ups不間斷電源電路工作原理

常(chang)態下(xia)，市電（220V）通過可調充電器(qi)向蓄電池(chi)充電，同(tong)時(shi)自啟動繼電器(qi)K1吸合(he)(he)，R1與VZ1、VZ2對蓄電池(chi)+24V電壓(ya)進行(xing)分壓(ya)采樣，采樣電壓(ya)Vo通過R2、VD3加到V1基極，使V1處(chu)于線性放大狀(zhuang)態，V2、V3深度飽(bao)和，直流控制繼電器(qi)K吸合(he)(he)，+24V電壓(ya)通過K、K1送(song)至逆變器(qi)V+端，逆變器(qi)工作，輸出220V正弦波電壓(ya)，同(tong)時(shi)自鎖(suo)繼電器(qi)K2吸合(he)(he)。

當市電斷電時，K1斷開，初時輸(shu)人電壓+24V不變，K繼(ji)(ji)續吸(xi)合，由于K2的自鎖作用，+24V仍正(zheng)常(chang)送至逆(ni)變器(qi)。經(jing)一(yi)段時間后(hou)，電池(chi)電壓開始下降，Vo跟著下降，V1導通(tong)減弱，V2升(sheng)高(gao)；當嘰升(sheng)高(gao)至一(yi)定值（即蓄電池(chi)電壓下降至22V）后(hou)，V2退出(chu)飽和進人線性放大，V3迅速下降;V3通(tong)過R7反饋至V1基極，使得V2繼(ji)(ji)續升(sheng)高(gao)，形成一(yi)個雪(xue)崩過程(cheng)。

V2、V3迅速截止(zhi)，K斷(duan)(duan)開，蓄(xu)電(dian)池送至逆變器的+24V直流被切斷(duan)(duan)，逆變器停止(zhi)工作，同時K2斷(duan)(duan)開。逆變器停止(zhi)工作后，由于蓄(xu)電(dian)池內電(dian)動(dong)勢(shi)的作用，蓄(xu)電(dian)池很快恢復24V電(dian)壓，與常態一樣(yang)，V2、V3飽和(he)，K吸合(he)。

但由于此(ci)時(shi)K1、K2均(jun)斷開，+24V無法到(dao)達逆(ni)變(bian)器(qi)，逆(ni)變(bian)器(qi)不工(gong)作，從而保護了蓄(xu)電(dian)(dian)池。只有當市電(dian)(dian)恢復正常后，K1吸(xi)合，逆(ni)變(bian)器(qi)才能工(gong)作，此(ci)時(shi)充(chong)電(dian)(dian)器(qi)已(yi)向蓄(xu)電(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)。

調整R1可在(zai)市(shi)電斷電時校準蓄電池(chi)電壓下限保護(hu)起控值(zhi)，亦同時調整市(shi)電斷電時UPS的最長工作時間。

元(yuan)器件選擇：充電(dian)器選用市售24～12V/50A可調充電(dian)器；逆變器選用功(gong)率500V·A、直流(liu)(liu)(liu)工作電(dian)壓為24V逆變器；蓄(xu)電(dian)池選用兩個12.80A·h鉛蓄(xu)電(dian)池串接；交流(liu)(liu)(liu)繼(ji)電(dian)器規(gui)格(ge)為220V/10A；直流(liu)(liu)(liu)繼(ji)電(dian)器規(gui)格(ge)為24V/20A。

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UPS電路結構種類

當前技(ji)術成(cheng)(cheng)熟并(bing)已形成(cheng)(cheng)產品(pin)的各種UPS，就其主電路結構和(he)不停電供電運行(xing)機制來(lai)看，主要有(you)幾大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆變電壓(ya)補償在線式（逆變器(qi)）

1、 后備式是靜止式UPS的最初形式，因為應用得早，用得廣泛，因而技術和產品都是很成熟的。

充(chong)(chong)電器：市電存在時(shi)，對蓄電池充(chong)(chong)電并浮(fu)充(chong)(chong)，如果是(shi)長延時(shi)UPS，就要求它有較強(qiang)的充(chong)(chong)電能力，或者外加(jia)相應容量的附加(jia)充(chong)(chong)電器。

DC-AC逆變(bian)器：市(shi)電存在(zai)時，逆變(bian)器不(bu)工作；市(shi)電掉電時，由它將直(zhi)流(liu)電壓（電池(chi)供(gong)給）變(bian)成符合負載要(yao)求(qiu)的(de)交流(liu)電壓，電壓波形有方波、準(zhun)方波、正(zheng)弦(xian)波三種形式(shi)。

輸出轉換開關：市電(dian)存(cun)在時，接通輸入電(dian)源向負(fu)載(zai)供電(dian)；市電(dian)掉(diao)電(dian)時，斷開電(dian)網，接通逆變器，繼續向負(fu)載(zai)供電(dian)。 智能調壓：市電(dian)存(cun)在時，可調節穩定輸出電(dian)壓。

后備式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效率高，可(ke)達98%以(yi)上；

·當市電(dian)存在時，輸入功率(lv)因(yin)數和輸入電(dian)流諧(xie)(xie)波取決(jue)于負載電(dian)流，UPS本身不 產(chan)生(sheng)附(fu)加輸入功率(lv)因(yin)數和諧(xie)(xie)波電(dian)流失真；

·當市電(dian)(dian)存在時，輸出能(neng)力(li)強，對負(fu)載電(dian)(dian)流波峰系(xi)(xi)數、浪涌(yong)電(dian)(dian)流系(xi)(xi)數、輸出功(gong)率因數、過載等沒有嚴(yan)格地(di)限制；

·市電掉電時(shi)，輸(shu)出有(you)轉換時(shi)間(jian),一般可做到(dao)4ms左右(you),足(zu)以滿足(zu)負(fu)載要求；

·當市(shi)電存(cun)在(zai)時，輸出電壓穩定精度差，但(dan)能滿足負載要求(qiu)；

·當市電存在時，整(zheng)機要(yao)靠附加濾(lv)波(bo)電路提高UPS雙向抗干擾功能；

·電路簡單(dan)，成本低，可靠(kao)性高；

·由(you)于輸出有轉換(huan)(huan)開關(guan)，受切換(huan)(huan)電流能(neng)力(li)和動(dong)作時(shi)間的限制，UPS輸出功率做大有一定困難，當前(qian)面市(shi)的后備(bei)式UPS多在2KVA以下。

2、 在線互動式的在線含意是逆變器處于熱備份狀態，同時兼顧了對電池充電的功能，提高了后備式UPS的功率容量，減小了市電掉電時的轉換時間，提高了對輸出電壓的濾波作用。

·輸入開關：當市電掉(diao)電時（指電網失壓），斷開開關，防止逆變器向電網饋電；

·智能調壓(ya)：市電存在時，可調節穩定輸出(chu)電壓(ya)；

·DC/AC逆變(bian)器：此逆變(bian)器可雙向逆變(bian)，當市電(dian)存在時，逆變(bian)方向是AC- DC, 給電(dian)池充電(dian)并浮充；市電(dian)掉電(dian)后，逆變(bian)方向為DC-AC，由電(dian)池供電(dian)，保持UPS繼續向負載供電(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當(dang)市(shi)電存(cun)在時，效率高，可達98%以上(shang)；

·當市(shi)電(dian)存在時，輸入功(gong)率因(yin)數和輸入電(dian)流(liu)諧波成份(fen)取決于負載 電(dian)流(liu)，UPS本 身不產生附加輸入功(gong)率因(yin)數和諧波電(dian)流(liu)失真；

·當市電存在時(shi)，輸(shu)出(chu)能力強，對負載電流(liu)峰值系(xi)數(shu)、浪涌(yong)電流(liu)系(xi)數(shu)、輸(shu)出(chu)功率 因數(shu)、過載等沒有嚴(yan)格(ge)地限制；

·市電(dian)掉電(dian)時，因為輸(shu)(shu)入開(kai)關存(cun)在開(kai)斷時間(jian)，至(zhi)使UPS輸(shu)(shu)出仍(reng)有轉換時間(jian)，但(dan)比(bi)后備式要小；

·市電(dian)存在時，輸出電(dian)壓(ya)穩定精度差，但(dan)能滿足負(fu)載要求；

·市(shi)電存在時，因為逆變器(qi)直(zhi)接接在輸出(chu)端，并且處在熱備份狀況(kuang)，對(dui)輸出(chu)電壓尖峰干擾有(you)濾波作(zuo)用；

·電路(lu)更簡(jian)單，成本(ben)低，可靠性高；

·逆(ni)變器同時有(you)充(chong)電(dian)(dian)功能(neng)，省(sheng)掉了后備式UPS的附加充(chong)電(dian)(dian)器，其充(chong)電(dian)(dian)能(neng)力(li)要比附加充(chong)電(dian)(dian)器強的多，當(dang)要求長延時供電(dian)(dian)時，無須再增加機外(wai)充(chong)電(dian)(dian)設備；

·由于逆變(bian)器與輸出直接接在一起，沒有轉換開關的限制(zhi)，所以輸出功率(lv)可(ke)提高到(dao)5-10KVA。

為(wei)了(le)進一(yi)步改善在(zai)線互動(dong)(dong)式(shi)(shi)的(de)(de)功能(neng)，可(ke)(ke)在(zai)輸(shu)入開關和智能(neng)調壓之(zhi)間串接一(yi)個電(dian)(dian)感，目的(de)(de)在(zai)于當市(shi)電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，逆(ni)變(bian)器可(ke)(ke)立即向負載供電(dian)(dian)，因(yin)為(wei)串聯電(dian)(dian)感對逆(ni)變(bian)輸(shu)出(chu)反(fan)饋(kui)到電(dian)(dian)網的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)有很強的(de)(de)抑制作用，避(bi)免了(le)輸(shu)入開關未斷開時(shi)短路(lu)逆(ni)變(bian)器輸(shu)出(chu)的(de)(de)危險，這樣做(zuo)可(ke)(ke)以(yi)使在(zai)線互動(dong)(dong)式(shi)(shi)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)換時(shi)間減小到零，使其完(wan)全具備(bei)雙逆(ni)變(bian)在(zai)線式(shi)(shi)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)換功能(neng)，同時(shi)還增加了(le)整個UPS的(de)(de)抗干擾能(neng)力。但是，這樣做(zuo)卻帶來了(le)降低UPS輸(shu)入功率因(yin)數(shu)的(de)(de)不(bu)良后果。

3、 雙逆變在線式

當前，絕(jue)大(da)多數在線(xian)式，特別(bie)是大(da)功率(lv)在線(xian)式UPS，大(da)都采用(yong)了雙逆變(bian)電路結構(gou)。

·逆(ni)(ni)變器(qi)（Ⅰ）：該逆(ni)(ni)變器(qi)為AC-DC單向逆(ni)(ni)變，當(dang)市電(dian)存在(zai)時，它完成對電(dian)池的(de)充電(dian)，并通過逆(ni)(ni)變器(qi)（Ⅱ）向負載供電(dian)，該逆(ni)(ni)變器(qi)多為整(zheng)流(liu)或可控整(zheng)流(liu)電(dian)路；

·逆變器(qi)（Ⅱ）：該逆變器(qi)為DC-AC單向逆變，當市電(dian)(dian)存在時，它(ta)由逆變（Ⅰ）取(qu)得功率(lv)后(hou)再送到輸出端，并保證向負載提供(gong)高質量的(de)電(dian)(dian)源；當市電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)時，由電(dian)(dian)池(chi)通過逆變器(qi)（Ⅱ）向負載供(gong)電(dian)(dian)；

·旁路開(kai)關：平時處在斷開(kai)狀態，當逆變電路發生故障，或者當負(fu)載(zai)有沖擊性（例如啟動負(fu)載(zai)時）或故障過載(zai)時，逆變器停止輸出，旁路開(kai)關接通，由(you)電網直接向負(fu)載(zai)供電，旁路開(kai)關多為智能(neng)型的功率(lv)容量很強的無(wu)觸點開(kai)關。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為不管市電(dian)有無，負載的(de)(de)全部功率都(dou)由逆變(bian)器給出(chu)，所以(yi)可以(yi)向負載提供高質量的(de)(de)電(dian)源(yuan)，例如(ru)輸(shu)出(chu)電(dian)壓穩(wen)定(ding)(ding)精度(du)(du)、頻率穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)、輸(shu)出(chu)電(dian)壓動態響(xiang)應、波形失(shi)真度(du)(du)等指標，都(dou)是比較(jiao)高的(de)(de)；

·市電掉電時，輸(shu)出電壓(ya)不受任何影響，沒有轉換時間；

·因為(wei)無論(lun)市電(dian)有無，全部負(fu)(fu)載(zai)功率(lv)都由逆變器供出，UPS的功率(lv)余量有限(xian)，輸(shu)出能(neng)力(li)不理(li)想，所以對負(fu)(fu)載(zai)提出限(xian)制條(tiao)件，例如輸(shu)出電(dian)流峰值系數（一(yi)般只達到3:1）、過載(zai)能(neng)力(li)、輸(shu)出功率(lv)因數（一(yi)般為(wei)0.8）、輸(shu)出有功功率(lv)小于標定(ding)的KVA數，應付(fu)沖擊性負(fu)(fu)載(zai)的能(neng)力(li)等；

·由于逆變器(qi)(qi)（Ⅰ）多為整(zheng)流電(dian)路，對電(dian)網形成(cheng)電(dian)流諧波干擾，輸(shu)入功(gong)率(lv)因(yin)數低，經濾波后，最小的諧波電(dian)流成(cheng)份在(zai)10%左右，而(er)輸(shu)入功(gong)率(lv)因(yin)數只有0.8左右，如(ru)果在(zai)逆變器(qi)(qi)（Ⅰ）中使用功(gong)率(lv)因(yin)數校正技(ji)術(shu)，則可把輸(shu)入功(gong)率(lv)因(yin)數提高到接近1，輸(shu)入電(dian)流諧波成(cheng)份也(ye)會大幅度降低；

·在市電存在時(shi)，由于兩個逆變器都承擔100%的負(fu)載功率，所以(yi)(yi)整(zheng)機效率低(di)，10KVA以(yi)(yi)下(xia)的UPS為80%左右，50 KVA的可達(da)85-90%，100 KVA以(yi)(yi)上(shang)的可達(da)90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是(shi)由(you)美(mei)國APC Silcon首先提出(chu)并在(zai)三(san)相大(da)功率UPS中形成(cheng)產(chan)品的，同(tong)樣是(shi)雙逆變電(dian)(dian)路(lu)結構(gou)，同(tong)樣是(shi)在(zai)線(xian)工(gong)作，但是(shi)，由(you)于它成(cheng)功地把交流(liu)穩壓(ya)技(ji)(ji)術中的電(dian)(dian)壓(ya)補償(chang)原理用到了UPS的主電(dian)(dian)路(lu)中，相對雙逆變在(zai)線(xian)式UPS，Silcon DP300E系列大(da)功率UPS在(zai)適應電(dian)(dian)網(wang)環境并且不(bu)干擾破壞電(dian)(dian)網(wang)、在(zai)輸出(chu)能力和可靠性等多項UPS主要指(zhi)標方(fang)面都有了新的突破。APC Silcon稱(cheng)此電(dian)(dian)路(lu)結構(gou)為Delta逆變技(ji)(ji)術。

·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）的付邊串聯在UPS主電路中，其功能有三個：

第一(yi)：對(dui)UPS輸(shu)入端進行輸(shu)入功率因(yin)數補償，并抑制輸(shu)入電流諧波；

第(di)二：與逆變（Ⅱ）一(yi)起，完成對輸(shu)(shu)(shu)(shu)入電壓(ya)的(de)補(bu)償(chang)，當(dang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入電壓(ya)高于輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu) 電壓(ya)額定值(zhi)(zhi)時，逆變器（Ⅰ）吸(xi)收功率，反極性補(bu)償(chang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)(zhi)，當(dang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入電壓(ya)低于輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)額定值(zhi)(zhi)時，逆變器（Ⅰ）輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)功率，正極性補(bu)償(chang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)(zhi)；

第(di)三：與逆變(bian)器（Ⅱ）一起(qi)完成對電(dian)池的(de)充(chong)電(dian)和浮充(chong)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：

第一：同逆變器(qi)（Ⅰ）一起，完成對輸入(ru)輸出(chu)電壓差值的補償；

第(di)二(er)：同逆變器（Ⅰ）一起完(wan)成(cheng)對電池(chi)的充電和電壓浮(fu)充功能(neng)；

第(di)三：隨時監測輸(shu)出電(dian)壓，保證輸(shu)出電(dian)壓的穩定，對輸(shu)出電(dian)壓波形失(shi)真和輸(shu)出電(dian)流諧波成份進行補償，使其不對電(dian)網產生影(ying)響(xiang)；

第四：當(dang)市電掉電時(shi)，全部輸(shu)出(chu)功(gong)率由(you)逆變器（Ⅱ）給出(chu)，并且(qie)保證輸(shu)出(chu)電壓不間(jian)斷，轉換時(shi)間(jian)為零。

是雙逆變電(dian)壓(ya)補償在線式UPS在各種情(qing)況下(xia)電(dian)流和功率傳(chuan)輸(shu)示意圖（這里假定UPS效率為100%）

雙逆變電壓補償在線式的性能特點如下：

因(yin)為逆變器（Ⅱ）隨時監視控制輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)，并通過逆變（Ⅰ）參(can)與主回路電(dian)壓(ya)(ya)的(de)調(diao)整(zheng)，所以不(bu)管(guan)市電(dian)有無，都可以向負(fu)載提供高質量的(de)電(dian)源，例(li)如輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)穩(wen)定度、頻率穩(wen)定度、輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)動態響應、波形失真(zhen)等(deng)指標，都是比(bi)較高的(de)。

市(shi)電(dian)掉電(dian)時，輸出電(dian)壓不(bu)受響應(ying)，沒有轉換時間(jian)。并(bing)且，當負(fu)載(zai)電(dian)流發生畸變時，也由(you)逆變器（Ⅱ）調整補償掉，所以是典(dian)型的在線(xian)工作方式。

當市電(dian)(dian)(dian)存(cun)在(zai)(zai)時，逆(ni)變器（Ⅰ）和（Ⅱ）只對輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓與輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓的(de)差值進行(xing)(xing)調整和補償，逆(ni)變器承擔的(de)最大(da)功率(lv)（當輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓處于(yu)上限(xian)(xian)和下限(xian)(xian)時）僅為輸(shu)(shu)出功率(lv)的(de)20%（相當于(yu)輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓變化范圍），所以功率(lv)強度(du)很小（1/5），功率(lv)余量大(da)，這就大(da)大(da)增(zeng)強了UPS的(de)輸(shu)(shu)出能(neng)力，與雙(shuang)逆(ni)變在(zai)(zai)線(xian)式(shi)相比，過載能(neng)力增(zeng)強（200%,1分鐘(zhong)），不再(zai)對負(fu)載電(dian)(dian)(dian)流波峰系數予以限(xian)(xian)制，可從(cong)容地(di)對付(fu)沖擊性(xing)負(fu)載，不再(zai)對負(fu)載功率(lv)因數進行(xing)(xing)限(xian)(xian)制，輸(shu)(shu)出有(you)功功率(lv)可以等于(yu)標(biao)定的(de)KVA值。

·逆變(bian)器（Ⅰ）同時完成了對(dui)輸(shu)(shu)入(ru)端的功率因數(shu)(shu)校正功能，使輸(shu)(shu)入(ru)功率因數(shu)(shu)等于(yu)1，輸(shu)(shu)入(ru)諧波電(dian)流降到3%以下(xia)。

在(zai)市電存在(zai)時，由于兩個逆變器承擔的最(zui)大功(gong)(gong)率(lv)僅為輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)的1/5，所以整(zheng)機效率(lv)在(zai)很(hen)大的功(gong)(gong)率(lv)范圍內都可達到96%。

在市電存在的情況下（UPS連續運行(xing)時間的(de)99%是有市電的(de)），逆變器(qi)功率強度(du)僅為設計值（逆變器(qi)Ⅱ）的(de)1/5，所以元器(qi)件乃至整機的(de)壽命和可(ke)靠性必然大幅度(du)提高。