ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電（220V）通(tong)過(guo)(guo)可調充(chong)電器(qi)向蓄電池(chi)充(chong)電，同時自(zi)啟動繼電器(qi)K1吸合，R1與(yu)VZ1、VZ2對蓄電池(chi)+24V電壓(ya)進行分壓(ya)采樣，采樣電壓(ya)Vo通(tong)過(guo)(guo)R2、VD3加到V1基極，使V1處于線(xian)性放大狀態，V2、V3深度飽和(he)，直(zhi)流控制繼電器(qi)K吸合，+24V電壓(ya)通(tong)過(guo)(guo)K、K1送至(zhi)逆變器(qi)V+端，逆變器(qi)工作，輸(shu)出220V正弦波電壓(ya)，同時自(zi)鎖繼電器(qi)K2吸合。

當市電斷電時(shi)(shi)，K1斷開(kai)，初時(shi)(shi)輸人電壓(ya)+24V不變，K繼(ji)(ji)續吸(xi)合，由于K2的自鎖作(zuo)用，+24V仍(reng)正常送至(zhi)(zhi)逆變器。經一(yi)段時(shi)(shi)間后(hou)，電池電壓(ya)開(kai)始下降(jiang)(jiang)，Vo跟著下降(jiang)(jiang)，V1導通減弱，V2升高(gao)；當嘰升高(gao)至(zhi)(zhi)一(yi)定值（即(ji)蓄電池電壓(ya)下降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)22V）后(hou)，V2退(tui)出飽和(he)進(jin)人線性放(fang)大，V3迅速下降(jiang)(jiang);V3通過R7反饋(kui)至(zhi)(zhi)V1基(ji)極，使得V2繼(ji)(ji)續升高(gao)，形成一(yi)個雪崩過程(cheng)。

V2、V3迅速截止，K斷開，蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)(chi)送(song)至逆(ni)變(bian)器的+24V直流被切斷，逆(ni)變(bian)器停止工(gong)作，同時(shi)K2斷開。逆(ni)變(bian)器停止工(gong)作后，由于蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)(chi)內電(dian)動勢的作用(yong)，蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)(chi)很快恢復24V電(dian)壓，與常態(tai)一樣，V2、V3飽和，K吸合。

但由于(yu)此時K1、K2均斷開(kai)，+24V無法到達逆變器，逆變器不工作，從而保護了蓄電(dian)(dian)池。只有當(dang)市電(dian)(dian)恢復正常后，K1吸合，逆變器才(cai)能工作，此時充(chong)(chong)電(dian)(dian)器已向蓄電(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)。

調整R1可(ke)在市電斷電時(shi)校準蓄電池電壓下限保護起控(kong)值，亦同時(shi)調整市電斷電時(shi)UPS的最(zui)長工作時(shi)間。

元器(qi)(qi)件選(xuan)擇：充電(dian)器(qi)(qi)選(xuan)用(yong)市(shi)售24～12V/50A可調充電(dian)器(qi)(qi)；逆(ni)變器(qi)(qi)選(xuan)用(yong)功率(lv)500V·A、直(zhi)流工作電(dian)壓(ya)為24V逆(ni)變器(qi)(qi)；蓄電(dian)池選(xuan)用(yong)兩個12.80A·h鉛蓄電(dian)池串接；交流繼電(dian)器(qi)(qi)規格為220V/10A；直(zhi)流繼電(dian)器(qi)(qi)規格為24V/20A。

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UPS電路結構種類

當前技(ji)術成(cheng)熟并已形成(cheng)產(chan)品的各種UPS，就其主(zhu)電路結構(gou)和不停(ting)電供電運行機制(zhi)來看，主(zhu)要有幾大(da)類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆變電壓補償在(zai)線式（逆變器）

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，對蓄(xu)電池充(chong)(chong)電并(bing)浮充(chong)(chong)，如果是長延時UPS，就要求它有較強的充(chong)(chong)電能力，或(huo)者外加(jia)相應容量的附加(jia)充(chong)(chong)電器。

DC-AC逆變器(qi)：市(shi)(shi)電(dian)存在時，逆變器(qi)不工(gong)作；市(shi)(shi)電(dian)掉電(dian)時，由(you)它(ta)將直(zhi)流電(dian)壓（電(dian)池供給）變成符合負載要求的交流電(dian)壓，電(dian)壓波形有方(fang)波、準方(fang)波、正弦波三種形式。

輸出轉換開關：市電(dian)(dian)(dian)存(cun)在(zai)時(shi)(shi)，接(jie)通(tong)輸入電(dian)(dian)(dian)源向負載(zai)(zai)供(gong)電(dian)(dian)(dian)；市電(dian)(dian)(dian)掉電(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)，斷開電(dian)(dian)(dian)網(wang)，接(jie)通(tong)逆變器，繼續向負載(zai)(zai)供(gong)電(dian)(dian)(dian)。 智能(neng)調壓(ya)：市電(dian)(dian)(dian)存(cun)在(zai)時(shi)(shi)，可調節穩定輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。

后備式UPS的性能特點是：

·當市(shi)電(dian)存在時，效率高，可(ke)達98%以(yi)上；

·當(dang)市電存在時，輸入功率(lv)因數(shu)和(he)輸入電流諧波(bo)取決于負(fu)載電流，UPS本身不 產生(sheng)附(fu)加輸入功率(lv)因數(shu)和(he)諧波(bo)電流失真；

·當市電存在時，輸出能力強，對負(fu)載電流(liu)波(bo)峰系數(shu)、浪涌電流(liu)系數(shu)、輸出功(gong)率因數(shu)、過(guo)載等沒有嚴格地限(xian)制；

·市電掉(diao)電時，輸出有轉換時間,一般可做到4ms左右,足以滿(man)足負載要求；

·當市電(dian)存(cun)在時，輸出電(dian)壓(ya)穩定精(jing)度差，但能滿足負載要求；

·當市(shi)電(dian)存在時，整(zheng)機要靠附加濾波電(dian)路提高UPS雙向抗干擾功(gong)能；

·電路簡單，成本低，可靠性(xing)高；

·由于輸出有(you)轉換開(kai)關，受(shou)切換電流能力(li)和動(dong)作時間的(de)限(xian)制，UPS輸出功率做大(da)有(you)一(yi)定困難，當前面市(shi)的(de)后(hou)備式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：當市電掉電時(shi)（指電網失壓），斷(duan)開開關，防止逆變器(qi)向電網饋電；

·智能調壓(ya)：市電存在時，可調節穩定輸出電壓(ya)；

·DC/AC逆變(bian)(bian)器(qi)：此逆變(bian)(bian)器(qi)可雙向(xiang)逆變(bian)(bian)，當市電(dian)存在(zai)時，逆變(bian)(bian)方(fang)向(xiang)是AC- DC, 給電(dian)池充電(dian)并浮充；市電(dian)掉電(dian)后，逆變(bian)(bian)方(fang)向(xiang)為DC-AC，由電(dian)池供電(dian)，保持(chi)UPS繼(ji)續向(xiang)負(fu)載供電(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效率(lv)高，可達98%以上；

·當市電(dian)存(cun)在(zai)時，輸入功率因(yin)數和輸入電(dian)流諧波成份(fen)取決(jue)于負載 電(dian)流，UPS本 身不產生(sheng)附加輸入功率因(yin)數和諧波電(dian)流失真；

·當市電存在時(shi)，輸出(chu)(chu)能力強，對負載電流(liu)峰值系數(shu)、浪涌電流(liu)系數(shu)、輸出(chu)(chu)功率 因數(shu)、過載等沒有嚴格(ge)地限制；

·市電掉電時，因為輸入(ru)開關(guan)存在開斷(duan)時間，至使UPS輸出仍有(you)轉換時間，但比后備式要小；

·市電(dian)存(cun)在時，輸(shu)出電(dian)壓穩定精度差，但能滿足負載要求；

·市電(dian)存在時，因為逆變器直接(jie)接(jie)在輸出端，并且處在熱備(bei)份(fen)狀況，對輸出電(dian)壓(ya)尖峰干(gan)擾有濾(lv)波作用；

·電路更簡(jian)單，成本(ben)低，可(ke)靠(kao)性高；

·逆變器(qi)同時有充(chong)(chong)電(dian)功(gong)能(neng)(neng)，省掉了后備式UPS的附加充(chong)(chong)電(dian)器(qi)，其充(chong)(chong)電(dian)能(neng)(neng)力要(yao)(yao)比附加充(chong)(chong)電(dian)器(qi)強的多，當要(yao)(yao)求長延時供電(dian)時，無須再增加機外充(chong)(chong)電(dian)設備；

·由于逆變器與輸出直接接在一(yi)起，沒有(you)轉換開關的限制，所以輸出功率可提高到5-10KVA。

為(wei)了進一步(bu)改善在(zai)線(xian)互動式(shi)的功(gong)能(neng)，可(ke)(ke)在(zai)輸(shu)(shu)入開關和智能(neng)調(diao)壓之間串接一個(ge)電(dian)感(gan)，目(mu)的在(zai)于當市電(dian)掉電(dian)時，逆變(bian)(bian)器可(ke)(ke)立即向負載供電(dian)，因(yin)為(wei)串聯(lian)電(dian)感(gan)對(dui)逆變(bian)(bian)輸(shu)(shu)出反饋(kui)到(dao)電(dian)網的電(dian)流有很強(qiang)的抑制作用，避免了輸(shu)(shu)入開關未(wei)斷開時短路逆變(bian)(bian)器輸(shu)(shu)出的危險，這(zhe)樣做可(ke)(ke)以(yi)使(shi)在(zai)線(xian)互動式(shi)的轉(zhuan)換時間減小(xiao)到(dao)零，使(shi)其完全具備雙逆變(bian)(bian)在(zai)線(xian)式(shi)的轉(zhuan)換功(gong)能(neng)，同時還增加了整個(ge)UPS的抗干擾能(neng)力。但是(shi)，這(zhe)樣做卻帶(dai)來(lai)了降低UPS輸(shu)(shu)入功(gong)率因(yin)數的不(bu)良后果。

3、 雙逆變在線式

當前，絕大(da)多數在線式(shi)，特別是大(da)功(gong)率(lv)在線式(shi)UPS，大(da)都采(cai)用了(le)雙逆變電(dian)路(lu)結構(gou)。

·逆變(bian)(bian)器(qi)（Ⅰ）：該逆變(bian)(bian)器(qi)為AC-DC單向逆變(bian)(bian)，當市電(dian)(dian)存在時(shi)，它完成對電(dian)(dian)池的充電(dian)(dian)，并(bing)通過逆變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）向負(fu)載供電(dian)(dian)，該逆變(bian)(bian)器(qi)多為整(zheng)流或可控整(zheng)流電(dian)(dian)路；

·逆變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）：該逆變(bian)(bian)器(qi)為DC-AC單向(xiang)逆變(bian)(bian)，當(dang)市(shi)電存在時，它由逆變(bian)(bian)（Ⅰ）取得功率后再(zai)送(song)到輸(shu)出端，并保證向(xiang)負載(zai)提(ti)供高質量的(de)電源；當(dang)市(shi)電掉電時，由電池(chi)通過逆變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）向(xiang)負載(zai)供電；

·旁路(lu)開(kai)(kai)關：平時處在斷開(kai)(kai)狀態(tai)，當(dang)逆變(bian)電路(lu)發生故(gu)障，或(huo)者當(dang)負載有沖(chong)擊性（例如啟動負載時）或(huo)故(gu)障過載時，逆變(bian)器停(ting)止輸出，旁路(lu)開(kai)(kai)關接通，由電網(wang)直接向負載供電，旁路(lu)開(kai)(kai)關多為智能型的功率容量(liang)很強的無觸點開(kai)(kai)關。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為不管市(shi)電(dian)(dian)有無，負載(zai)的(de)全部(bu)功率(lv)都(dou)由(you)逆變器(qi)給出(chu)，所以可以向負載(zai)提供高(gao)質量的(de)電(dian)(dian)源，例如輸出(chu)電(dian)(dian)壓穩定精度(du)(du)、頻率(lv)穩定度(du)(du)、輸出(chu)電(dian)(dian)壓動態響應(ying)、波形(xing)失(shi)真(zhen)度(du)(du)等指標，都(dou)是比較高(gao)的(de)；

·市電(dian)掉電(dian)時，輸出電(dian)壓不受任何影響，沒有轉換時間；

·因(yin)為(wei)無論市(shi)電有無，全部(bu)負載功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)都由(you)逆變器供出，UPS的功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)余量有限，輸(shu)出能(neng)力(li)不理想，所以(yi)對負載提出限制條件(jian)，例如輸(shu)出電流峰值(zhi)系數(shu)（一般(ban)只達到(dao)3:1）、過(guo)載能(neng)力(li)、輸(shu)出功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)數(shu)（一般(ban)為(wei)0.8）、輸(shu)出有功(gong)(gong)(gong)(gong)功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)小(xiao)于標定的KVA數(shu)，應付沖擊性負載的能(neng)力(li)等；

·由于逆(ni)變器（Ⅰ）多為整流電(dian)(dian)路(lu)，對電(dian)(dian)網形成(cheng)電(dian)(dian)流諧波干(gan)擾，輸入功(gong)率因(yin)數(shu)(shu)低，經濾波后，最小的諧波電(dian)(dian)流成(cheng)份在(zai)10%左右，而輸入功(gong)率因(yin)數(shu)(shu)只有(you)0.8左右，如果(guo)在(zai)逆(ni)變器（Ⅰ）中使用功(gong)率因(yin)數(shu)(shu)校正技術，則(ze)可把輸入功(gong)率因(yin)數(shu)(shu)提(ti)高到(dao)接近(jin)1，輸入電(dian)(dian)流諧波成(cheng)份也會大幅度降低；

·在(zai)市電存在(zai)時，由于兩個逆變(bian)器都承擔(dan)100%的負載(zai)功率(lv)，所以整機效率(lv)低，10KVA以下的UPS為80%左右，50 KVA的可(ke)達(da)85-90%，100 KVA以上的可(ke)達(da)90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是(shi)(shi)由美(mei)國(guo)APC Silcon首(shou)先提出并在三相大功(gong)率(lv)UPS中形成(cheng)產品的(de)，同樣是(shi)(shi)雙逆變電路(lu)結構，同樣是(shi)(shi)在線工(gong)作(zuo)，但(dan)是(shi)(shi)，由于它成(cheng)功(gong)地把交流穩壓技術中的(de)電壓補償原理用(yong)到了(le)UPS的(de)主(zhu)電路(lu)中，相對雙逆變在線式UPS，Silcon DP300E系列大功(gong)率(lv)UPS在適應電網(wang)環境并且(qie)不(bu)干擾破壞(huai)電網(wang)、在輸出能力和(he)可(ke)靠性等(deng)多項UPS主(zhu)要指標方面都有了(le)新的(de)突破。APC Silcon稱此電路(lu)結構為Delta逆變技術。

·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：對UPS輸入端進行輸入功率因數補償，并抑制輸入電流諧波；

第二：與(yu)逆變(bian)（Ⅱ）一起，完(wan)成(cheng)對輸入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)補(bu)償(chang)，當(dang)輸入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)高(gao)于(yu)輸出(chu) 電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)額(e)定(ding)值時(shi)，逆變(bian)器（Ⅰ）吸收功率，反極性(xing)補(bu)償(chang)輸入(ru)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)差(cha)值，當(dang)輸入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)低(di)于(yu)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)額(e)定(ding)值時(shi)，逆變(bian)器（Ⅰ）輸出(chu)功率，正極性(xing)補(bu)償(chang)輸入(ru)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)差(cha)值；

第三：與逆變器（Ⅱ）一起(qi)完(wan)成對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：

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

第(di)二：同逆變(bian)器（Ⅰ）一起完成對電(dian)池的充電(dian)和(he)電(dian)壓浮充功(gong)能；

第(di)三：隨時監測輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)，保證輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)的穩定，對(dui)輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形失(shi)真和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)流諧波(bo)成份進行補償，使其(qi)不(bu)對(dui)電(dian)(dian)網產生(sheng)影響(xiang)；

第(di)四：當市電(dian)掉(diao)電(dian)時(shi)，全部輸出(chu)功(gong)率由(you)逆變器（Ⅱ）給出(chu)，并(bing)且(qie)保(bao)證輸出(chu)電(dian)壓不間(jian)斷，轉換時(shi)間(jian)為零。

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

雙逆變電壓補償在線式的性能特點如下：

因為逆(ni)變器(qi)（Ⅱ）隨(sui)時監(jian)視(shi)控制輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，并通(tong)過(guo)逆(ni)變（Ⅰ）參與主回路(lu)電(dian)壓(ya)的調整(zheng)，所以不管市(shi)電(dian)有無，都可以向負載提供高(gao)質量的電(dian)源，例(li)如輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)、頻率穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)、輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)動態響應、波(bo)形(xing)失真(zhen)等(deng)指(zhi)標，都是比較高(gao)的。

市電掉電時(shi)，輸出電壓不受響應，沒有(you)轉(zhuan)換時(shi)間。并且，當負載電流發生(sheng)畸變時(shi)，也由(you)逆變器（Ⅱ）調整補償掉，所以是典型的在(zai)線工作方(fang)式。

當市電(dian)(dian)存在時(shi)(shi)，逆變器(qi)（Ⅰ）和(he)（Ⅱ）只(zhi)對(dui)(dui)(dui)輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)與輸(shu)(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)差值進行(xing)調整(zheng)和(he)補(bu)償，逆變器(qi)承擔的(de)(de)最大(da)功(gong)(gong)率（當輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)處于上限和(he)下限時(shi)(shi)）僅為(wei)輸(shu)(shu)(shu)出功(gong)(gong)率的(de)(de)20%（相當于輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)變化(hua)范圍），所(suo)以功(gong)(gong)率強度很(hen)小（1/5），功(gong)(gong)率余量大(da)，這就大(da)大(da)增強了UPS的(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)出能力，與雙逆變在線式相比，過載能力增強（200%,1分(fen)鐘），不(bu)再對(dui)(dui)(dui)負載電(dian)(dian)流波峰系數予以限制(zhi)(zhi)，可(ke)從容(rong)地對(dui)(dui)(dui)付(fu)沖擊性(xing)負載，不(bu)再對(dui)(dui)(dui)負載功(gong)(gong)率因數進行(xing)限制(zhi)(zhi)，輸(shu)(shu)(shu)出有功(gong)(gong)功(gong)(gong)率可(ke)以等于標定的(de)(de)KVA值。

·逆(ni)變器（Ⅰ）同時完(wan)成(cheng)了對輸(shu)入端的功(gong)率因數(shu)校正(zheng)功(gong)能，使(shi)輸(shu)入功(gong)率因數(shu)等于1，輸(shu)入諧(xie)波電流降到3%以下(xia)。

在(zai)市電存在(zai)時，由于兩個(ge)逆變器承(cheng)擔(dan)的最大功(gong)率僅為輸出功(gong)率的1/5，所(suo)以整機效率在(zai)很(hen)大的功(gong)率范圍(wei)內都可達到(dao)96%。

在市電存在的情況下（UPS連(lian)續(xu)運行時(shi)間的99%是有市電(dian)的），逆變器功(gong)率強度僅為設計(ji)值（逆變器Ⅱ）的1/5，所以元器件(jian)乃至整機的壽(shou)命(ming)和可靠(kao)性必然大幅度提高(gao)。