ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電(dian)（220V）通過(guo)可調充電(dian)器(qi)(qi)(qi)向蓄(xu)電(dian)池(chi)充電(dian)，同時自啟(qi)動繼(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)K1吸合(he)，R1與VZ1、VZ2對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)+24V電(dian)壓(ya)(ya)進行分壓(ya)(ya)采樣，采樣電(dian)壓(ya)(ya)Vo通過(guo)R2、VD3加到V1基極，使V1處于線性放(fang)大狀態，V2、V3深度(du)飽(bao)和，直流控制繼(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)K吸合(he)，+24V電(dian)壓(ya)(ya)通過(guo)K、K1送至逆(ni)變器(qi)(qi)(qi)V+端，逆(ni)變器(qi)(qi)(qi)工作，輸(shu)出220V正弦波電(dian)壓(ya)(ya)，同時自鎖繼(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)K2吸合(he)。

當市電斷(duan)電時，K1斷(duan)開，初時輸人電壓(ya)+24V不變，K繼(ji)續吸合，由于K2的(de)自(zi)鎖作用(yong)，+24V仍正常送至逆變器。經一(yi)段時間后，電池(chi)(chi)電壓(ya)開始下(xia)(xia)降(jiang)，Vo跟著下(xia)(xia)降(jiang)，V1導通(tong)(tong)減弱，V2升高；當嘰升高至一(yi)定值(zhi)（即(ji)蓄(xu)電池(chi)(chi)電壓(ya)下(xia)(xia)降(jiang)至22V）后，V2退出飽(bao)和進(jin)人線性放(fang)大(da)，V3迅速下(xia)(xia)降(jiang);V3通(tong)(tong)過(guo)R7反饋至V1基極，使得V2繼(ji)續升高，形成一(yi)個雪(xue)崩過(guo)程。

V2、V3迅速(su)截止(zhi)(zhi)，K斷開，蓄(xu)電(dian)池送至逆(ni)變(bian)器(qi)的+24V直流被切(qie)斷，逆(ni)變(bian)器(qi)停止(zhi)(zhi)工作(zuo)，同(tong)時(shi)K2斷開。逆(ni)變(bian)器(qi)停止(zhi)(zhi)工作(zuo)后，由于蓄(xu)電(dian)池內電(dian)動勢的作(zuo)用，蓄(xu)電(dian)池很快恢復24V電(dian)壓(ya)，與常態(tai)一樣，V2、V3飽和，K吸合。

但(dan)由于此時(shi)K1、K2均斷開(kai)，+24V無法(fa)到達逆變(bian)器(qi)(qi)，逆變(bian)器(qi)(qi)不工(gong)作(zuo)，從而保護了(le)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。只有當市電(dian)(dian)(dian)恢復正常后，K1吸合，逆變(bian)器(qi)(qi)才能工(gong)作(zuo)，此時(shi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)已向(xiang)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)。

調(diao)整R1可(ke)在市電斷電時(shi)校準蓄電池電壓下限保護起控值，亦同時(shi)調(diao)整市電斷電時(shi)UPS的(de)最長工作時(shi)間。

元(yuan)器(qi)(qi)件選擇：充電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)選用(yong)市售24～12V/50A可調充電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)；逆(ni)變器(qi)(qi)選用(yong)功(gong)率500V·A、直(zhi)流工作電(dian)(dian)(dian)壓為(wei)24V逆(ni)變器(qi)(qi)；蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池選用(yong)兩(liang)個12.80A·h鉛蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池串(chuan)接；交流繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)規格為(wei)220V/10A；直(zhi)流繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)規格為(wei)24V/20A。

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UPS電路結構種類

當(dang)前技術成(cheng)熟并已(yi)形成(cheng)產品(pin)的(de)各種UPS，就其主(zhu)電(dian)路結(jie)構(gou)和不停電(dian)供電(dian)運行機制來(lai)看，主(zhu)要(yao)有幾大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆變電壓補償在線式(shi)（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)電(dian)(dian)(dian)器(qi)：市電(dian)(dian)(dian)存在時，對蓄電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)并浮(fu)充(chong)，如(ru)果(guo)是長延時UPS，就(jiu)要(yao)求它有較強的充(chong)電(dian)(dian)(dian)能(neng)力，或者外加相應容量的附加充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)。

DC-AC逆(ni)變(bian)器：市(shi)電(dian)存在時，逆(ni)變(bian)器不工作；市(shi)電(dian)掉電(dian)時，由它將直流(liu)電(dian)壓(ya)（電(dian)池供給(gei)）變(bian)成(cheng)符合(he)負載要求的(de)交流(liu)電(dian)壓(ya)，電(dian)壓(ya)波形有(you)方波、準方波、正(zheng)弦波三種形式。

輸(shu)出(chu)(chu)轉(zhuan)換開關：市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)存在時，接(jie)通輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源向(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)；市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)掉電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時，斷開電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網，接(jie)通逆變器，繼續向(xiang)(xiang)負(fu)載(zai)供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。 智(zhi)能調壓(ya)：市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)存在時，可調節穩(wen)定輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)。

后備式UPS的性能特點是：

·當(dang)市電存在時，效率高，可達98%以(yi)上；

·當市電存在時(shi)，輸(shu)入功(gong)率因(yin)數和輸(shu)入電流(liu)諧(xie)波取決(jue)于(yu)負載(zai)電流(liu)，UPS本身不 產生附加輸(shu)入功(gong)率因(yin)數和諧(xie)波電流(liu)失真；

·當(dang)市(shi)電存在(zai)時，輸(shu)出(chu)能力強，對負載電流波(bo)峰系數(shu)、浪涌(yong)電流系數(shu)、輸(shu)出(chu)功率因數(shu)、過載等沒(mei)有嚴格地限制；

·市(shi)電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，輸出(chu)有轉換時(shi)間(jian),一(yi)般可(ke)做到4ms左右,足(zu)以(yi)滿(man)足(zu)負載要求；

·當市電(dian)存(cun)在時(shi)，輸出電(dian)壓穩定精(jing)度差，但能滿足負載(zai)要(yao)求；

·當市電存在時，整機要(yao)靠(kao)附加濾波電路提高UPS雙(shuang)向抗干擾功能；

·電路簡單，成本低，可靠性高；

·由(you)于輸(shu)出(chu)有(you)轉換(huan)開關，受切(qie)換(huan)電流能力(li)和動作時間的(de)限(xian)制，UPS輸(shu)出(chu)功率做大(da)有(you)一定困難，當前面市的(de)后備式UPS多在2KVA以下(xia)。

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(shu)入開關：當市電(dian)掉電(dian)時（指電(dian)網(wang)失壓），斷開開關，防(fang)止逆變器向電(dian)網(wang)饋電(dian)；

·智能調(diao)壓：市(shi)電存(cun)在時，可(ke)調(diao)節穩定輸(shu)出電壓；

·DC/AC逆(ni)變器：此(ci)逆(ni)變器可雙向(xiang)逆(ni)變，當市電(dian)存在時，逆(ni)變方向(xiang)是AC- DC, 給電(dian)池充電(dian)并浮充；市電(dian)掉(diao)電(dian)后，逆(ni)變方向(xiang)為DC-AC，由電(dian)池供(gong)電(dian)，保持UPS繼(ji)續(xu)向(xiang)負(fu)載供(gong)電(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效率高，可達98%以上；

·當市(shi)電存(cun)在時(shi)，輸(shu)入(ru)功率(lv)因數和(he)輸(shu)入(ru)電流諧波成份取決于負(fu)載(zai) 電流，UPS本(ben) 身不產(chan)生附加(jia)輸(shu)入(ru)功率(lv)因數和(he)諧波電流失真；

·當(dang)市電存在(zai)時(shi)，輸出能力(li)強，對負載(zai)電流(liu)(liu)峰值(zhi)系數、浪涌電流(liu)(liu)系數、輸出功率(lv) 因數、過載(zai)等沒有嚴格(ge)地(di)限制；

·市電掉電時，因為輸(shu)入開關(guan)存在(zai)開斷時間，至使UPS輸(shu)出仍(reng)有轉換時間，但(dan)比后(hou)備(bei)式要小；

·市電存(cun)在時，輸出(chu)電壓(ya)穩定精度(du)差(cha)，但能(neng)滿足負載要求；

·市電存在(zai)時，因為逆變器直接接在(zai)輸出(chu)端，并且處在(zai)熱備份狀況，對輸出(chu)電壓尖峰干(gan)擾有濾(lv)波作用；

·電路更(geng)簡單，成本低，可靠(kao)性(xing)高；

·逆變器(qi)同時(shi)(shi)有充電功能，省(sheng)掉了(le)后備(bei)式UPS的附加充電器(qi)，其充電能力要(yao)比附加充電器(qi)強的多，當(dang)要(yao)求長延時(shi)(shi)供電時(shi)(shi)，無須再增加機外充電設備(bei)；

·由于逆變器與輸(shu)(shu)出(chu)直接接在一起，沒有轉換開關(guan)的限制，所以輸(shu)(shu)出(chu)功率可提高到5-10KVA。

為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)改善在(zai)線(xian)互(hu)動(dong)式(shi)的(de)功(gong)(gong)能(neng)，可(ke)(ke)在(zai)輸入(ru)開關和智能(neng)調壓(ya)之間串(chuan)接一(yi)個電(dian)感(gan)，目的(de)在(zai)于當市電(dian)掉(diao)電(dian)時，逆(ni)(ni)變(bian)器可(ke)(ke)立即向負載供電(dian)，因為(wei)串(chuan)聯電(dian)感(gan)對逆(ni)(ni)變(bian)輸出(chu)反饋到電(dian)網的(de)電(dian)流有很強的(de)抑制作用，避免了(le)輸入(ru)開關未斷(duan)開時短路逆(ni)(ni)變(bian)器輸出(chu)的(de)危險，這(zhe)樣(yang)做可(ke)(ke)以使在(zai)線(xian)互(hu)動(dong)式(shi)的(de)轉換(huan)時間減小(xiao)到零，使其完全具備雙逆(ni)(ni)變(bian)在(zai)線(xian)式(shi)的(de)轉換(huan)功(gong)(gong)能(neng)，同(tong)時還增加了(le)整個UPS的(de)抗干擾能(neng)力(li)。但是，這(zhe)樣(yang)做卻(que)帶來了(le)降低UPS輸入(ru)功(gong)(gong)率因數的(de)不良后果。

3、 雙逆變在線式

當前(qian)，絕大(da)多數在線式(shi)，特(te)別(bie)是大(da)功率在線式(shi)UPS，大(da)都采用了雙(shuang)逆變電路結構。

·逆(ni)變(bian)(bian)(bian)器（Ⅰ）：該逆(ni)變(bian)(bian)(bian)器為(wei)(wei)AC-DC單向逆(ni)變(bian)(bian)(bian)，當市電存(cun)在時(shi)，它完成(cheng)對(dui)電池的(de)充電，并(bing)通(tong)過逆(ni)變(bian)(bian)(bian)器（Ⅱ）向負(fu)載供電，該逆(ni)變(bian)(bian)(bian)器多為(wei)(wei)整流或(huo)可控整流電路(lu)；

·逆(ni)變器(qi)(qi)（Ⅱ）：該逆(ni)變器(qi)(qi)為DC-AC單向(xiang)逆(ni)變，當市電(dian)(dian)存在時(shi)(shi)，它由逆(ni)變（Ⅰ）取得(de)功率后再送(song)到輸出端(duan)，并(bing)保(bao)證向(xiang)負(fu)載提供高質量的電(dian)(dian)源；當市電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)時(shi)(shi)，由電(dian)(dian)池通過逆(ni)變器(qi)(qi)（Ⅱ）向(xiang)負(fu)載供電(dian)(dian)；

·旁(pang)路(lu)開(kai)(kai)關：平(ping)時(shi)處在(zai)斷開(kai)(kai)狀態(tai)，當逆變電(dian)路(lu)發(fa)生(sheng)故障，或者當負載有沖擊性(xing)（例(li)如啟動負載時(shi)）或故障過載時(shi)，逆變器停止(zhi)輸(shu)出(chu)，旁(pang)路(lu)開(kai)(kai)關接(jie)通，由(you)電(dian)網直接(jie)向負載供電(dian)，旁(pang)路(lu)開(kai)(kai)關多為智能型的(de)功率容量很強的(de)無觸點開(kai)(kai)關。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為不管市電(dian)有無，負載(zai)的全部功(gong)率都由逆變器給(gei)出，所(suo)以(yi)可(ke)以(yi)向負載(zai)提供高質量的電(dian)源，例如輸(shu)出電(dian)壓(ya)穩定精度(du)、頻(pin)率穩定度(du)、輸(shu)出電(dian)壓(ya)動態響應、波形(xing)失真度(du)等指標，都是(shi)比較高的；

·市電掉(diao)電時，輸出電壓不受任(ren)何影響，沒(mei)有(you)轉換時間；

·因為(wei)無(wu)論市(shi)電(dian)有(you)無(wu)，全部負載(zai)功(gong)率(lv)(lv)都由(you)逆(ni)變器供出(chu)，UPS的功(gong)率(lv)(lv)余(yu)量有(you)限，輸出(chu)能(neng)力不(bu)理想，所以對(dui)負載(zai)提出(chu)限制條件，例如輸出(chu)電(dian)流(liu)峰值(zhi)系數(shu)（一(yi)般(ban)只達到3:1）、過載(zai)能(neng)力、輸出(chu)功(gong)率(lv)(lv)因數(shu)（一(yi)般(ban)為(wei)0.8）、輸出(chu)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)(lv)小(xiao)于標定的KVA數(shu)，應付(fu)沖擊性負載(zai)的能(neng)力等；

·由于逆(ni)變器（Ⅰ）多為(wei)整流(liu)電(dian)路(lu)，對電(dian)網(wang)形成(cheng)電(dian)流(liu)諧波(bo)干擾，輸(shu)(shu)入功率(lv)(lv)因(yin)數低，經濾(lv)波(bo)后，最(zui)小的諧波(bo)電(dian)流(liu)成(cheng)份在10%左(zuo)右，而輸(shu)(shu)入功率(lv)(lv)因(yin)數只有0.8左(zuo)右，如(ru)果在逆(ni)變器（Ⅰ）中(zhong)使用功率(lv)(lv)因(yin)數校正技術，則可把輸(shu)(shu)入功率(lv)(lv)因(yin)數提高到接近1，輸(shu)(shu)入電(dian)流(liu)諧波(bo)成(cheng)份也(ye)會大幅度降低；

·在市電存在時，由于兩個逆(ni)變器(qi)都承(cheng)擔100%的負載(zai)功率，所(suo)以(yi)(yi)(yi)整機效率低，10KVA以(yi)(yi)(yi)下的UPS為80%左(zuo)右，50 KVA的可達85-90%，100 KVA以(yi)(yi)(yi)上的可達90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是由美國APC Silcon首(shou)先(xian)提出并在(zai)三相(xiang)大功(gong)率(lv)UPS中(zhong)形成產品的(de)(de)，同樣是雙逆變(bian)電(dian)路結構(gou)，同樣是在(zai)線工作，但是，由于它成功(gong)地把(ba)交流穩壓技術中(zhong)的(de)(de)電(dian)壓補(bu)償原理用(yong)到了UPS的(de)(de)主電(dian)路中(zhong)，相(xiang)對雙逆變(bian)在(zai)線式UPS，Silcon DP300E系列大功(gong)率(lv)UPS在(zai)適應(ying)電(dian)網環境并且不干擾破壞電(dian)網、在(zai)輸(shu)出能(neng)力和可靠性(xing)等(deng)多項UPS主要指標方面都有(you)了新的(de)(de)突破。APC Silcon稱此電(dian)路結構(gou)為Delta逆變(bian)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(yi)：對UPS輸(shu)入(ru)端(duan)進行(xing)輸(shu)入(ru)功率因(yin)數補償(chang)，并抑制(zhi)輸(shu)入(ru)電流諧波；

第(di)二：與(yu)逆(ni)變（Ⅱ）一起，完成對輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)的(de)補償(chang)，當輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)高于輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu) 電(dian)壓(ya)(ya)額定(ding)值時，逆(ni)變器（Ⅰ）吸收(shou)功率，反(fan)極性(xing)補償(chang)輸(shu)(shu)入輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)差值，當輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)低于輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)壓(ya)(ya)額定(ding)值時，逆(ni)變器（Ⅰ）輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)功率，正(zheng)極性(xing)補償(chang)輸(shu)(shu)入輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)差值；

第三：與逆變器（Ⅱ）一起(qi)完成對電池的(de)充(chong)電和浮充(chong)功能(neng)。

·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(yi)：同逆變器（Ⅰ）一(yi)起，完成(cheng)對(dui)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)電壓差值的(de)補償；

第二：同逆變器（Ⅰ）一起(qi)完成對電(dian)(dian)池(chi)的充電(dian)(dian)和電(dian)(dian)壓浮充功能；

第(di)三：隨(sui)時監測輸出電(dian)壓(ya)(ya)，保證輸出電(dian)壓(ya)(ya)的(de)穩(wen)定，對輸出電(dian)壓(ya)(ya)波(bo)形(xing)失(shi)真和(he)輸出電(dian)流(liu)諧波(bo)成份進行(xing)補償，使其不(bu)對電(dian)網產(chan)生影(ying)響(xiang)；

第四：當市(shi)電掉電時，全部輸出功率由逆變器(qi)（Ⅱ）給(gei)出，并(bing)且保證輸出電壓不間斷(duan)，轉換(huan)時間為零。

是雙逆變電壓補償在線式UPS在各種情(qing)況下電流和功(gong)率傳輸示意(yi)圖（這里假定UPS效(xiao)率為100%）

雙逆變電壓補償在線式的性能特點如下：

因為(wei)逆(ni)變器（Ⅱ）隨時監視控(kong)制輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)，并通過逆(ni)變（Ⅰ）參與主(zhu)回路電(dian)壓(ya)的(de)調整(zheng)，所(suo)以(yi)不管市電(dian)有無，都可以(yi)向負載提供高質量的(de)電(dian)源(yuan)，例(li)如(ru)輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)度、頻率(lv)穩(wen)定(ding)度、輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)動態響應(ying)、波形失真等指標(biao)，都是比較高的(de)。

市電掉(diao)電時，輸出電壓不受(shou)響應，沒有轉換時間。并且，當負載電流發(fa)生畸變(bian)時，也由逆變(bian)器(qi)（Ⅱ）調(diao)整(zheng)補(bu)償掉(diao)，所以(yi)是典型的在線工作方(fang)式。

當(dang)市電(dian)(dian)存在時，逆(ni)變器(qi)（Ⅰ）和(he)（Ⅱ）只對(dui)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)與輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)的差值進(jin)行(xing)調整和(he)補償，逆(ni)變器(qi)承擔的最大功(gong)率(lv)（當(dang)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)處(chu)于上(shang)限和(he)下限時）僅為輸(shu)(shu)(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的20%（相當(dang)于輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)變化范(fan)圍），所以(yi)功(gong)率(lv)強(qiang)度很小（1/5），功(gong)率(lv)余量(liang)大，這就大大增強(qiang)了(le)UPS的輸(shu)(shu)(shu)出(chu)能力，與雙逆(ni)變在線(xian)式相比，過(guo)載能力增強(qiang)（200%,1分鐘），不再對(dui)負載電(dian)(dian)流波峰(feng)系(xi)數(shu)予以(yi)限制，可從容地對(dui)付沖擊性負載，不再對(dui)負載功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)進(jin)行(xing)限制，輸(shu)(shu)(shu)出(chu)有功(gong)功(gong)率(lv)可以(yi)等于標定(ding)的KVA值。

·逆變器(qi)（Ⅰ）同(tong)時完成了對輸入端的功(gong)率(lv)因數(shu)校正功(gong)能，使輸入功(gong)率(lv)因數(shu)等(deng)于1，輸入諧(xie)波電流降到(dao)3%以下(xia)。

在市電存(cun)在時(shi)，由于兩個逆變器承擔的最大(da)功率僅為輸出功率的1/5，所以整機效(xiao)率在很大(da)的功率范圍內(nei)都可達到96%。

在市電存在的情況下（UPS連續(xu)運行時(shi)間的99%是有市電的），逆變(bian)器功率強度僅為設計值（逆變(bian)器Ⅱ）的1/5，所以元器件乃至整機的壽(shou)命(ming)和可靠(kao)性必然大(da)幅度提高。