此，這種UPS在從市電供電轉(zhuǎn)換到逆變器供電的瞬間，負(fù)載要承受嚴(yán)峻的電壓沖擊。同時(shí)，由于方波輸出中包含有大量的高次諧波分量，因此相對于方波輸出UPS而言，負(fù)載的整流濾波電容要承受較大的容性電流沖擊。 后備式方波輸出UPS在線路設(shè)

28、計(jì)中沒有采取50Hz市電同步技術(shù)，因此在進(jìn)行市電-一逆變器供電轉(zhuǎn)換過程中，有可能出現(xiàn)瞬時(shí)的交流電短路，有時(shí)負(fù)載在轉(zhuǎn)換瞬間要承受接近電源電壓兩倍的電壓的沖擊。另外，方波輸出時(shí)其正、負(fù)方波電壓脈沖之間有可能出現(xiàn)近5ms的零電壓時(shí)間，加上在市電供電逆變器供電轉(zhuǎn)換過程中繼電器有約4ms的轉(zhuǎn)換時(shí)間，就可能出現(xiàn)9ms的供電中斷。也就是說/這種類型UPS轉(zhuǎn)換時(shí)間的長短帶有偶然性，其變化范圍為49ms。 后備式方波輸出UPS不管是處于市電供電狀態(tài)還是逆變器供電狀態(tài)，它的工作頻率都是5OHz，所以這種UPS的噪聲較小。 后備式方波輸出UPS在市電供電和逆變器供電時(shí)都采用同一電源變壓器，它的交流輸出相線與零線的位

29、置是固定的，用戶在連接這種UPS輸出線的相線和零線時(shí)，必須遵守廠家的有關(guān)規(guī)定，不能改變其相互關(guān)系。 后備式方波輸出UPS的產(chǎn)品說明書規(guī)定，它只能連接微型計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備，不能同其他性質(zhì)的負(fù)載相連。否則，產(chǎn)品的技術(shù)性能得不到保證，還有損壞UPS的危險(xiǎn)。 后備式方波輸出UPS不能進(jìn)行頻繁的關(guān)閉和啟動(dòng)操作。一般要求在關(guān)閉UPS后至少要等待6，左石才能再次開啟，否則可能出現(xiàn)既無市電輸出又無逆變器電壓輸出的不正?，F(xiàn)象。三 在線式UPS 對電源要求越來越高的信息設(shè)備，采用后備式和互動(dòng)式UPS時(shí)其供電的技術(shù)指標(biāo)都不如在線式UPS。所謂在線式，是指不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即

30、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。1雙變換在線式UPS1）電路各環(huán)節(jié)功能當(dāng)前，絕大多數(shù)在線式UPS都采用雙變換電路結(jié)構(gòu)，圖1-2為雙變換在線式UPS結(jié)構(gòu)圖。變換器1：該變換器為AC/DC單向變換。當(dāng)市電存在時(shí)，它完成對蓄電池的充電，并通過變換器2向負(fù)載供電。

31、該變換器多為不可控整流或可控整流電路。變換器2：該變換器為DC/AC單向逆變。當(dāng)市電存在時(shí)，它由變換器1獲得直流電能后再轉(zhuǎn)換為交流電源；當(dāng)市電中斷時(shí)，由蓄電池通過變換器2向負(fù)載供電。旁路開關(guān)：平時(shí)處在斷開狀態(tài)，當(dāng)變換電路發(fā)生故障，負(fù)載有沖擊性故障（例如啟動(dòng)負(fù)載時(shí)）或發(fā)生過載故障時(shí)，變換器停止輸出，旁路開關(guān)接通，由電網(wǎng)直接向負(fù)載供電。旁路開關(guān)多為智能型的功率容量很強(qiáng)的無觸點(diǎn)開關(guān)。（2）在線式UPS的工作原理在線式UPS的工作原理如圖1-3所示。當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，電網(wǎng)輸入的電壓一路經(jīng)過噪聲濾波器去除電網(wǎng)中的高頻干擾，以得到純凈的電壓，然后進(jìn)入充電器對蓄電池充電；另一路進(jìn)入整流器進(jìn)行整流和濾波，并將

32、交流電轉(zhuǎn)換為平滑直流電供給逆變器，而逆變器又將直流電轉(zhuǎn)換成220V、50Hz的交流電供電負(fù)載使用。另一部分產(chǎn)品把蓄電池直接掛在直流母排上，如圖。通過諧振變換器把市電變成20kHZ、410V的高頻高壓正弦波，經(jīng)整流后提供給電池充電及逆變器輸入。當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)，交流電的輸入被切斷，充電器不再工作，但這時(shí)蓄電池放電，把能量輸送到逆變器，再由逆變器把直流電轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)載使用。圖1-3 在線式UPS工作原理框圖目前，在線式UPS使用得較為普遍。無論市電正常與否，在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)。在線式UPS可以從根本上完全消除來自市電的任何電壓波動(dòng)和干擾對負(fù)載工作的影響，對電網(wǎng)供電起到“凈化”作用

33、，真正實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的無干擾、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程中，UPS對負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。 由于在線式UPS工作過程是平時(shí)對蓄電池充電，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)化過程中有大約20%的電能損失，而且該過程所產(chǎn)生的熱能又影響周圍蓄電池的壽命和電路的可靠性。（3）傳統(tǒng)雙變換在線式UPS 這是一種

34、目前應(yīng)用歷史最長，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。由于負(fù)載功率完全通過 兩個(gè)變換器，因此屬于串聯(lián)調(diào)整范疇。屬于這種結(jié)構(gòu)的UPS有IMEL、ImvSsit

35、eproFenton、 M.G、ElFide(大容量擋)、Sicon及SoComec等，這類UPS具有以下特點(diǎn)： 除作單機(jī)運(yùn)行外，還可并聯(lián)增容和冗余，UPS在多機(jī)并聯(lián)時(shí)可共用一套蓄電池組或具有各自的蓄電池組； 輸出電壓無三次諧波，對兩個(gè)方向上的電壓變化都有緩沖作用； 負(fù)載電壓上無直流電流分量，容量可達(dá)5OOkVA以上；傳統(tǒng)雙變換在線式UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-4所示。在圖1-4中，AC/DC采用全波整流濾波電路，整流器可為SCR全控整流、半控整流及不控整流?？煽毓?(SCR)整流一般用在中、大功率UPS中，技術(shù)相當(dāng)成熟。SCR工作在低頻?？刂坪唵?，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效率高，整流器造價(jià)低。而對于小功率

36、UPS來說，則將220V交流電直接整流濾波更簡單、更可靠，成本更低。UPS的穩(wěn)壓功能是由逆變器DC/AC來完成。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的UPS輸入功率因數(shù)低 (一般為0.7左右)，輸入電流諧波大 (最大達(dá) 30%)，改用12相整流 (三相輸入)或加輸入濾波電感，輸入功率因數(shù)可提高到0.9左右，諧波電流降到10%以下。 UPS的輸入功率因數(shù)低，意味著輸入無功功率大，輸入諧波電流污染市電電網(wǎng)，以脈動(dòng)斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流。這種脈動(dòng)電流在市電電網(wǎng)沿線路阻抗上形成脈動(dòng)電壓并疊加在電網(wǎng)電壓的正弦波上，造成電壓失真，這就是所謂電力公害，使得同一電網(wǎng)供電的變壓器、電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)生附加諧波損耗、過熱、加速絕緣老化，高次諧波

37、對通信線路、測量儀器產(chǎn)生輻射干擾并影響電表計(jì)量精度。圖1-4 傳統(tǒng)雙變換在線式UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1-4中蓄電池組通過二極管或可控管與市電整流濾波輸出端并聯(lián)，稱為直流母線 (BuS)。當(dāng)整流后的電壓低于蓄電池電壓時(shí)，則由蓄電池向逆變器提供電能。逆變器的逆變橋一般由600V的IGBT構(gòu)成，IGBT一般工作在20kHz左右的SPWM狀態(tài)。變壓器T2具有電氣隔離、升壓以及采用其漏感達(dá)到濾波的作用。也有在T2的初級側(cè)串接隔直電容的，以防變壓器飽和電流大而損害功率器件。對于圖14所示電路，如想拓寬輸入電壓范圍，可在輸入整流前加一個(gè)自動(dòng)穩(wěn)壓裝置 (AVR)。當(dāng)三相輸入時(shí)，則在輸入端接一個(gè)Y/型工頻變壓器，同

38、樣適用于上述電路。(4)帶有源功率因數(shù)校正電路的雙變換式UPS采用電感等無源功率因數(shù)校正 (Power Factor Correction，)電路的UPS體積大，抑制高次諧波效果差。在UPS輸入端增加有源功率因數(shù)校正（Active Pwer Factor Correc-tin，APFC）電路，能有效地抑制高次諧波。比較典型的電路拓?fù)涫遣捎肬C3854控制升壓式變換器 （Boost）的拓?fù)?，它采用平均電流控制模式，具有較好的校正效果，功率因數(shù)值能達(dá)到0.99，輸入電流諧波 (THD)小于5%。同時(shí)，一般在輸入160270V電壓均有較好的穩(wěn)壓效果，也很容易做到輸入120160V電壓時(shí)UPS也能工作

39、，但必須降載使用 (33%50%負(fù)載)。圖1-5所示電路中蓄電池組一般采用30節(jié)至36節(jié)12V蓄電池，蓄電池Boost升壓與交流PFC的輸出電壓一般為直流380V，供給逆變橋。圖1-5 帶APFC的雙變換式UPS拓樸結(jié)構(gòu)圖1-5中開關(guān)管S和二極管VD5處于硬開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)S開通時(shí)，電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行；S關(guān)斷時(shí)，電流下降和電壓上升同時(shí)進(jìn)行，于是存在開關(guān)損耗。當(dāng)開關(guān)管硬關(guān)斷時(shí)，感性元件感應(yīng)出較高的尖峰電壓，易造成開關(guān)管高壓擊穿；二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，存在反向恢復(fù)時(shí)間，易造成直流電源瞬間短路。為了解決上述問題，特別在大功率應(yīng)用中，采用UC3855控制的ZVT(零電壓)-PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 (5

40、)雙隔離的雙變換式UPS在圖1-4和圖1-5所示電路拓?fù)渲校?dāng)系統(tǒng)處于旁路狀態(tài)時(shí)，輸入電壓的干擾直接傳輸給了輸出。圖1-6所示的電路拓?fù)洳捎秒p隔離變壓器，可以徹底隔離逆變和旁路輸入干擾對輸出的影響，同時(shí)可以使輸出的零地 (N、G)電壓低于lV，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中可以減小傳輸誤碼率和提高傳輸速度。但雙隔離變壓器的增加會導(dǎo)致UPS重量的增加和成本的提高。因此許多廠家把隔離變壓器作為可選件供用戶選用。圖1-6 雙隔離的雙變換式UPS拓樸結(jié)構(gòu)2.在線式正弦波輸出UPS的特點(diǎn)在線式正弦波輸出UPS主要具有以下特點(diǎn)：由于在線式UPS無論是在市電正常時(shí)還是在市電中斷，由機(jī)內(nèi)蓄電池向逆變器供電期間，它對負(fù)載的供電

41、均是由UPS的逆變器的逆變器提供的。正因?yàn)槿绱耍@就從根本上消除了來自市電電網(wǎng)的任何電壓波動(dòng)和干擾對負(fù)載工作的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的無干擾穩(wěn)壓供電。這顯然不是任何一種抗干擾交流穩(wěn)壓電源所能解決的。當(dāng)市電電壓變化范圍為180250V時(shí)，它的輸出電壓穩(wěn)定范圍可達(dá)220V3%，正弦波的工作頻率穩(wěn)定范圍為50Hz1%.在線式UPS輸出正弦波的波形失真系數(shù)最小，一般小于3%。市電中斷時(shí)在線式UPS能真正實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的不間斷供電。在線式UPS都是由逆變器向負(fù)載供電的。其對負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。 在線式UPS同后備式UPS相比，具有優(yōu)良的輸出電壓瞬變特性。一般在100%負(fù)載加載或100%負(fù)載減載時(shí)，它的輸

42、出電壓變化范圍為1%左右，這種變化的持續(xù)時(shí)間一般為 13周波。在線式UPS一般采用20kHz以上的PWM技術(shù)，其噪聲較小，約為5OdB。在線式UPS的控制電路中，采用了輸入變壓器、輸出變壓器及光電藕合器件等，將“強(qiáng)電”驅(qū)動(dòng)部分與“弱電”控制線路部分從電的角度隔離開來，因而電路的可靠性得到了極大的提高。這種UPS的故障率一般都很低。四 在線互動(dòng)式UPS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)雙向變換器 (Bidlrec-tionalConverter)

43、，既可以當(dāng)逆變器使用，又可作為充電器。所謂互動(dòng)式就是指電源根據(jù)輸入市電情況通過升降壓或逆變實(shí)時(shí)調(diào)整電壓輸出。圖1-9給出了一種在線互動(dòng)式UPS的典型拓樸。圖1-9 在線式互動(dòng)式UPS典型拓樸電路各環(huán)節(jié)功能輸入開關(guān)：當(dāng)市電中斷（指電網(wǎng)失壓）時(shí)，斷開開關(guān)，防止逆變器向電網(wǎng)饋電。智能調(diào)壓：當(dāng)市電存在時(shí)，可調(diào)節(jié)UPS的輸出電壓（由智能開關(guān)調(diào)節(jié)變壓器抽頭完成輸出電壓的調(diào)整。）變換器：此變換器為雙向變換方式。當(dāng)市電存在時(shí)，變換方向是AC/DC，給蓄電池充電并浮充；市電掉電后，變換方向?yàn)镈C/AC，由蓄電池供電，保持UPS繼續(xù)向負(fù)載供電。圖19中交流輸入端LiN為第一端口，雙向變換器繞組78為第二端口，輸出

44、電壓端LoN為第三端口。當(dāng)輸入市電在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，UPS通過調(diào)整變壓器的抽頭來大致穩(wěn)定電壓。當(dāng)需要進(jìn)行抽頭調(diào)整時(shí)，首先啟動(dòng)雙向變換器，使其處于逆變工作狀態(tài)，再進(jìn)行抽頭換接，待抽頭換接完畢后，停止雙向變換器的逆變工作狀態(tài)，進(jìn)入充電狀態(tài)，這時(shí)輸出由市電供電。如果需要對輸入、輸出進(jìn)行電氣隔離，則可改變壓器自耦式為隔離式。 這種拓樸與雙變換式相比，由于沒有經(jīng)過兩次變換，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，也會對市電產(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)不會對

45、市電產(chǎn)生污染。這種拓樸的缺點(diǎn)是：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)所需時(shí)間長；穩(wěn)壓精度較差，對電網(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。五串并聯(lián)調(diào)整式UPS調(diào)整式UPS在在線互動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大改進(jìn)，采用雙向逆變器代替調(diào)壓穩(wěn)壓器，產(chǎn)生既有串聯(lián)調(diào)整又有并聯(lián)調(diào)整的雙重調(diào)整結(jié)構(gòu)。Delt

46、a 變換型UPS的工作原理圖1-10是Delta變換型UPS的結(jié)構(gòu)圖。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，在主電路中對輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償；整流時(shí)吸收功率，對輸入電壓進(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。

47、圖1-10 Delta變換型UPS的結(jié)構(gòu)圖（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），所以功率強(qiáng)

48、度很?。ㄗ畲笥泄β蕛H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，過載能力得到了增強(qiáng)（200%，1min），不再對負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制，可從容地對付沖擊性負(fù)載，也不再對負(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蓄電池的充電和浮充功能。（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變換器一起完成對輸入、輸出電壓差值的補(bǔ)償；同Delta變換器一起完成對蓄電池的充電和電壓浮充功能；隨時(shí)檢測輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定（是個(gè)電壓源），并對負(fù)載電流諧波成分進(jìn)行補(bǔ)償，使其

49、不對電網(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%。（3）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)變換器承擔(dān)的無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)

50、于Delta變換器的負(fù)載出現(xiàn)過載或短路，將會斷電，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。事實(shí)上，電網(wǎng)停電或短路時(shí)有發(fā)生，相比之下雙變換式UPS卻不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。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1-10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)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。第三節(jié) UPS冗余供電任何設(shè)備總有出故障的的時(shí)候，為進(jìn)一步提高整個(gè)電源

51、系統(tǒng)的可靠性，需要采用冗余供電方案。目前，應(yīng)用最為廣泛的冗余供電方式有主備冗余供電方式和全冗余并聯(lián)方式。在討論冗余供電之前，首先應(yīng)了解在線式UPS的四種工作狀態(tài)。（1）市電正常 在正常工作狀態(tài)下，由市電提供能量，整流器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，逆變器將經(jīng)整流后的直流電轉(zhuǎn)化為純凈的交流電并提供給負(fù)載，同時(shí)充電器對蓄電池組浮充電。市電異常在市電斷電或者輸入市電的電壓或頻率超出允許范圍時(shí)，整流器自動(dòng)關(guān)閉。此時(shí)，由蓄電池組提供的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為純凈的交流電并提供給負(fù)載。 (3)市電恢復(fù)正常 當(dāng)市電恢復(fù)到正常后，整流器重新提供經(jīng)整流后的直流電給逆變器，同時(shí)由充電器對蓄電池組充電。(4)旁路狀態(tài)靜態(tài)旁路是

52、UPS系統(tǒng)的重要組成部分，在下列兩種情況下UPS處于旁路。當(dāng)負(fù)載超載、短路 (實(shí)際上可以看成是一種嚴(yán)重的超載)或者逆變器故障時(shí)，為了保證不中斷對負(fù)載的供電，靜態(tài)旁路開關(guān)動(dòng)作，由市電直接向負(fù)載供電。維修或測試時(shí)，為了安全操作，將維修旁路開關(guān)閉合，由市電直接向負(fù)載供電。把UPS系統(tǒng)隔離，這種切換可保證在UPS檢修或測試時(shí)對負(fù)載的不間斷供電。一 UPS的熱備份連接熱備份連接是指當(dāng)單臺UPS不能滿足用戶提出的供電可靠性要求時(shí)，就需要再接入一臺同規(guī)格的單機(jī)來提高可靠性。任何具有旁路環(huán)節(jié)的UPS都可以進(jìn)行熱備份連接，這種連接非常簡單，當(dāng)把UPS1作為主輸出電源而把USP2作為備用機(jī)時(shí)，只需將備用機(jī)UPS2

53、的輸出與UPS1的旁路輸入端相連就可以了，不過此時(shí)UPS1的旁路輸入端一定要與其輸入端斷開。在正常情況下，由UPSl向負(fù)載供電，而UPS2處于熱備份狀態(tài)空載運(yùn)行；當(dāng)UPSl故障時(shí)，UPS2投入運(yùn)行，接替UPSl繼續(xù)向負(fù)載供電。只有當(dāng)UPS2過載或逆變器故障時(shí)，才閉合UPS2的旁路開關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)為由市電供電。為節(jié)約投資，還可以采用N+1多機(jī)主備冗余供電，即二臺以上的主機(jī)UPS的旁路開關(guān)一起連接到備機(jī)UPS的輸出上。兩臺熱備份連接的UPS系統(tǒng)可靠性比單臺UPS的可靠性提高了兩個(gè)數(shù)量級，并且這種系統(tǒng)的連接方式簡單易行，即使是不同品牌的機(jī)器，只要規(guī)格、容量相同，就可連接，不需再增加另外的設(shè)備。若兩臺不同

54、容量的UPS相連，其容量只能按最小的那一臺計(jì)算。單臺UPS處于旁路工作狀態(tài)時(shí)，負(fù)載不受UPS保護(hù)。此時(shí)，如果發(fā)生交流電中斷、過壓等故障，就將造成負(fù)載電源供應(yīng)中斷或設(shè)備損壞。因此，很自然想到用一臺UPS的輸出作為另一臺UPS主機(jī)的靜態(tài)旁路電源，這就是雙機(jī)主備冗余供電，也叫雙機(jī)串聯(lián)冗余供電，如圖2-1所示。(1)工作原理簡述 正常情況下，負(fù)載的工作電源由UPS主機(jī)的逆變器提供，備機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。 UPS1主機(jī)故障時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)為旁路供電，此時(shí) UPS2備機(jī)的逆變器輸出通過主機(jī)靜態(tài)旁路開關(guān)供給負(fù)載電源。UPS主機(jī)故障轉(zhuǎn)為旁路在毫微秒的時(shí)間內(nèi)完成，不會產(chǎn)生負(fù)載電源中斷。 備機(jī)故障時(shí)，備機(jī)轉(zhuǎn)為旁路。此時(shí)

55、主機(jī)的靜態(tài)旁路輸入的不再是備機(jī)的逆變器輸出，而是交流電經(jīng)過備機(jī)的靜態(tài)旁路開關(guān)供給，此時(shí)相當(dāng)于主機(jī)單機(jī)工作。UP主、備機(jī)同時(shí)故障時(shí)，UPS主、備機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)為旁路工作，交流電經(jīng)過備機(jī)的靜態(tài)旁路開關(guān)，再經(jīng)主機(jī)的靜態(tài)旁路開關(guān)供給負(fù)載電源。當(dāng)然，UPS主、備機(jī)同時(shí)故障的可能性極小。(2)優(yōu)點(diǎn) 安裝方便，易于實(shí)現(xiàn)。只要UPS主機(jī)具有獨(dú)立的靜態(tài)旁路輸入口，就可以很容易地實(shí)現(xiàn)UPS主、備機(jī)冗余供電，甚至是不同型號、不同品牌的UPS，都可以很方便地組成雙機(jī)冗余供電。可靠性高。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，只要將UPS主、備機(jī)的輸出電壓調(diào)整一致即可。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，UPS雙機(jī)主、備冗余供電的可靠性高于雙機(jī)并聯(lián)冗余供電。(3)缺點(diǎn)雙機(jī)冗

56、余提高了UPS電源供電系統(tǒng)的可靠性，但存在以下一些缺點(diǎn)。主UPS本身發(fā)生故障時(shí)，可能無法切換而造成輸出中斷。當(dāng)主UPS內(nèi)部電源板或電源模塊發(fā)生故障時(shí)，主UPS會立即停止工作，輸出中斷。此時(shí)，主UPS也不可能再從靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)向旁路，這時(shí)即使從UPS是好的也無濟(jì)于事，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的供電將被中斷。當(dāng)主UPS控制電路出現(xiàn)問題后，在逆變器燒毀的瞬間 (此時(shí)不滿足切換條件)及出現(xiàn)一些其他原因時(shí)，也可能會出現(xiàn)靜態(tài)開關(guān)不切換而造成供電中斷的現(xiàn)象。 切換瞬時(shí)輸出出現(xiàn)間斷。UPS供電系統(tǒng)為保證輸出波形連續(xù)，采用先合后斷技術(shù)，即旁路通過靜態(tài)開關(guān)與逆變器輸出有一疊加過程以保證輸出無間斷，但這兩路電壓必須保證頻率、相位

57、相幅值完全一致，否則將有可能造成切換過程申輸出的不連續(xù)。在頻率正常的情況下，主UPS為帶載工況，從UPS為空載。而在電網(wǎng)頻率偏離UPS跟蹤頻率范圍時(shí)， UPS將啟動(dòng)自身晶體振蕩器，由于兩臺UPS為獨(dú)立系統(tǒng)，無法進(jìn)行 “鎖相”跟蹤，如在此時(shí)發(fā)生切換過程，輸出波形將會有更大的輸出間斷時(shí)間。特別是在主UPS逆變器發(fā)生故障，強(qiáng)行切換時(shí)，由于無法進(jìn)行正常跟蹤，將有可能出現(xiàn)較大的間斷時(shí)間，甚至切換失敗。在雙機(jī)主備冗余方式的供電系統(tǒng)中，增加了兩個(gè)公共故障點(diǎn)。一旦主UPS靜態(tài)開關(guān)出現(xiàn)故障，此時(shí)又要求切換，則會造成負(fù)載供電中斷。發(fā)生過載時(shí)，主、從UPS將依次轉(zhuǎn)旁路，這時(shí)UPS的靜態(tài)開關(guān)如出現(xiàn)問題，也將造成輸出中

58、斷。 設(shè)備使用效率低。在整個(gè)供電過程中，始終有一臺UPS長期閑置不用，使用效率低，并且備份UPS的蓄電池長期處于浮充狀態(tài)下，蓄電池?zé)o法放電，使用壽命大大縮短。但可以增加一個(gè)主從轉(zhuǎn)換裝置，定期將主機(jī)與從機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對主、從機(jī)的蓄電池輪流充放電，以解決此問題。但是在主、從轉(zhuǎn)換過程中，從機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換過程，負(fù)載量將從0突變到100%，整流器和逆變器將受到大電流沖擊，易于損壞，影響正常輸出，甚至斷電。維修困難。當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障，切換到從機(jī)供電時(shí)，用戶負(fù)載不能停機(jī)，無法關(guān)閉主 UPS進(jìn)行維修。一旦從機(jī)出現(xiàn)故障，會造成整個(gè)供電系統(tǒng)中斷。二UPS并聯(lián)冗余方式從一般原理上講，普通在線式UPS都

59、可直接并聯(lián)，但應(yīng)說明的一點(diǎn)是，這些UPS必須由同一路電網(wǎng)供電。在這種情況下，UPS的逆變器永遠(yuǎn)在跟蹤旁路市電，由于這些UPS都在跟蹤同一路市電，也就相當(dāng)于互相在相位上跟蹤。這些UPS在頻率和相位上都是一致的，因此可以并聯(lián)，但這種并聯(lián)是不保險(xiǎn)的，主要原因如下。雖然它們都在頻率和相位上跟蹤旁路，但在相位上有超前和落后之分。一般大容量UPS的相位跟蹤誤差為3，如果這兩臺并聯(lián)的UPS一個(gè)是+3，另一個(gè)是-3，那么它們兩個(gè)并聯(lián)后就有可能在相位上差了6，這就有可能使輸出電壓相差30V，將會在UPS輸出端造成很大的環(huán)流，使逆變器因過載而燒毀。如圖1-3（a）圖1.33在兩臺UPS電源之間所可能形成的環(huán)流示意

60、圖雖然它們都在頻率和相位上跟蹤旁路，但在相位上有超前和落后之分。一般大容量UPS的相位跟蹤誤差為3，如果這兩臺并聯(lián)的UPS一個(gè)是+3，另一個(gè)是-3，那么它們兩個(gè)并聯(lián)后就有可能在相位上差了6，這就有可能使輸出電壓相差30V，將會在UPS輸出端造成很大的環(huán)流，使逆變器因過載而燒毀。如圖1-3（a）另外，雖然是同型號、同規(guī)格的UPS逆變器，但逆變器參數(shù)和和變壓器參數(shù)的微小差異會導(dǎo)致輸出電壓不一樣，比如一個(gè)為218V而另一個(gè)為220V，也將會在UPS輸出端造成很大的環(huán)流，使逆變器因過載而燒毀。如圖1-3（b）UPS并聯(lián)連接的目的是提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性，增加了UPS系統(tǒng)的容量。而并聯(lián)連接要解決的關(guān)