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UPS电源结构
作者:admin 发表时间:2019/4/18 10:17:09 阅读:

UPS电源结构与原理

一、 UPS电路结构种类 
  当时技能老练并已构成产品的各种UPS,就其主电路结构和不停电供电运转机制来看,首要有四大类: 
      后备式 
      在线互动式 
      在线双逆变在线式 
      双逆变在线功率补偿式(Telta)逆变 
      图(一)、(二)、(三)、(四)别离是以上四种类型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,因此技能和产品都是很老练的,图(一)中电路各环节的功用为:

充电器:市电存在时,对蓄电池充电并浮充,假如是长延时UPS,就要求它有较强的充电才能,或许外加相应容量的附加充电器。DC-AC逆变器:市电存在时,逆变器不作业;市电掉电时,由它将直流电压(电池供给)变成契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。

 

输出转化开关: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,持续向负载供电。 智能调压:市电存在时,可调理安稳输出电压。 
后备式UPS的功用特色是: 
当市电存在时,功率高,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,输出才能强,对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等没有严格地约束; 
  市电掉电时,输出有转化时刻,一般可做到4ms左右,足以满意负载要求; 
  当市电存在时,输出电压安稳精度差,但能满意负载要求; 
  当市电存在时,整机要靠附加滤波电路进步UPS双向抗搅扰功用; 
  电路简略,成本低,可靠性高; 
  因为输出有转化开关,受切换电流才能和动作时刻的约束,UPS输出功率做大有一定困难,当时面市的后备式UPS多在2KVA以下。 
  2、在线互动式的在线含义是逆变器处于热备份状况,一同兼顾了对电池充电的功用,进步了后备式UPS的功率容量,减小了市电掉电时的转化时刻,进步了对输出电压的滤波效果。图(二)中电路各环节的功用如下:

      输入开关:当市电掉电时(指电网失压),断开开关,避免逆变器向电网馈电;智能调压:市电存在时,可调理安稳输出电压;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,坚持UPS持续向负载供电。

  输入开关:当市电掉电时(指电网失压),断开开关,避免逆变器向电网馈电;智能调压:市电存在时,可调理安稳输出电压;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,坚持UPS持续向负载供电。  
在线互动式UPS的功用特色是: 
  当市电存在时,功率高,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,输出才能强,对负载电流峰值系数、浪涌电流系数、输出功率 因数、过载等没有严格地约束; 
  市电掉电时,因为输入开关存在开断时刻,至使UPS输出仍有转化时刻,但比后备式要小; 
  市电存在时,输出电压安稳精度差,但能满意负载要求; 
  市电存在时,因为逆变器直接接在输出端,而且处在热备份情况,对输出电压尖峰搅扰有滤波效果; 
  电路更简略,成本低,可靠性高; 
  逆变器一同有充电功用,省掉了后备式UPS的附加充电器,其充电才能要比附加充电器强的多,当要求长延时供电时,无须再添加机外充电设备; 
  因为逆变器与输出直接接在一同,没有转化开关的约束,所以输出功率可进步到5-10KVA。 
  为了进一步改进在线互动式的功用,可在输入开关和智能调压之间串接一个电感,意图在于当市电掉电时,逆变器可当即向负载供电,因为串联电感对逆变输出反馈到电网的电流有很强的按捺效果,避免了输入开关未断开时短路逆变器输出的危险,这样做能够使在线互动式的转化时刻减小到零,使其彻底具有双逆变在线式的转化功用,一同还添加了整个UPS的抗搅扰才能。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

  当时,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)中电路各环节功用如下:

  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,并经过逆变器(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)获得功率后再送到输出端,并确保向负载提供高质量的电源;当市电掉电时,由电池经过逆变器(Ⅱ)向负载供电; 
  旁路开关:平常处在断开状况,当逆变电路发作毛病,或许当负载有冲击性(例如启动负载时)或毛病过载时,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的功用特色如下: 
  因为不论市电有无,负载的悉数功率都由逆变器给出,所以能够向负载提供高质量的电源,例如输出电压安稳精度、频率安稳度、输出电压动态呼应、波形失真度等目标,都是比较高的; 
市电掉电时,输出电压不受任何影响,没有转化时刻; 
  因为无论市电有无,悉数负载功率都由逆变器供出,UPS的功率余量有限,输出才能不理想,所以对负载提出约束条件,例如输出电流峰值系数(一般只到达3:1)、过载才能、输出功率因数(一般为0.8)、输出有功功率小于标定的KVA数,敷衍冲击性负载的才能等; 
  因为逆变器(Ⅰ)多为整流电路,对电网构成电流谐波搅扰,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,假如在逆变器(Ⅰ)中运用功率因数校对技能,则可把输入功率因数进步到挨近1,输入电流谐波成份也会大幅度降低; 
  在市电存在时,因为两个逆变器都承当100%的负载功率,所以整机功率低,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能是由美国APC Silcon首要提出并在三相大功率UPS中构成产品的,同样是双逆变电路结构,同样是在线作业,但是,因为它成功地把交流稳压技能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在适应电网环境而且不搅扰损坏电网、在输出才能和可靠性等多项UPS首要目标方面都有了新的打破。APC Silcon称此电路结构为Delta逆变技能。图(四)中各环节的功用为:

  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,其功用有三个:  
  第一:对UPS输入端进行输入功率因数补偿,并按捺输入电流谐波; 
  第二:与逆变(Ⅱ)一同,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)一同完成对电池的充电和浮充功用。 
  逆变器(Ⅱ):该逆变器同样是DC-AC和AC-DC双向逆变器,它的功用有四个: 
  第一:同逆变器(Ⅰ)一同,完成对输入输出电压差值的补偿; 
  第二:同逆变器(Ⅰ)一同完成对电池的充电和电压浮充功用; 
  第三:随时监测输出电压,确保输出电压的安稳,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,悉数输出功率由逆变器(Ⅱ)给出,而且确保输出电压不间断,转化时刻为零。 
  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(这儿假定UPS功率为100%) 

 

  双逆变电压补偿在线式的功用特色如下: 
  因为逆变器(Ⅱ)随时监督操控输出电压,并经过逆变(Ⅰ)参加主回路电压的调整,所以不论市电有无,都能够向负载提供高质量的电源,例如输出电压安稳度、频率安稳度、输出电压动态呼应、波形失真等目标,都是比较高的。 
  市电掉电时,输出电压不受呼应,没有转化时刻。而且,当负载电流发作畸变时,也由逆变器(Ⅱ)调整补偿掉,所以是典型的在线作业方式。 
  当市电存在时,逆变器(Ⅰ)和(Ⅱ)只对输入电压与输出电压的差值进行调整和补偿,逆变器承当的最大功率(当输入电压处于上限和下限时)仅为输出功率的20%(相当于输入电压改变规模),所以功率强度很小(1/5),功率余量大,这就大大增强了UPS的输出才能,与双逆变在线式比较,过载才能增强(200%,1分钟),不再对负载电流波峰系数予以约束,可从容地抵挡冲击性负载,不再对负载功率因数进行约束,输出有功功率能够等于标定的KVA值。 
  逆变器(Ⅰ)一同完成了对输入端的功率因数校对功用,使输入功率因数等于1,输入谐波电流降到3%以下。 
  在市电存在时,因为两个逆变器承当的最大功率仅为输出功率的1/5,所以整机功率在很大的功率规模内都可到达96%。 
  在市电存在的情况下(UPS接连运转时刻的99%是有市电的),逆变器功率强度仅为设计值(逆变器Ⅱ)的1/5,所以元器件甚至整机的寿数和可靠性必然大幅度进步。 
  二、四种电路结构UPS的功用特色 
  四种结构形式的UPS并存,这是现在UPS技能和市场的现实,这种现象是在对UPS运用要求不断进步和UPS技能不断进步的过程中构成的,假如从技能先进性、首要功用目标(对电网的适应才能,输出才能和可靠性)的好坏、输出功率等级、生产成本、不同的运用场合等方面做一下综合性的比较,能够必定,尽管这四种类型的UPS将并存下去,但必然会在运用过程中不断改进技能,进步功用,当然,优胜劣汰也是在所难免的。 
  但是,因为UPS功用概念发作了改变,对UPS硬件技能提出更高的要求,这种要求可用"实用、可靠"四个字来概括,换句话说,现在的UPS的各种功用目标,尽管基本上能够满意效果者的要求,但还有许多局限性和不足之处。 
  UPS做为一级供电设备,在功用目标方面,应该满意哪些供电设备(运用者)的要求,应该对负载做出什么样的承诺呢,就现在情况看,这个问题既清晰,似乎是不言而喻的事,但又存在着对运用者的误导现象,形成在评价一台UPS功用好坏时的好坏不分、良莠不齐的现象。 
  下面的几种倾向和观点是值得研制生产者和运用者留意的: 
  1、不应该过分寻求对惯例目标的高标准要求  
  所谓惯例目标,是指诸如输出电压安稳精度、失真度、频率安稳精度、相差(三相)、电压平衡度(三相)、转化时刻(后备式UPS以及在线式向旁路转化)、动态呼应等,这些目标代表了UPS输出电压的质量。事实上,当时各品牌的UPS在这些目标方面都已到达了很高的标准,对满意负载的要求来说,已绰绰有余,是否能够这样说,这些惯例目标是供电设备输电电压目标功用有必要具有但并不严苛的条件,但是令人担心的是,当时一些UPS厂家多以这些目标的高标准做为自己品牌的UPS的质量标志,而用户也常常以这些标准目标的好坏做为评价和决议是否选购的条件。  
  2、不应该小看甚至忽视对UPS输出才能和可靠性的调查 
  UPS做为一级供电设备,首要要求它在杂乱的电网环境下能正常投入运转,而且不对电网形成搅扰和损坏;二是要全面的改进电网质量;三是要调查它的输出才能和可靠性。特别是第一点和第三点,当时的UPS还有许多不足之处。对于电网环境,输入电压可变规模不行,(例如±15%)不能适应我国电网电压 
  变动幅度较大的实际情况,UPS输入功率因数低(例如0.8左右),输入电流谐波大(≥10%),对电网电压有搅扰和损坏效果,至于输出才能,存在的局限更明显,与真正的电网供电才能比较要差得多,例如对特殊负载,诸如强容性负载,强理性负载,非周期性冲击负载,周期性冲击负载,负载毛病甚至人为误操作毛病所形成的对UPS输出的损坏性威胁。假如直接用电网供电,电网容量以及配电部件(变压器、开关、保险等)是能够承受的。而用UPS供电则没有把握,事实下表是在市电存在的情况下对各类UPS运转参数的比较,当市电掉电转为由电池供电时,各类UPS都是由DC-AC逆变器供电,运转参数没有实质的区别。

 

 

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