ups不間斷電源電路工作原理

常態(tài)下,，市電（220V）通過(guò)可調(diào)充電器向蓄電池充電,，同時(shí)自啟動(dòng)繼電器K1吸合，R1與VZ1,、VZ2對(duì)蓄電池 24V電壓進(jìn)行分壓采樣,，采樣電壓Vo通過(guò)R2、VD3加到V1基極,，使V1處于線性放大狀態(tài),，V2、V3深度飽和,，直流控制繼電器K吸合,， 24V電壓通過(guò)K、K1送至逆變器V 端,，逆變器工作,，輸出220V正弦波電壓，同時(shí)自鎖繼電器K2吸合,。

當(dāng)市電斷電時(shí),，K1斷開(kāi)，初時(shí)輸人電壓 24V不變,，K繼續(xù)吸合,，由于K2的自鎖作用， 24V仍正常送至逆變器,。經(jīng)一段時(shí)間后,，電池電壓開(kāi)始下降，Vo跟著下降,，V1導(dǎo)通減弱,，V2升高；當(dāng)嘰升高至一定值（即蓄電池電壓下降至22V）后,，V2退出飽和進(jìn)人線性放大,，V3迅速下降;V3通過(guò)R7反饋至V1基極，使得V2繼續(xù)升高,，形成一個(gè)雪崩過(guò)程,。

V2、V3迅速截止,，K斷開(kāi),，蓄電池送至逆變器的 24V直流被切斷，逆變器停止工作,，同時(shí)K2斷開(kāi),。逆變器停止工作后，由于蓄電池內(nèi)電動(dòng)勢(shì)的作用,，蓄電池很快恢復(fù)24V電壓,，與常態(tài)一樣，V2,、V3飽和,，K吸合。

但由于此時(shí)K1,、K2均斷開(kāi),， 24V無(wú)法到達(dá)逆變器，逆變器不工作,，從而保護(hù)了蓄電池,。只有當(dāng)市電恢復(fù)正常后，K1吸合,，逆變器才能工作,，此時(shí)充電器已向蓄電池充電。

調(diào)整R1可在市電斷電時(shí)校準(zhǔn)蓄電池電壓下限保護(hù)起控值,，亦同時(shí)調(diào)整市電斷電時(shí)UPS的最長(zhǎng)工作時(shí)間,。

元器件選擇：充電器選用市售24～12V/50A可調(diào)充電器；逆變器選用功率500V·A,、直流工作電壓為24V逆變器,；蓄電池選用兩個(gè)12.80A·h鉛蓄電池串接；交流繼電器規(guī)格為220V/10A,；直流繼電器規(guī)格為24V/20A,。

UPS電路結(jié)構(gòu)種類

當(dāng)前技術(shù)成熟并已形成產(chǎn)品的各種UPS，就其主電路結(jié)構(gòu)和不停電供電運(yùn)行機(jī)制來(lái)看,，主要有幾大類：

后備式

在線互動(dòng)式

雙逆變?cè)诰€式

雙逆變電壓補(bǔ)償在線式（逆變器）

1,、 后備式是靜止式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。

充電器：市電存在時(shí),，對(duì)蓄電池充電并浮充,，如果是長(zhǎng)延時(shí)UPS，就要求它有較強(qiáng)的充電能力,，或者外加相應(yīng)容量的附加充電器,。

DC-AC逆變器：市電存在時(shí),，逆變器不工作；市電掉電時(shí),，由它將直流電壓（電池供給）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,、正弦波三種形式,。

輸出轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：市電存在時(shí)，接通輸入電源向負(fù)載供電,；市電掉電時(shí),，斷開(kāi)電網(wǎng)，接通逆變器,，繼續(xù)向負(fù)載供電,。 智能調(diào)壓：市電存在時(shí)，可調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓,。

后備式UPS的性能特點(diǎn)是：

·當(dāng)市電存在時(shí),，效率高，可達(dá)98%以上,；

·當(dāng)市電存在時(shí),，輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負(fù)載電流，UPS本身不 產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)和諧波電流失真,；

·當(dāng)市電存在時(shí),，輸出能力強(qiáng)，對(duì)負(fù)載電流波峰系數(shù),、浪涌電流系數(shù),、輸出功率因數(shù)、過(guò)載等沒(méi)有嚴(yán)格地限制,；

·市電掉電時(shí),，輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)間,一般可做到4ms左右,足以滿足負(fù)載要求；

·當(dāng)市電存在時(shí),，輸出電壓穩(wěn)定精度差,，但能滿足負(fù)載要求；

·當(dāng)市電存在時(shí),，整機(jī)要靠附加濾波電路提高UPS雙向抗干擾功能,；

·電路簡(jiǎn)單，成本低,，可靠性高,；

·由于輸出有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，受切換電流能力和動(dòng)作時(shí)間的限制，UPS輸出功率做大有一定困難,，當(dāng)前面市的后備式UPS多在2KVA以下,。

2、 在線互動(dòng)式的在線含意是逆變器處于熱備份狀態(tài),，同時(shí)兼顧了對(duì)電池充電的功能,，提高了后備式UPS的功率容量，減小了市電掉電時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間,，提高了對(duì)輸出電壓的濾波作用。

·輸入開(kāi)關(guān)：當(dāng)市電掉電時(shí)（指電網(wǎng)失壓）,，斷開(kāi)開(kāi)關(guān),，防止逆變器向電網(wǎng)饋電；

·智能調(diào)壓：市電存在時(shí),，可調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓,；

·DC/AC逆變器：此逆變器可雙向逆變，當(dāng)市電存在時(shí),，逆變方向是AC- DC, 給電池充電并浮充,；市電掉電后，逆變方向?yàn)镈C-AC,，由電池供電,，保持UPS繼續(xù)向負(fù)載供電。

在線互動(dòng)式UPS的性能特點(diǎn)是：

·當(dāng)市電存在時(shí),，效率高,，可達(dá)98%以上；

·當(dāng)市電存在時(shí),，輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波成份取決于負(fù)載 電流,，UPS本 身不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)和諧波電流失真；

·當(dāng)市電存在時(shí),，輸出能力強(qiáng),，對(duì)負(fù)載電流峰值系數(shù)、浪涌電流系數(shù),、輸出功率 因數(shù),、過(guò)載等沒(méi)有嚴(yán)格地限制；

·市電掉電時(shí),，因?yàn)檩斎腴_(kāi)關(guān)存在開(kāi)斷時(shí)間,，至使UPS輸出仍有轉(zhuǎn)換時(shí)間，但比后備式要??；

·市電存在時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定精度差,，但能滿足負(fù)載要求,；

·市電存在時(shí),，因?yàn)槟孀兤髦苯咏釉谳敵龆耍⑶姨幵跓醾浞轄顩r,，對(duì)輸出電壓尖峰干擾有濾波作用,；

·電路更簡(jiǎn)單，成本低,，可靠性高,；

·逆變器同時(shí)有充電功能，省掉了后備式UPS的附加充電器,，其充電能力要比附加充電器強(qiáng)的多,，當(dāng)要求長(zhǎng)延時(shí)供電時(shí)，無(wú)須再增加機(jī)外充電設(shè)備,；

·由于逆變器與輸出直接接在一起,，沒(méi)有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的限制，所以輸出功率可提高到5-10KVA,。

為了進(jìn)一步改善在線互動(dòng)式的功能,，可在輸入開(kāi)關(guān)和智能調(diào)壓之間串接一個(gè)電感，目的在于當(dāng)市電掉電時(shí),，逆變器可立即向負(fù)載供電,，因?yàn)榇?lián)電感對(duì)逆變輸出反饋到電網(wǎng)的電流有很強(qiáng)的抑制作用，避免了輸入開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)時(shí)短路逆變器輸出的危險(xiǎn),，這樣做可以使在線互動(dòng)式的轉(zhuǎn)換時(shí)間減小到零,，使其完全具備雙逆變?cè)诰€式的轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還增加了整個(gè)UPS的抗干擾能力,。但是,，這樣做卻帶來(lái)了降低UPS輸入功率因數(shù)的不良后果。

3,、 雙逆變?cè)诰€式

當(dāng)前,，絕大多數(shù)在線式，特別是大功率在線式UPS,，大都采用了雙逆變電路結(jié)構(gòu),。

·逆變器（Ⅰ）：該逆變器為AC-DC單向逆變，當(dāng)市電存在時(shí),，它完成對(duì)電池的充電,，并通過(guò)逆變器（Ⅱ）向負(fù)載供電，該逆變器多為整流或可控整流電路,；

·逆變器（Ⅱ）：該逆變器為DC-AC單向逆變,，當(dāng)市電存在時(shí)，它由逆變（Ⅰ）取得功率后再送到輸出端，并保證向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源,；當(dāng)市電掉電時(shí),，由電池通過(guò)逆變器（Ⅱ）向負(fù)載供電；

·旁路開(kāi)關(guān)：平時(shí)處在斷開(kāi)狀態(tài),，當(dāng)逆變電路發(fā)生故障,，或者當(dāng)負(fù)載有沖擊性（例如啟動(dòng)負(fù)載時(shí)）或故障過(guò)載時(shí)，逆變器停止輸出,，旁路開(kāi)關(guān)接通,，由電網(wǎng)直接向負(fù)載供電，旁路開(kāi)關(guān)多為智能型的功率容量很強(qiáng)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān),。

雙逆變?cè)诰€式UPS的性能特點(diǎn)如下：

·因?yàn)椴还苁须娪袩o(wú),，負(fù)載的全部功率都由逆變器給出，所以可以向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源,，例如輸出電壓穩(wěn)定精度、頻率穩(wěn)定度,、輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng),、波形失真度等指標(biāo)，都是比較高的,；

·市電掉電時(shí),，輸出電壓不受任何影響，沒(méi)有轉(zhuǎn)換時(shí)間,；

·因?yàn)闊o(wú)論市電有無(wú),，全部負(fù)載功率都由逆變器供出，UPS的功率余量有限,，輸出能力不理想,，所以對(duì)負(fù)載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數(shù)（一般只達(dá)到3:1）,、過(guò)載能力,、輸出功率因數(shù)（一般為0.8）、輸出有功功率小于標(biāo)定的KVA數(shù),，應(yīng)付沖擊性負(fù)載的能力等,；

·由于逆變器（Ⅰ）多為整流電路，對(duì)電網(wǎng)形成電流諧波干擾,，輸入功率因數(shù)低,，經(jīng)濾波后，最小的諧波電流成份在10%左右,，而輸入功率因數(shù)只有0.8左右,，如果在逆變器（Ⅰ）中使用功率因數(shù)校正技術(shù)，則可把輸入功率因數(shù)提高到接近1，輸入電流諧波成份也會(huì)大幅度降低,；

·在市電存在時(shí),，由于兩個(gè)逆變器都承擔(dān)100%的負(fù)載功率，所以整機(jī)效率低,，10KVA以下的UPS為80%左右,，50 KVA的可達(dá)85-90%，100 KVA以上的可達(dá)90--92%,。

4,、 雙逆變電壓補(bǔ)償在線式

是由美國(guó)APC Silcon首先提出并在三相大功率UPS中形成產(chǎn)品的，同樣是雙逆變電路結(jié)構(gòu),，同樣是在線工作,，但是，由于它成功地把交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理用到了UPS的主電路中,，相對(duì)雙逆變?cè)诰€式UPS,，Silcon DP300E系列大功率UPS在適應(yīng)電網(wǎng)環(huán)境并且不干擾破壞電網(wǎng)、在輸出能力和可靠性等多項(xiàng)UPS主要指標(biāo)方面都有了新的突破,。APC Silcon稱此電路結(jié)構(gòu)為Delta逆變技術(shù),。

·逆變器（Ⅰ）：它是一組DC-AC和AC-DC雙向逆變器，它的輸出變壓器（高 頻）的付邊串聯(lián)在UPS主電路中,，其功能有三個(gè)：

第一：對(duì)UPS輸入端進(jìn)行輸入功率因數(shù)補(bǔ)償,，并抑制輸入電流諧波；

第二：與逆變（Ⅱ）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)，逆變器（Ⅰ）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)，逆變器（Ⅰ）輸出功率,，正極性補(bǔ)償輸入輸出電壓的差值,；

第三：與逆變器（Ⅱ）一起完成對(duì)電池的充電和浮充功能。

·逆變器（Ⅱ）：該逆變器同樣是DC-AC和AC-DC雙向逆變器,，它的功能有四個(gè)：

第一：同逆變器（Ⅰ）一起,，完成對(duì)輸入輸出電壓差值的補(bǔ)償；

第二：同逆變器（Ⅰ）一起完成對(duì)電池的充電和電壓浮充功能,；

第三：隨時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓,，保證輸出電壓的穩(wěn)定，對(duì)輸出電壓波形失真和輸出電流諧波成份進(jìn)行補(bǔ)償,，使其不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響,；

第四：當(dāng)市電掉電時(shí),，全部輸出功率由逆變器（Ⅱ）給出，并且保證輸出電壓不間斷,，轉(zhuǎn)換時(shí)間為零,。

是雙逆變電壓補(bǔ)償在線式UPS在各種情況下電流和功率傳輸示意圖（這里假定UPS效率為100%）

雙逆變電壓補(bǔ)償在線式的性能特點(diǎn)如下：

因?yàn)槟孀兤鳎á颍╇S時(shí)監(jiān)視控制輸出電壓，并通過(guò)逆變（Ⅰ）參與主回路電壓的調(diào)整,，所以不管市電有無(wú),，都可以向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源，例如輸出電壓穩(wěn)定度,、頻率穩(wěn)定度,、輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)、波形失真等指標(biāo),，都是比較高的,。

市電掉電時(shí)，輸出電壓不受響應(yīng),，沒(méi)有轉(zhuǎn)換時(shí)間,。并且，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生畸變時(shí),，也由逆變器（Ⅱ）調(diào)整補(bǔ)償?shù)?，所以是典型的在線工作方式。

當(dāng)市電存在時(shí),，逆變器（Ⅰ）和（Ⅱ）只對(duì)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（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)度很?。?/5），功率余量大,，這就大大增強(qiáng)了UPS的輸出能力,，與雙逆變?cè)诰€式相比，過(guò)載能力增強(qiáng)（200%,1分鐘）,，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，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,。

·逆變器（Ⅰ）同時(shí)完成了對(duì)輸入端的功率因數(shù)校正功能，使輸入功率因數(shù)等于1,，輸入諧波電流降到3%以下,。

在市電存在時(shí)，由于兩個(gè)逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的1/5,，所以整機(jī)效率在很大的功率范圍內(nèi)都可達(dá)到96%,。

在市電存在的情況下（UPS連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的99%是有市電的）,，逆變器功率強(qiáng)度僅為設(shè)計(jì)值（逆變器Ⅱ）的1/5，所以元器件乃至整機(jī)的壽命和可靠性必然大幅度提高,。

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