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UPS电路结构及性能特点

发布时间:2008-06-29    浏览量:4481
UPS电路结构及性能特点 为了能使您对UPS这一网络系统中重要的组成部分有一个比较全面的了解,我们特别推出了基于UPS基础知识的技术支持栏目,希望对您选购和使用UPS有所帮助,如您希望了解更多关于UPS的知识, 请与我们联系   一、UPS电路结构种类   当前技术成熟并已形成产品的各种UPS,就其主电路结构和不停电供电运行机制来看,主要有四大类: · 后备式 · 在线互动式 · 双逆变在线式 · 双逆变电压补偿在线式(delta逆变器)   图(一)、(二)、(三)、(四)分别是以上四种类型UPS的基本电路结构形式。   1、后备式是静止式UPS的最初形式,因为应用得早,用得广泛,因而技术和产品都是很成熟的,图(一)中电路各环节的功能为:   ·充电器:市电存在时,对蓄电池充电并浮充,如果是长延时UPS,就要求它有较强的充电能力,或者外加相应容量的附加充电器。   ·DC-AC逆变器:市电存在时,逆变器不工作;市电掉电时,由它将直流电压(电池供给)变成符合负载要求的交流电压,电压波形有方波、准方波、正弦波三种形式。   ·输出转换开关:市电存在时,接通输入电源向负载供电;市电掉电时,断开电网,接通逆变器,继续向负载供电。 智能调压:市电存在时,可调节稳定输出电压。 后备式UPS的性能特点是:   ·当市电存在时,效率高,可达98%以上;   ·当市电存在时,输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流,UPS本身不 产生附加输入功率因数和谐波电流失真;   ·当市电存在时,输出能力强,对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等没有严格地限制;   ·市电掉电时,输出有转换时间,一般可做到4ms左右,足以满足负载要求;   ·当市电存在时,输出电压稳定精度差,但能满足负载要求;   ·当市电存在时,整机要靠附加滤波电路提高UPS双向抗干扰功能;   ·电路简单,成本低,可靠性高;   ·由于输出有转换开关,受切换电流能力和动作时间的限制,UPS输出功率做大有一定困难,当前面市的后备式UPS多在2KVA以下。 2、在线互动式的在线含意是逆变器处于热备份状态,同时兼顾了对电池充电的功能,提高了后备式UPS的功率容量,减小了市电掉电时的转换时间,提高了对输出电压的滤波作用。图(二)中电路各环节的功能如下:   ·输入开关:当市电掉电时(指电网失压),断开开关,防止逆变器向电网馈电;   ·智能调压:市电存在时,可调节稳定输出电压;   ·DC/AC逆变器:此逆变器可双向逆变,当市电存在时,逆变方向是AC- DC, 给电池充电并浮充;市电掉电后,逆变方向为DC-AC,由电池供电,保持UPS继续向负载供电。 在线互动式UPS的性能特点是:   ·当市电存在时,效率高,可达98%以上; ·当市电存在时,输入功率因数和输入电流谐波成份取决于负载 电流,UPS本 身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真;   ·当市电存在时,输出能力强,对负载电流峰值系数、浪涌电流系数、输出功率 因数、过载等没有严格地限制;   ·市电掉电时,因为输入开关存在开断时间,至使UPS输出仍有转换时间,但比后备式要小;   ·市电存在时,输出电压稳定精度差,但能满足负载要求;   ·市电存在时,因为逆变器直接接在输出端,并且处在热备份状况,对输出电压尖峰干扰有滤波作用;   ·电路更简单,成本低,可靠性高;   ·逆变器同时有充电功能,省掉了后备式UPS的附加充电器,其充电能力要比附加充电器强的多,当要求长延时供电时,无须再增加机外充电设备;   ·由于逆变器与输出直接接在一起,没有转换开关的限制,所以输出功率可提高到5-10KVA。 为了进一步改善在线互动式的功能,可在输入开关和智能调压之间串接一个电感,目的在于当市电掉电时,逆变器可立即向负载供电,因为串联电感对逆变输出反馈到电网的电流有很强的抑制作用,避免了输入开关未断开时短路逆变器输出的危险,这样做可以使在线互动式的转换时间减小到零,使其完全具备双逆变在线式的转换功能,同时还增加了整个UPS的抗干扰能力。但是,这样做却带来了降低UPS输入功率因数的不良后果。 3、双逆变在线式   当前,绝大多数在线式,特别是大功率在线式UPS,大都采用了双逆变电路结构,图(三)中电路各环节功能如下:   ·逆变器(Ⅰ):该逆变器为AC-DC单向逆变,当市电存在时,它完成对电池的充电,并通过逆变器(Ⅱ)向负载供电,该逆变器多为整流或可控整流电路;  ·逆变器(Ⅱ):该逆变器为DC-AC单向逆变,当市电存在时,它由逆变(Ⅰ)取得功率后再送到输出端,并保证向负载提供高质量的电源;当市电掉电时,由电池通过逆变器(Ⅱ)向负载供电;   ·旁路开关:平时处在断开状态,当逆变电路发生故障,或者当负载有冲击性(例如启动负载时)或故障过载时,逆变器停止输出,旁路开关接通,由电网直接向负载供电,旁路开关多为智能型的功率容量很强的无触点开关。 双逆变在线式UPS的性能特点如下:  ·因为不管市电有无,负载的全部功率都由逆变器给出,所以可以向负载提供高质量的电源,例如输出电压稳定精度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真度等指标,都是比较高的;   ·市电掉电时,输出电压不受任何影响,没有转换时间;   ·因为无论市电有无,全部负载功率都由逆变器供出,UPS的功率余量有限,输出能力不理想,所以对负载提出限制条件,例如输出电流峰值系数(一般只达到3:1)、过载能力、输出功率因数(一般为0.8)、输出有功功率小于标定的KVA数,应付冲击性负载的能力等;   ·由于逆变器(Ⅰ)多为整流电路,对电网形成电流谐波干扰,输入功率因数低,经滤波后,最小的谐波电流成份在10%左右,而输入功率因数只有0.8左右,如果在逆变器(Ⅰ)中使用功率因数校正技术,则可把输入功率因数提高到接近1,输入电流谐波成份也会大幅度降低;   ·在市电存在时,由于两个逆变器都承担100%的负载功率,所以整机效率低,10KVA以下的UPS为80%左右,50 KVA的可达85-90%,100 KVA以上的可达90--92%。 4、双逆变电压补偿在线式技术是由美国APC Silcon首先提出并在三相大功率UPS中形成产品的,同样是双逆变电路结构,同样是在线工作,但是,由于它成功地把交流稳压技术中的电压补偿原理用到了UPS的主电路中,相对双逆变在线式UPS,Silcon DP300E系列大功率UPS在适应电网环境并且不干扰破坏电网、在输出能力和可靠性等多项UPS主要指标方面都有了新的突破。APC Silcon称此电路结构为Delta逆变技术。图(四)中各环节的功能为:   ·逆变器(Ⅰ):它是一组DC-AC和AC-DC双向逆变器,它的输出变压器(高 频)的付边串联在UPS主电路中,其功能有三个:   第一:对UPS输入端进行输入功率因数补偿,并抑制输入电流谐波;   第二:与逆变(Ⅱ)一起,完成对输入电压的补偿,当输入电压高于输出 电压额定值时,逆变器(Ⅰ)吸收功率,反极性补偿输入输出电压的差值,当输入电压低于输出电压额定值时,逆变器(Ⅰ)输出功率,正极性补偿输入输出电压的差值; 第三:与逆变器(Ⅱ)一起完成对电池的充电和浮充功能。   ·逆变器(Ⅱ):该逆变器同样是DC-AC和AC-DC双向逆变器,它的功能有四个:   第一:同逆变器(Ⅰ)一起,完成对输入输出电压差值的补偿;   第二:同逆变器(Ⅰ)一起完成对电池的充电和电压浮充功能;   第三:随时监测输出电压,保证输出电压的稳定,对输出电压波形失真和输出电流谐波成份进行补偿,使其不对电网产生影响;   第四:当市电掉电时,全部输出功率由逆变器(Ⅱ)给出,并且保证输出电压不间断,转换时间为零。   图(五)是双逆变电压补偿在线式UPS在各种情况下电流和功率传输示意图(这里假定UPS效率为100%)