第四章UPS技術(shù)概要

1、UPSUPS技術(shù)概要技術(shù)概要第四章引言在今后相當長的一段時間內(nèi),我國市電電網(wǎng)供電不足,電壓波動大,干擾嚴重的局面仍將存在我國各行業(yè)，各領(lǐng)域的快速發(fā)展對供電質(zhì)量提出了越來越高的要求,尤其是實時性很強的重要系統(tǒng)，重要部門和重要的用電設(shè)備對供電質(zhì)量的要求與我國的電網(wǎng)實際狀況的矛盾日益尖銳。間斷電源越來越成為人們關(guān)注的焦點。1. UPS發(fā)展概況1.1 UPS1.1 UPS的產(chǎn)生的產(chǎn)生隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展以及計算機、精密儀器、儀表設(shè)備及數(shù)據(jù)處理設(shè)備、自動化生產(chǎn)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，用電設(shè)備對供電質(zhì)量的要求越來越高。用電設(shè)備不僅要求供電電源能夠不間斷供電，而且還要求其輸出電壓波形、頻率準確完好，不能受到電網(wǎng)的

2、任何干擾，要有一個干凈的電源環(huán)境。然而由于公共電網(wǎng)自身的原因，以及雷擊等一些自然現(xiàn)象的影響，公共電網(wǎng)不能滿足用戶對高精度高可靠性電源的要求。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（1）電涌（power surges）指輸出電壓有效值高于額定值110，并且持續(xù)時間為一個至數(shù)個周期。電涌主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備關(guān)機時，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓沖擊。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（2）高壓尖脈沖（high voltage spikes）指峰值達6000V，持續(xù)時間從0.1ms至10ms的電壓。這主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電或大

3、型電氣設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（3）暫態(tài)過電壓（switching transients）指峰值電壓高達20000V，但持續(xù)時間介于1s至100s的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖，只是在解決方法上會有區(qū)別。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（4）電壓下陷（power sags）指市電電壓有效值介于額定值的80至85之間的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時間為一個至數(shù)個周期。大型設(shè)備開機，大型電動機起動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種情況。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方

4、面：（5）電線噪聲（electrical line noise）系指射頻干擾（RFI）和電磁干擾（EMI）以及其它各種高頻干擾。電動機的運行、繼電器的動作、電動機控制器的工作。廣播發(fā)射，微波輻射以及電氣風暴等，都會引起電線噪聲干擾。1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（6）頻率偏移（frequency ariation）系指市電頻率的變化超過3Hz以上。這主要由應(yīng)急發(fā)電機的不穩(wěn)定運行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。 1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（7）持續(xù)低電壓（brownout）指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長時間。其產(chǎn)生原因

5、包括：大型設(shè)備起動及應(yīng)用。主電力線切換，起動大型電動機、線路過載等。 1.1 UPS的產(chǎn)生電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在一下幾個方面：（8）市電中斷（power fail）指市電中斷并且持續(xù)至少兩個周期到數(shù)小時的情況，其產(chǎn)生原因有：線路上的斷路器跳閘、市電供應(yīng)中斷、電網(wǎng)故障等。 1.1 UPS的產(chǎn)生由于以上問題存在，使得負荷與電網(wǎng)供電質(zhì)量之間的矛盾日益加深。為解決這一矛盾，產(chǎn)生了不間斷電源(Uninterruptible Power Supply簡稱UPS)這種新型設(shè)備。1.2 UPS的概念UPSUPS是什么？是什么？ UPS( Uninterruptible Power Supply ) UP

6、S( Uninterruptible Power Supply )，即不間斷電源，是一種含有，即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。 主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)或其它重要設(shè)備提供不間斷、高質(zhì)量的電力供應(yīng)以及作為機場、電站、醫(yī)院等重要部門的備用電源。顧名思義，UPS可以給用電設(shè)備提供連續(xù)不間斷的電能，保證電能供應(yīng)的可靠性。 當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電. 當市電中斷( 事故停電 )時, UPS 立即將機內(nèi)電池的

7、電能,通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。供電中斷只是電網(wǎng)故障之一，電網(wǎng)中存在的各種污染和干擾也是造成用電器件損壞的主要因素。因此，UPS還必須能夠消除電網(wǎng)干擾，給用電設(shè)備提供高質(zhì)量的電能。換句話說，高可靠性和高質(zhì)量是對UPS最基本的要求。1.3 UPS的應(yīng)用UPSUPS作為一種穩(wěn)壓穩(wěn)頻純凈化的電源現(xiàn)已成為供電系作為一種穩(wěn)壓穩(wěn)頻純凈化的電源現(xiàn)已成為供電系統(tǒng)的核心部分統(tǒng)的核心部分, ,受到了廣泛的認可受到了廣泛的認可. .在供電質(zhì)量較佳在供電質(zhì)量較佳的歐美和日本的歐美和日本, ,已經(jīng)將已經(jīng)將UPSUPS作為標準設(shè)備作為標準設(shè)備. .國內(nèi)電網(wǎng)供國內(nèi)電網(wǎng)供

8、電質(zhì)量較差電質(zhì)量較差,UPS,UPS應(yīng)用更是必不可少應(yīng)用更是必不可少. .UPSUPS的典型應(yīng)用有的典型應(yīng)用有: :金融系統(tǒng)，制造業(yè)，鐵路交通系金融系統(tǒng)，制造業(yè)，鐵路交通系統(tǒng)，航空系統(tǒng)，石油統(tǒng)，航空系統(tǒng)，石油/ /化工，煤礦開采，情報，郵電，化工，煤礦開采，情報，郵電，水利，電力中心，醫(yī)療衛(wèi)生，學校，研究所，商業(yè)水利，電力中心，醫(yī)療衛(wèi)生，學校，研究所，商業(yè)樓宇，政府機關(guān)，軍事設(shè)備等樓宇，政府機關(guān)，軍事設(shè)備等. . 1.3 UPS的應(yīng)用行空航天行空航天交通交通科研、醫(yī)療科研、醫(yī)療 計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)企業(yè)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)通信、機場通信、機場軍事部門軍事部門UPS1.4 UPS的主要功能UPSUPS的

9、主要功能可以歸納為以下的主要功能可以歸納為以下4 4個方面：個方面：隔離功能如圖所示。大多數(shù)UPS都是將電網(wǎng)輸入交流電壓經(jīng)過整流后變?yōu)橹绷麟?，一部分能量用于對蓄電池充電，剩余能量?jīng)過逆變器重新變?yōu)榉€(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電供應(yīng)給負載。也就是說，電網(wǎng)通過UPS 給負載供電采用了交一直一交變換形式。由于經(jīng)過整流和大電容濾波，電網(wǎng)中原來存在的瞬間間斷、諧波、噪聲、電壓波動以及頻率波動等干擾全部得到消除，供電質(zhì)量完全取決于逆變器的電能變換能力。這樣，UPS作為一個中間環(huán)節(jié)將電網(wǎng)與負載隔離開，既防止了電網(wǎng)干擾對負載的影響，又可使負載劉電網(wǎng)不產(chǎn)生干擾。(1)(1)隔離功能隔離功能1.4 UPS的主要功能(2)(2)

10、后備功能后備功能后備功能如圖所示。UPS帶有蓄電池，能夠貯存一定的能量。市電正常時，UPS除了從電網(wǎng)吸收能量變換處理后供給負載外，同時對蓄電池進行充電，將部分能量存儲在蓄電池中。電網(wǎng)供電中斷時，可以將蓄電池中存儲的能量經(jīng)過能量變換繼續(xù)維持對負載供電一段時間起到后備電源的作用。根據(jù)裝置中蓄電池和充電器的容量大小，后備時間可以是幾分鐘、幾小時甚至更長。1.4 UPS的主要功能(3)(3)頻率變換功能頻率變換功能：頻率變換功能可以將輸入電壓的頻率變換成負載所需的頻率。目前我國電網(wǎng)的頻率是50Hz，而某些進口設(shè)備要求輸入電壓的頻率為60Hz，軍用設(shè)備輸入電壓的頻率多為400Hz。要使這些設(shè)備正常工作，

11、只需給該設(shè)備配備一套輸出頻率與其輸入頻率匹配的UPS即可。(4)(4)電壓變換功能電壓變換功能電壓變換功能可以將一種電壓等級的電能變換為另一種電壓等級的電能。1.5 UPS發(fā)展歷史20世紀60年代以前采用機械旋轉(zhuǎn)型。機械旋轉(zhuǎn)型。最早的UPS采用了非常原始的機械儲能方式，是帶有一個大飛輪帶有一個大飛輪的電動機的電動機發(fā)電機組發(fā)電機組，在發(fā)電機上帶有一個數(shù)噸重的飛輪，平時由市電經(jīng)過整流器給直流電動機供電，帶動交流發(fā)電機向負載供電，當市電停電時利用飛輪的慣性使發(fā)電機繼續(xù)供電,可以維持正常供電數(shù)秒鐘。這種方式穩(wěn)定可靠、技術(shù)簡單、便于維修，但是設(shè)備龐大笨重、效率低、噪聲大，現(xiàn)已基本淘汰。機械旋轉(zhuǎn)型機械旋

12、轉(zhuǎn)型UPSUPS1.5 UPS發(fā)展歷史7070年代年代，逆變技術(shù)逆變技術(shù)和和晶閘管晶閘管在中廣在中廣泛應(yīng)用。泛應(yīng)用。大功率半導體技術(shù)迅速發(fā)展，晶大功率半導體技術(shù)迅速發(fā)展，晶閘管的出現(xiàn)，使閘管的出現(xiàn)，使UPSUPS技術(shù)產(chǎn)生第一次飛躍，技術(shù)產(chǎn)生第一次飛躍，逆變技術(shù)不斷完善，使其得到廣泛應(yīng)用，逆變技術(shù)不斷完善，使其得到廣泛應(yīng)用，但是普通晶閘管不具備自關(guān)斷特性，又缺但是普通晶閘管不具備自關(guān)斷特性，又缺乏抗千擾能力，影響乏抗千擾能力，影響UPSUPS工作的可靠性。工作的可靠性。1.5 UPS發(fā)展歷史近十多年來，大功率晶體管大功率晶體管(GTR, VMOS(GTR, VMOS和和IGBTIGBT等等) )

13、的出現(xiàn)，部分地取代了晶閘管，各種ICIC控制芯片控制芯片的研制成功，微計算機微計算機的應(yīng)用，并聯(lián)及冗余技術(shù)并聯(lián)及冗余技術(shù)的發(fā)展，使UPS性能又產(chǎn)生一次飛躍?，F(xiàn)代的逆變式UPS問世后，在近十幾年中得到了迅速發(fā)展。就其技術(shù)性能講：它走過了從方波到正弦波方波到正弦波、從離從離線式到在線式線式到在線式、從小功率到大功率從小功率到大功率、 從常規(guī)延時（分鐘從常規(guī)延時（分鐘級）到長延時（小時級）級）到長延時（小時級）、從簡單不停電供電到智能化從簡單不停電供電到智能化操作和處理功能操作和處理功能的發(fā)展歷程。1.5 UPS發(fā)展歷史控制電路的發(fā)展隨著蓄電池和半導體技術(shù)的發(fā)展，其控制電路也發(fā)展很快，由開始的分立元

14、件的簡單控制分立元件的簡單控制發(fā)展到今天發(fā)展到今天的的微處理機控制微處理機控制，由硬件控制硬件控制又發(fā)展成又發(fā)展成軟件控制軟件控制，如軟件濾波器；光纖通訊也被引入光纖通訊也被引入UPSUPS，而且，微處理機也已被廣泛應(yīng)用于小容量的UPS中，甚至還專門為蓄電池的監(jiān)控設(shè)立了微處理機，以保持電池的最佳狀態(tài)。1.5 UPS發(fā)展歷史UPS的智能化發(fā)展隨著計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴展，現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的UPS不再只是單純的電源設(shè)備，而逐步成為整個網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心，UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術(shù)，UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當作為負載的設(shè)備。在

15、無人值守時，當市電故障后，UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機，甚至還可以自動發(fā)傳呼或E-mail給管理者。現(xiàn)代的UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實現(xiàn)事件記錄、故障告警、UPS參數(shù)自動測試分析、調(diào)節(jié)等多項功能，提供了完全的電源管理解決方案。有些UPS甚至可以對環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進行監(jiān)視。1.5 UPS發(fā)展歷史UPS的智能化還表現(xiàn)在加強UPS的節(jié)能功能即所謂“綠色UPS”上。“綠色UPS”可以減少PC系統(tǒng)使用的電能量，既降低了費用又保護了環(huán)境。比如“綠色UPS”在檢測到打印機長時間空閑后,就會把打印機的電源關(guān)閉。當出現(xiàn)打印排隊請求時，UPS可以馬上給打印機恢復供電，隨著“綠色UPS”的出現(xiàn)，

16、為節(jié)約能源又提供了理想的解決方案。 1.5 UPS發(fā)展歷史保護功能的變化保護功能的變化UPS在技術(shù)不斷發(fā)展和改進的過程中，其保護功能也在不斷地發(fā)生變化，特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的今天，這種變化就更明顯，下圖顯示了這個變化過程。19931993年以前著重追求對硬件的保護，年以前著重追求對硬件的保護，19931993年開始，更多的年開始，更多的用戶把電源對數(shù)據(jù)的保護要求放在了最重要的地位。用戶把電源對數(shù)據(jù)的保護要求放在了最重要的地位。1.6國內(nèi)外UPS研究狀況由于由于UPSUPS技術(shù)是一項實用技術(shù)技術(shù)是一項實用技術(shù), ,國內(nèi)外各大電源公司國內(nèi)外各大電源公司, ,生產(chǎn)生產(chǎn)廠家以及科研院所都在對其進行

17、研究廠家以及科研院所都在對其進行研究. .國外已經(jīng)將許多先進技術(shù)應(yīng)用到實際系統(tǒng)中國外已經(jīng)將許多先進技術(shù)應(yīng)用到實際系統(tǒng)中, ,生產(chǎn)出了許生產(chǎn)出了許多知名品牌的多知名品牌的UPS.UPS.國內(nèi)對國內(nèi)對UPSUPS先進的關(guān)鍵技術(shù)的研究先進的關(guān)鍵技術(shù)的研究, ,主要集中在少數(shù)知名院主要集中在少數(shù)知名院校校, ,且大多數(shù)處在實驗階段且大多數(shù)處在實驗階段, ,沒能將它們應(yīng)用到實際系統(tǒng)中沒能將它們應(yīng)用到實際系統(tǒng)中去去. .從目前國內(nèi)市場上看從目前國內(nèi)市場上看, ,國內(nèi)生產(chǎn)廠商基本不能生產(chǎn)大型國內(nèi)生產(chǎn)廠商基本不能生產(chǎn)大型UPS,UPS,國內(nèi)的大型國內(nèi)的大型UPSUPS市場幾乎全部被國外公司占領(lǐng)市場幾乎全部被國

18、外公司占領(lǐng). .對于中小型對于中小型UPSUPS來說來說, ,雖然國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家可以生產(chǎn)雖然國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家可以生產(chǎn), ,但其產(chǎn)品的可但其產(chǎn)品的可靠性和性能遠遠不如國外的同類產(chǎn)品靠性和性能遠遠不如國外的同類產(chǎn)品, ,整個中小型整個中小型UPSUPS市場市場90%90%以上都被國外公司占領(lǐng)以上都被國外公司占領(lǐng). . 2 UPS的分類按功率大小可以分為：按功率大小可以分為：小功率（小功率（10KVA10KVA以下）、中功率（以下）、中功率（1010100KVA100KVA）、大）、大功率（功率（100KVA100KVA以上）。以上）。按輸出波形可以分為：按輸出波形可以分為：方波，梯形波，正弦波方

19、波，梯形波，正弦波。按輸入輸出方式可以分為：按輸入輸出方式可以分為：單相入單相出，三相入單相出，三相入三相出。單相入單相出，三相入單相出，三相入三相出。按工作原理還可以分為：按工作原理還可以分為：動態(tài)動態(tài)UPS，靜態(tài)，靜態(tài)UPS。2 UPS的分類靜態(tài)靜態(tài)UPS:UPS: 以蓄電池組為儲能工具以蓄電池組為儲能工具, ,市電正常時交流市市電正常時交流市電經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟姴㈦娔艽鎯υ谛铍姵仉娊?jīng)整流后變?yōu)橹绷麟姴㈦娔艽鎯υ谛铍姵亟M中組中, ,當市電中斷時再由逆變器將蓄電池組中當市電中斷時再由逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬砭S持向負載供電儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬砭S持向負載供電. .動

20、態(tài)動態(tài)UPS:UPS: 是依靠慣性飛輪存儲的動能來維持負載電是依靠慣性飛輪存儲的動能來維持負載電能供應(yīng)的連續(xù)性的能供應(yīng)的連續(xù)性的, ,這種不間斷電源具有笨重，這種不間斷電源具有笨重，噪聲大，效率低，切換時間長等缺點噪聲大，效率低，切換時間長等缺點, ,已被靜已被靜態(tài)不間斷電源所取代態(tài)不間斷電源所取代. .2 UPS的分類靜態(tài)靜態(tài)UPSUPS根據(jù)工作方式的不同又可分為：根據(jù)工作方式的不同又可分為： 后備式后備式(OFF-LINE)UPS.(OFF-LINE)UPS. 在線式在線式(ON-LINE)UPS.(ON-LINE)UPS. 在線互動式在線互動式(LINE(LINEINTERACTIVE)

21、UPS.INTERACTIVE)UPS. DeltaDelta變換型變換型UPSUPS . .3 UPS的原理3.13.1后備式后備式UPSUPS后備式UPS電源是一種價格低廉,僅能滿足一般客戶要求的普及型UPS電源.一般使用的是工頻變壓器來進行能量傳遞的,由于性能的限制,出于市場的考慮,容量一般只有0.5-2kVA左右. 后備式后備式UPSUPS電源框圖電源框圖 3 UPS的原理3.13.1后備式后備式UPSUPS后備式后備式UPSUPS電源框圖電源框圖 后備式UPS電源的功率變換主回路的構(gòu)成比較簡單,主要由濾波電路和多抽頭變壓器組成,濾波電路可對市電中的干擾起到一定的抑制作用,多抽頭變壓器

22、則可以起到電壓調(diào)節(jié)的功能,使UPS電源的輸出電壓在市電發(fā)生低頻波動時也能維持穩(wěn)定,但電網(wǎng)在頻繁出現(xiàn)高次諧波時,由于工作原理的限制,顯然后備式UPS是無能為力的了.3.1后備式UPS從性能上看從性能上看, ,后備式后備式UPSUPS電源的穩(wěn)壓精度沒有在線式的電源的穩(wěn)壓精度沒有在線式的高高, ,但是可以滿足一般的應(yīng)用需要但是可以滿足一般的應(yīng)用需要. .后備式后備式UPSUPS切換期間的輸出會出現(xiàn)瞬間掉電的現(xiàn)象切換期間的輸出會出現(xiàn)瞬間掉電的現(xiàn)象. .不不過轉(zhuǎn)換時間很短過轉(zhuǎn)換時間很短, ,一般只有幾一般只有幾ms,ms,并不會影響到普通計并不會影響到普通計算機的正常工作算機的正常工作, ,但對于服務(wù)器

23、等高端設(shè)備來說但對于服務(wù)器等高端設(shè)備來說, ,后備后備式式UPSUPS的供電質(zhì)量是遠遠不夠的的供電質(zhì)量是遠遠不夠的. .出于成本考慮出于成本考慮, ,后備式后備式UPSUPS電源工作在逆變狀態(tài)時輸出電源工作在逆變狀態(tài)時輸出電壓波形失真比較大電壓波形失真比較大, ,廉價的系統(tǒng)電壓輸出波形多是方廉價的系統(tǒng)電壓輸出波形多是方波波, ,做得好的可以實現(xiàn)正弦波輸出做得好的可以實現(xiàn)正弦波輸出. .后備式后備式UPSUPS電源由于在市電供電時不使用變換器電源由于在市電供電時不使用變換器, ,因此因此具有很高的效率具有很高的效率, ,這一點是顯而易見的這一點是顯而易見的. . 3.1.1后備式UPS工作原理分

24、析（1）市電供電正常（市電電壓處于 175264V 之間）時，后備式UPS工作狀態(tài)如圖所示：市電供電正常后備式市電供電正常后備式UPS工作狀態(tài)工作狀態(tài)3.1.1后備式UPS工作原理分析經(jīng)充電器對位于 UPS 機內(nèi)的蓄電池組充電，以備一旦市電供電中斷時，有能量支持 UPS 的正常運行。經(jīng)位于交流旁路供電通道上的穩(wěn)壓器對電壓變化起伏較大的市電電源進行穩(wěn)壓處理。在常見的后備式 UPS 電源中，由于各廠家的設(shè)計方案不同，位于交流旁路上的穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度在 220V（410 )左右。此時，在 UPS 邏輯控制電路的作用下，這種經(jīng)過穩(wěn)壓處理的市電電源便經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)向負載供電（轉(zhuǎn)換開關(guān)由小型快速繼電器構(gòu)成，其

25、轉(zhuǎn)換時間為 24ms ）。此時，逆變器在邏輯控制電路的調(diào)控下，一直處于停機待命狀態(tài)。 市電供電正常后備式市電供電正常后備式UPS工作狀態(tài)工作狀態(tài)3.1.1后備式UPS工作原理分析(2)當市電供電不正常（市電電壓低于 175V ，或高于 264V ）時，如圖所示。在 UPS 邏輯控制電路的調(diào)控下， UPS 中的各關(guān)鍵部件將按下述方式運行：市電供電不正常后備式市電供電不正常后備式UPS工作狀態(tài)工作狀態(tài)3.1.1后備式UPS工作原理分析市電供電不正常后備式市電供電不正常后備式UPS工作狀態(tài)工作狀態(tài)充電器停止工作。充電器停止工作。逆變器在由蓄電池組所提供的直流能源的支持下，向逆變器在由蓄電池組所提供的

26、直流能源的支持下，向外提供外提供50Hz50Hz有效值為有效值為220V220V的方波穩(wěn)壓電源。的方波穩(wěn)壓電源。轉(zhuǎn)換開關(guān)在切斷交流旁路供電通道同負載之間的連接轉(zhuǎn)換開關(guān)在切斷交流旁路供電通道同負載之間的連接的同時，將負載同逆變器電源的輸出端連接起來，從的同時，將負載同逆變器電源的輸出端連接起來，從而實現(xiàn)由方波逆變器電源向負載供電的轉(zhuǎn)變。而實現(xiàn)由方波逆變器電源向負載供電的轉(zhuǎn)變。3.1.1后備式UPS工作原理分析市電供電不正常后備式市電供電不正常后備式UPS工作狀態(tài)工作狀態(tài)由于逆變器電源向負載提供的是方波電源而不是正弦波電源，這就由于逆變器電源向負載提供的是方波電源而不是正弦波電源，這就要求負載只能

27、帶電阻性或計算機、通信設(shè)備之類的開關(guān)電源型的負要求負載只能帶電阻性或計算機、通信設(shè)備之類的開關(guān)電源型的負載，而不能帶電感性負載。否則，會造成兩種事故之一：載，而不能帶電感性負載。否則，會造成兩種事故之一：UPS UPS 逆變器電源被損壞逆變器電源被損壞. .用戶負載設(shè)備被損壞。用戶負載設(shè)備被損壞。這是由于電感性負載的出現(xiàn)，會導致出現(xiàn)在方波電源的脈沖波形的這是由于電感性負載的出現(xiàn)，會導致出現(xiàn)在方波電源的脈沖波形的上升邊或下降邊的尖峰干擾的峰值急劇增大的緣故。上升邊或下降邊的尖峰干擾的峰值急劇增大的緣故。3.1.2后備式UPS小結(jié)綜上所述，對于后備式方波輸出 UPS :當市電供電正常時，它向用戶所

28、提供的電源為對市電電壓稍加穩(wěn)壓處理過的“低質(zhì)量”的正弦波電源。當市電供電不正常時，它向用戶提供的是有效值為 220V 的方波穩(wěn)壓電源。在此條件下，由于要求逆變器立即從關(guān)機狀態(tài)進人自動開機，并馬上帶載的狀態(tài)，顯然，這極易造成逆變器在執(zhí)行市電供電逆變器的期間被損壞的概率增大和造成 UPS 的市電供電逆變器供電的切換時間增長。后備式優(yōu)點：電路簡單、成本低、可靠性高。后備式缺點：輸出電壓穩(wěn)定精度差 ,市電掉電時負載供電有一段時間的中斷，輸出功率一般較小因其受切換電流和動作時間的限制 , 一般后備式正弦波輸出容量在 2以下 ,后備式方波輸出容量在 1以下.3.2 在線互動式UPS電源u在線互動式在線互動

29、式UPSUPS電源也稱之為準在線式電源也稱之為準在線式UPSUPS電源電源. .u通常情況下通常情況下, ,當市電供電在當市電供電在220V220V20%20%時時UPSUPS認為電網(wǎng)基本正常認為電網(wǎng)基本正常, ,這樣這樣, ,交流電可以通過工頻變壓器直接輸送給負載交流電可以通過工頻變壓器直接輸送給負載; ;u當市電超出上述范圍當市電超出上述范圍, ,但在但在150-276V150-276V之間時之間時,UPS,UPS可以通過邏輯控可以通過邏輯控制制, ,驅(qū)動繼電器動作驅(qū)動繼電器動作, ,使工頻變壓器抽頭升壓或降壓使工頻變壓器抽頭升壓或降壓, ,然后向負載然后向負載供電供電; ;u若市電低于若

30、市電低于150V150V或高于或高于276V,UPS276V,UPS將啟動逆變器工作將啟動逆變器工作, ,由電池逆變由電池逆變向負載供電向負載供電. .u在市電在在市電在150-276V150-276V之間時之間時, ,身兼充電器身兼充電器/ /逆變器的變換器同時還逆變器的變換器同時還給電池充電給電池充電, ,處于熱備份狀態(tài)處于熱備份狀態(tài), ,一旦市電異常一旦市電異常, ,馬上就轉(zhuǎn)換為逆變馬上就轉(zhuǎn)換為逆變狀態(tài)狀態(tài), ,為負載供電為負載供電. .在在線線互互動動式式UPSUPS框框圖圖3.2 在線互動式UPS電源因此在線互動式因此在線互動式UPSUPS與后備式與后備式UPSUPS的區(qū)別是變換器時

31、刻處于熱的區(qū)別是變換器時刻處于熱備份狀態(tài)備份狀態(tài), ,市電市電/ /逆變切換時間比后備式要短逆變切換時間比后備式要短. .相對在線式相對在線式UPSUPS而言而言, ,它的電路實現(xiàn)簡單它的電路實現(xiàn)簡單, , 生產(chǎn)成本降低和可靠生產(chǎn)成本降低和可靠性提高性提高, ,另一方面在市電供電時不存在另一方面在市電供電時不存在AC/DC,DC/ACAC/DC,DC/AC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換, ,使整機效率有所提高使整機效率有所提高. .但是但是, ,在電網(wǎng)電壓正常時在電網(wǎng)電壓正常時, ,由于它是直接通由于它是直接通過工頻變壓器供電給負載過工頻變壓器供電給負載, ,所以負載使用的同樣是充斥著諧波和所以負載使用的同樣是

32、充斥著諧波和尖峰的交流電尖峰的交流電, ,不利于高端設(shè)備的使用不利于高端設(shè)備的使用, ,市電逆變切換時市電逆變切換時, ,仍存在仍存在切換時間切換時間. .在線互動式在線互動式UPSUPS原理圖如圖所示原理圖如圖所示. .在在線線互互動動式式UPSUPS原原理理圖圖3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電供電正常時（市電電壓在150-276V之間），如圖所示，市電電源經(jīng)低通濾波器對從市電電網(wǎng)串入的射頻干擾及傳導型電磁干擾進行適當衰減抑制后，市電電源將分如下調(diào)控通道去控制UPS電源的正常運行。市電供電正常時的工作狀態(tài)市電供電正常時的工作狀態(tài)3.2.1在線互動式UPS工作原理分析 市電供電正常

33、時的工作狀態(tài)市電供電正常時的工作狀態(tài)當市電電源電壓處在175264V之間時，在UPS電源的邏輯控制電路的作用下，將開關(guān)K0置于閉合狀態(tài)的同時，還將位于UPS輸出通道上的作為轉(zhuǎn)換開關(guān)使用的小型繼電器的常閉觸點接通。這樣，負載得到的是一個不穩(wěn)壓的市電電源。鑒于微機開關(guān)電源所允許的市電電壓工作范圍在150264V之間，所以，用戶的微機是可以正常運行的。3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電電源的電壓處在當市電電源的電壓處在150150一一175V175V之間時，鑒于市電輸人電壓偏低之間時，鑒于市電輸人電壓偏低，在在 UPS UPS 電源的邏輯控制電路作用下，將開關(guān)電源的邏輯控制電路作用下，將開

34、關(guān) K0K0置于開啟狀態(tài)的同置于開啟狀態(tài)的同時，把位于采用變壓器抽頭調(diào)壓方式運行中的升壓繞組輸入端的開時，把位于采用變壓器抽頭調(diào)壓方式運行中的升壓繞組輸入端的開關(guān)關(guān) KlKl 置于閉合狀態(tài)。這樣，輸入幅值偏低的市電電源經(jīng)升壓處理置于閉合狀態(tài)。這樣，輸入幅值偏低的市電電源經(jīng)升壓處理后（一般從升壓繞組所輸出的電壓是市電輸人電壓的后（一般從升壓繞組所輸出的電壓是市電輸人電壓的1.15倍）倍），負載得到一個幅度較高（負載得到一個幅度較高（172172一一195V195V）的市電電源）的市電電源市電供電偏低時的工作狀態(tài)市電供電偏低時的工作狀態(tài)3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市

35、電電源的電壓處在當市電電源的電壓處在264264276V276V之間時，為防止出現(xiàn)由于將較高的市電電之間時，為防止出現(xiàn)由于將較高的市電電壓直接送往負載而損壞用戶負載的事故發(fā)生，在壓直接送往負載而損壞用戶負載的事故發(fā)生，在 UPS UPS 的邏輯控制電路作用的邏輯控制電路作用下，在將開關(guān)下，在將開關(guān) K0K0置于斷開狀態(tài)的同時，還將位于采用變壓器抽頭調(diào)壓方式置于斷開狀態(tài)的同時，還將位于采用變壓器抽頭調(diào)壓方式運行中的降壓繞組的輸入端的開關(guān)運行中的降壓繞組的輸入端的開關(guān) K 2K 2置于閉合狀態(tài)。這樣，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于閉合狀態(tài)。這樣，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送往負載的電源是從降壓繞組所輸出的市電電源（一般為市電輸入

36、電壓的送往負載的電源是從降壓繞組所輸出的市電電源（一般為市電輸入電壓的 0.9 0.9 倍，此時的輸出電壓為：倍，此時的輸出電壓為：23023025OV) 25OV) ，從而達到用戶負載安全運行，從而達到用戶負載安全運行的目的的目的。3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電電源的電壓處于上當市電電源的電壓處于上述的述的150150276V276V范圍內(nèi)時，范圍內(nèi)時，在線互動式在線互動式 UPS UPS 除了向用除了向用戶的負載提供戶的負載提供 220V220V20 20 的電源外，還經(jīng)身兼逆的電源外，還經(jīng)身兼逆變器充電器兩種控制功變器充電器兩種控制功能的變換器向電池組充電，能的變換器向電池

37、組充電，以便在市電工作不正常時，以便在市電工作不正常時，提供足夠的直流能量。提供足夠的直流能量。市電向電池組充電市電向電池組充電3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電供電不正常時，即市電輸人電壓低于當市電供電不正常時，即市電輸人電壓低于 150V 150V 或高于或高于 276V 276V 時，如圖所示，這時在機內(nèi)的邏輯控制電路的調(diào)控時，如圖所示，這時在機內(nèi)的邏輯控制電路的調(diào)控下，下， UPS UPS 電源的各關(guān)鍵控制部件將完成如下的操作：電源的各關(guān)鍵控制部件將完成如下的操作： 市電供電不正常時的工作狀態(tài)市電供電不正常時的工作狀態(tài)3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電供電不正常時市

38、電供電不正常時的工作狀態(tài)市電供電不正常時的工作狀態(tài) 逆變器充電器控制模塊將會從原來的充電器工作方式轉(zhuǎn)人逆變器工作方式。在蓄電池提供的能量支持下，該模塊經(jīng)正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM ）向外送出穩(wěn)壓的正弦波形逆變器電源。 3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電供電不正常時市電供電不正常時的工作狀態(tài)市電供電不正常時的工作狀態(tài) 轉(zhuǎn)換開關(guān)在切斷交流旁路供電通道通往負載端的同時，把逆變器供轉(zhuǎn)換開關(guān)在切斷交流旁路供電通道通往負載端的同時，把逆變器供電通道同負載連接起來，從而實現(xiàn)由電通道同負載連接起來，從而實現(xiàn)由 UPS UPS 逆變器電源向負載提供正逆變器電源向負載提供正弦波電源的操作（只有在此時，用

39、戶才能得到真正的純正正弦波電弦波電源的操作（只有在此時，用戶才能得到真正的純正正弦波電源）源） 。 在邏輯控制電路的調(diào)控下，充電器停止工作。3.2.1在線互動式UPS工作原理分析當市電供電不正常時市電供電不正常時的工作狀態(tài)市電供電不正常時的工作狀態(tài)綜上所述：僅當市電供電不正常時，在線互動式 UPS 才由它的逆變器向外提供質(zhì)量較高的正弦波電源（按目前的常用蓄電池容量配置，其工作時間為 810 分鐘）。相反，在市電供電正常時，它向外提供的是僅對市電電網(wǎng)的電壓稍加穩(wěn)壓處理過的質(zhì)量偏低的正弦波市電電源。運行實踐表明：有的在線互動式 UPS ，如果輸入電源的波形畸變度5 時，易于造成它的內(nèi)部的轉(zhuǎn)換繼電器

40、誤動作。過頻的切換操作易于造成服務(wù)器產(chǎn)生“偶發(fā)性”的誤動作或自動關(guān)機。3.2.2在線互動式UPS小結(jié)綜上所述，可以看到：當市電正常時，送往用戶負載的電綜上所述，可以看到：當市電正常時，送往用戶負載的電源實際上是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源。在此過程中，源實際上是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源。在此過程中，需比較頻繁地重新調(diào)整輸人開關(guān)需比較頻繁地重新調(diào)整輸人開關(guān) K0K0、 Kl Kl 和和 K2 K2 的工作的工作狀態(tài)。為了降低成本，在狀態(tài)。為了降低成本，在“在線互動式在線互動式” UPS UPS 中常采用中常采用小型繼電器來作調(diào)控開關(guān)小型繼電器來作調(diào)控開關(guān) K0K0、 K1 K1 和和 K2 K2

41、 ，它們的觸點，它們的觸點切換時間為切換時間為 4ms 4ms 左右。其帶來的弊端是：造成左右。其帶來的弊端是：造成 UPS UPS 對負對負載的供電產(chǎn)生瞬態(tài)中斷，在負載的輸入端造成瞬態(tài)擾動或載的供電產(chǎn)生瞬態(tài)中斷，在負載的輸入端造成瞬態(tài)擾動或高壓尖峰干擾，從而造成微機誤動作。為解決這一問題，高壓尖峰干擾，從而造成微機誤動作。為解決這一問題，可利用由可控硅所構(gòu)成的可利用由可控硅所構(gòu)成的“靜態(tài)開關(guān)靜態(tài)開關(guān)”來代替小型繼電器。來代替小型繼電器。從應(yīng)用技術(shù)的角度看，可將這種從應(yīng)用技術(shù)的角度看，可將這種UPSUPS電源在執(zhí)行市電輸入電源在執(zhí)行市電輸入電壓調(diào)壓時可能產(chǎn)生的供電時間的中斷降低到零，從而明電壓

42、調(diào)壓時可能產(chǎn)生的供電時間的中斷降低到零，從而明顯地改進了在線互動式顯地改進了在線互動式 UPS UPS 的輸出特性。然而，如果把的輸出特性。然而，如果把在線互動式在線互動式 UPS UPS 連到被諧波嚴重連到被諧波嚴重“污染污染”的電網(wǎng)中時，的電網(wǎng)中時，則會由于被則會由于被“污染污染”的正弦波電源可能出現(xiàn)多個電壓過零的正弦波電源可能出現(xiàn)多個電壓過零點而造成可控硅誤動作。問題嚴重時，會造成微機點而造成可控硅誤動作。問題嚴重時，會造成微機“自檢自檢誤動作誤動作”，從而造成用戶的數(shù)據(jù)或程序被破壞和丟失（這，從而造成用戶的數(shù)據(jù)或程序被破壞和丟失（這時用戶所看到的現(xiàn)象是：微機顯示屏上的所有信息突然全時用

43、戶所看到的現(xiàn)象是：微機顯示屏上的所有信息突然全部消失，緊接著會看見微機進入重新部消失，緊接著會看見微機進入重新“自舉啟動自舉啟動”運行狀運行狀態(tài)）態(tài)）. .3.2.2在線互動式UPS小結(jié)在線互動式的優(yōu)點：具有效率高在線互動式的優(yōu)點：具有效率高 ( (可達可達 98%98%以上以上 ) )、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高。、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高。在線互動式的缺點：它大部分時間由市電直在線互動式的缺點：它大部分時間由市電直接給負載供電接給負載供電 , ,輸出電壓質(zhì)量差輸出電壓質(zhì)量差 , ,市電掉電時交流旁市電掉電時交流旁路開關(guān)存在斷開時間路開關(guān)存在斷開時間 , ,導致輸出存在一定時導致輸出存在一

44、定時間的電能中斷。間的電能中斷。3.3 Delta UPS電源DeltaDeltaUPSUPS是一種將串聯(lián)交流穩(wěn)壓技術(shù)與脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)品是一種將串聯(lián)交流穩(wěn)壓技術(shù)與脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)品, ,它利它利用小功率用小功率( (設(shè)計容量為設(shè)計容量為20%UPS20%UPS的標稱輸出功率的標稱輸出功率),),經(jīng)位于主供電通道上的補經(jīng)位于主供電通道上的補償變壓器償變壓器, ,對不穩(wěn)定的市電電源的電壓執(zhí)行一定數(shù)量級電壓調(diào)整的電壓補對不穩(wěn)定的市電電源的電壓執(zhí)行一定數(shù)量級電壓調(diào)整的電壓補償型的交流穩(wěn)壓電源償型的交流穩(wěn)壓電源( (最大的輸出電壓調(diào)節(jié)量小于最大的輸出電壓調(diào)節(jié)量小于15%UPS15%UPS的標稱

45、輸出電的標稱輸出電壓壓).).如圖所示如圖所示, ,它主要由分別位于主供電通道和交流旁路供電通道上的靜態(tài)開它主要由分別位于主供電通道和交流旁路供電通道上的靜態(tài)開關(guān)關(guān)STS1STS1和和STS2,STS2,補償變壓器和兩個具有四象限控制特性的補償變壓器和兩個具有四象限控制特性的DeltaDelta變換器和主變換器和主變換器變換器, ,電池組等部件組成電池組等部件組成. .其電池組采用雙極性配置法其電池組采用雙極性配置法. .Delta UPS原理圖3.3.1 Delta UPS電源結(jié)構(gòu)功能說明 結(jié)構(gòu)功能說明結(jié)構(gòu)功能說明 Delta UPS原理圖(1)雙變換器，即Delta變換器和主變換器;(2)

46、兩個逆變器都是可雙向傳輸功率的4象限高頻逆變器；(3)Delta逆變器串聯(lián)在主電路中，相當于一標準正弦波電流源，主要起有功補償和諧波隔離作用，是一典型功率因數(shù)校正電路，其功率容量為輸出功率的20%，該逆變器作用有三個: 對輸入、輸出電壓差進行補償，使輸出電壓穩(wěn)定在1%精度內(nèi); 同主 逆變器一起控制輸入電流為正弦波，使輸人電流諧波3%，保證輸人功率因數(shù)為0.99; 與主逆變器一起控制電池充電.3.3.1 Delta UPS電源結(jié)構(gòu)功能說明 結(jié)構(gòu)功能說明結(jié)構(gòu)功能說明 Delta UPS原理圖(4)主逆變器并聯(lián)在UPS輸出端，相當于個標準正弦波電壓源,保證UPS輸出純凈的交流電壓，功率容量設(shè)計為UP

47、S額定輸出容量，其作用有四個方面:市電故障時，100%負載功率由主逆變器提供.市電正常時.與Delta逆變器一起完成對輸入電壓的補償，此時它的最大運行功率為UPS輸出功率的20%.在Delta逆變器的控制下，由主逆變器完成對電池的充電. 當負載中存在無功和諧波電流時，由主逆變器提供無功和諧波電流的補償. 3.3.2 Delta UPS Delta UPS的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理 Delta UPS的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理，如圖所示： 市電電壓偏低時，市電電壓偏低時，使Delta變換器所產(chǎn)生脈寬調(diào)制型交變電源的占空比50%，就可以使得在 UPS 輸出端的電壓Uo=UiU（這時在補償變壓器原邊繞組上的U

48、的方向與輸人電壓的方向相同，輸入電壓與補償電壓的幅值相加）。 當當DeltaDelta變換器所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制交變電源的占空比等于變換器所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制交變電源的占空比等于50%50%時時，則此時出現(xiàn)在補償變壓器原副邊繞組上的補償電壓U=O顯然，在此條件下，Uo=Ui的運行條件就能實現(xiàn)了Uo=Ui U 3.3.2 Delta UPS Delta UPS的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理 Delta UPS的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)原理，如圖所示： 市電電壓偏高時，使Delta變換器產(chǎn)生的脈寬調(diào)制交變電源的占空比Delta變換型UPS在線互動式UPS后備式UPS.到此為止，我們可將所討論過的幾種典型 UPS 的工作特性

49、簡單歸納于下表中。3.5 UPS原理小結(jié) 在線式與非在線式 UPS 電源（后備式 UPS ，在線互動式 UPS , Delta 變換型 UPS ）的主要區(qū)別是：雙變換式在線式UPS ：首先利用 AC 一 DC 變換將普通的市電交流電源變成直流穩(wěn)壓電源，然后再將直流電源經(jīng)脈寬調(diào)制處理后，就能在逆變器內(nèi)經(jīng)DC AC 變換重新變成穩(wěn)定的、純凈的正弦波電源。因此，它是屬于將市電電源進行徹底改造的“再生型”電源。它可以解決來自市電電源的電壓不穩(wěn)、頻率不穩(wěn)、波形畸變及各種電磁干擾等的所有電源問題。非在線式 UPS ：屬于僅對市電電源的電壓波動進行不同程度的穩(wěn)壓處理的“改良型”電源。它對除電源電壓之外的其他

50、的電源問題的改善程度相當有限。當市電供電正常時，它們的市電輸入端與 UPS 輸出端處于非電氣隔離狀態(tài)。4 UPS的技術(shù)現(xiàn)狀4.1UPS的關(guān)鍵技術(shù)探討UPSUPS按其容量大小不同可以分為按其容量大小不同可以分為100kVA100kVA以上的大功以上的大功率率UPSUPS，1010100kVA100kVA的中功率的中功率UPSUPS和和10kVA10kVA以下的小以下的小功率功率UPS.UPS.大功率大功率UPSUPS在技術(shù)在技術(shù), ,工藝工藝, ,制造等多方面的難度也超制造等多方面的難度也超出了中小功率的出了中小功率的UPS,UPS,目前只有一些世界知名公司有目前只有一些世界知名公司有設(shè)計和制造

51、能力設(shè)計和制造能力, ,它作為電力電子行業(yè)的尖端產(chǎn)品它作為電力電子行業(yè)的尖端產(chǎn)品, ,成為衡量一個電氣公司技術(shù)水平的重要標志成為衡量一個電氣公司技術(shù)水平的重要標志. .大功率大功率UPSUPS的關(guān)鍵技術(shù)如下的關(guān)鍵技術(shù)如下: :逆變技術(shù)逆變技術(shù)整流技術(shù)整流技術(shù)4.1.1逆變技術(shù) 逆變器是整個UPS的核心.對于UPS逆變器的電路結(jié)構(gòu),主要有以下幾種:(1)工頻機的逆變器 這種逆變器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是給用戶提供了真正的隔離電源,具有諧波抑制作用,可以提高單相負載過載能力;缺點是輸出三相電壓相互耦合無法獨立控制以及裝置體積大.(2)高頻機的逆變器 高頻機逆變器的優(yōu)點是輸出電壓可以獨立控制,裝置體積小;其缺點

52、是輸入輸出不隔離,導致可靠性和安全性變差,并且輸出電壓有一定的直流成分.(3)新型的在線式互動技術(shù) 這種逆變器兼有高頻機的優(yōu)點和缺點.(4)四橋臂變換技術(shù) 這種技術(shù)正處在研究之中,優(yōu)點它可以使輸出三相電壓獨立控制,但是其缺點是控制模型在多面體內(nèi)運動,算法復雜.4.1.1逆變技術(shù)基本變換方式下圖是最典型的逆變器的電路結(jié)構(gòu)。即是在逆變器的直流輸人側(cè)接電解電容，在直流輸出側(cè)接工頻變壓器，在變壓器的次級接交流濾波器的電路結(jié)構(gòu)。逆變器的輸出電壓一般是采用 PWM 的恒壓控制方式，在小功率到大功率的 UPS 中廣泛采用。對于這種電路結(jié)構(gòu)來說，可通過開關(guān)頻率的高頻化使波形整形用交流濾波器小型化，以及有效利用

53、變壓器的漏感用做電感，從而使 UPS 小型輕量化。逆變器電路的基本結(jié)構(gòu)4.1.1逆變技術(shù)高頻環(huán)節(jié)變換方式高頻環(huán)節(jié)變換方式除了特殊情況外，除了特殊情況外，UPSUPS的輸人輸出需要進行隔離，的輸人輸出需要進行隔離，一般采用工頻變壓器，但這就使一般采用工頻變壓器，但這就使UPSUPS小型輕量化小型輕量化受到限制。受到限制?，F(xiàn)研制開發(fā)有采用現(xiàn)研制開發(fā)有采用MOSFET , IGBT MOSFET , IGBT 等高頻開關(guān)元件的高頻環(huán)節(jié)的變換方式，已經(jīng)等高頻開關(guān)元件的高頻環(huán)節(jié)的變換方式，已經(jīng)用于部分小功率用于部分小功率 UPS UPS 中。中。高頻環(huán)節(jié)變換方式的高頻環(huán)節(jié)變換方式的電路有各種結(jié)構(gòu)。電路有

54、各種結(jié)構(gòu)。4.1.1逆變技術(shù)高頻環(huán)節(jié)變換方式如圖所示高頻環(huán)節(jié)變換方式的逆變器電路實例，即常用的直流直流變換器與循環(huán)換流器。輸入輸出都采用高頻變壓器進行隔離，有利于 UPS 小型輕量化。直流/直流變換器已經(jīng)實用化了，循環(huán)換流器正在開發(fā)階段。對于直流/ 直流變換器，它是采用高頻變壓器進行隔離而構(gòu)成直流電壓高頻環(huán)節(jié)變換方式的逆變器電路實例4.1.1逆變技術(shù)高頻環(huán)節(jié)變換方式下圖是循環(huán)換流方式的逆變器電路實例。圖(a)為單相輸出用逆變器，圖(b)為三相輸出用逆變器，它們都是用高頻變壓器對高頻逆變器的輸出進行隔離，再用雙向開關(guān)電路構(gòu)成的循環(huán)換流器變換為工頻交流的變換方式。對于單相輸出用逆變器，輸出電壓的控

55、制是對高頻逆變器進行PWM控制與對循環(huán)換流器進行控制的兩種方式，但對于三相輸出用逆變器是對循環(huán)換流器進行控制的方式。循環(huán)換流方式的逆變器電路實例圖a4.1.1逆變技術(shù)高頻環(huán)節(jié)變換方式下圖是循環(huán)換流方式的逆變器電路實例。圖(a)為單相輸出用逆變器，圖(b)為三相輸出用逆變器，它們都是用高頻變壓器對高頻逆變器的輸出進行隔離，再用雙向開關(guān)電路構(gòu)成的循環(huán)換流器變換為工頻交流的變換方式。對于單相輸出用逆變器，輸出電壓的控制是對高頻逆變器進行PWM控制與對循環(huán)換流器進行控制的兩種方式，但對于三相輸出用逆變器是對循環(huán)換流器進行控制的方式。循環(huán)換流方式的逆變器電路實例圖b4.1.1逆變技術(shù)總的來說總的來說,

56、,逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)近年來沒有大的突破逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)近年來沒有大的突破. .為了提高整個為了提高整個UPSUPS的性能的性能, ,更多的集中在更多的集中在UPSUPS逆變器逆變器控制技術(shù)研究上控制技術(shù)研究上. .當今逆變器的數(shù)字化控制方法成當今逆變器的數(shù)字化控制方法成為交流電源領(lǐng)域的研究熱點為交流電源領(lǐng)域的研究熱點, ,出現(xiàn)了多種離散化控出現(xiàn)了多種離散化控制方法制方法, ,包括數(shù)字包括數(shù)字PIDPID控制控制, ,狀態(tài)反饋控制狀態(tài)反饋控制, ,無差拍無差拍控制控制, ,重復控制重復控制, ,模糊控制模糊控制, ,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方法. .上述各種上述各種A A控制方案都有其優(yōu)勢

57、控制方案都有其優(yōu)勢, ,但是也有其不足但是也有其不足. .為了使為了使UPSUPS具有較好的魯棒性具有較好的魯棒性, ,穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)精度, ,動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)速度速度, ,輸出電壓波形畸變率等輸出電壓波形畸變率等, ,一種必然的發(fā)展趨一種必然的發(fā)展趨勢是各種方法相互滲透勢是各種方法相互滲透, ,互相結(jié)合形成復合控制方互相結(jié)合形成復合控制方案案. .復合控制是復合控制是UPSUPS逆變器的一個發(fā)展方向逆變器的一個發(fā)展方向. .4.1.2整流技術(shù) 傳統(tǒng)三相大功率UPS一般采用晶閘管整流技術(shù),在大功率段一般采用12相甚至24相整流技術(shù).晶閘管整流的優(yōu)點在于原理簡單,控制方法成熟,效率高,但是諧波電流

58、大.為了防止對電網(wǎng)構(gòu)成污染,一般采用濾波器技術(shù),可將12脈沖整流的輸入諧波電流降到6%以下.隨著大容量全控器件的發(fā)展及控制水平的提高,近年來出現(xiàn)了采用IGBT的高頻整流技術(shù),由于這些電路結(jié)構(gòu)可以不斷運用各種新的數(shù)字控制方法,它的功率因數(shù)可以達0.99以上,諧波電流小于3%,是一種真正的綠色電源,近年來開始成為研究的熱點.整流技術(shù)的熱點主要集中在電壓型三相整流技術(shù)和電流型三相整流技術(shù)兩種方案.4.1.2整流技術(shù)整流器整流器整流器是將交流變換為直流，供給逆變器直流功率，整流器是將交流變換為直流，供給逆變器直流功率，并具有對蓄電池進行充電的功能。并具有對蓄電池進行充電的功能。根據(jù)不間斷電源方式的不同

59、，有對輸出電壓進行控根據(jù)不間斷電源方式的不同，有對輸出電壓進行控制的電路結(jié)構(gòu)和只是將交流變換為直流的電路結(jié)構(gòu)。制的電路結(jié)構(gòu)和只是將交流變換為直流的電路結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的電路方式是采用二極管整流器和可控硅整流傳統(tǒng)的電路方式是采用二極管整流器和可控硅整流器，但采用這種電路時會產(chǎn)生高次諧波影響電力系器，但采用這種電路時會產(chǎn)生高次諧波影響電力系統(tǒng)，所以要采用低次諧波以及高功率因數(shù)的電路方統(tǒng)，所以要采用低次諧波以及高功率因數(shù)的電路方式。式。4.1.2整流技術(shù)整流器 高功率因數(shù)變換器高功率因數(shù)變換器是在整流電路中采用的開關(guān)元器件，使交流輸人電流為高功率因數(shù)的正弦波，并能使直流輸出電壓穩(wěn)定的電路方式。在小功率到大

60、功率 UPS 中，這種電路正在進人實用階段。如下圖所示各種高功率因數(shù)變換器電路。單相輸人 UPS 通常采用圖(a) 圖(c)的三種方式，三相輸人 UPS 通常采用圖(d)的方式。這些都是直流輸出電壓高于交流輸人電壓峰值的升壓方式。在小功率 UPS 中采用單相輸人的升壓斬波式與半橋式電路，在較大功率UPS 中采用單相輸人的混合橋式電路。各種高功率因數(shù)變換器4.1.2整流技術(shù)整流器 高功率因數(shù)變換器高功率因數(shù)變換器是在整流電路中采用的開關(guān)元器件，使交流輸人電流為高功率因數(shù)的正弦波，并能使直流輸出電壓穩(wěn)定的電路方式。在小功率到大功率 UPS 中，這種電路正在進人實用階段。如下圖所示各種高功率因數(shù)變換