ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電(dian)(dian)(dian)(dian)（220V）通過可(ke)調充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)向蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)，同時(shi)自啟動(dong)繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)K1吸(xi)(xi)合，R1與(yu)VZ1、VZ2對蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)+24V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)進(jin)行分壓(ya)采樣，采樣電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)Vo通過R2、VD3加到(dao)V1基極，使V1處于線性放大狀態，V2、V3深度飽和，直流(liu)控制(zhi)繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)K吸(xi)(xi)合，+24V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)通過K、K1送(song)至逆變器(qi)(qi)V+端，逆變器(qi)(qi)工作，輸出220V正弦波電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)，同時(shi)自鎖繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)K2吸(xi)(xi)合。

當市電斷(duan)電時(shi)(shi)，K1斷(duan)開(kai)，初時(shi)(shi)輸人電壓+24V不變(bian)，K繼續(xu)吸合(he)，由于K2的自(zi)鎖(suo)作用(yong)，+24V仍正常送至逆變(bian)器(qi)。經一(yi)段時(shi)(shi)間后，電池(chi)電壓開(kai)始下降(jiang)，Vo跟(gen)著下降(jiang)，V1導通減弱，V2升高；當嘰(ji)升高至一(yi)定值（即蓄電池(chi)電壓下降(jiang)至22V）后，V2退出飽和進人線(xian)性放大，V3迅速下降(jiang);V3通過R7反饋至V1基極(ji)，使得V2繼續(xu)升高，形(xing)成一(yi)個雪(xue)崩過程。

V2、V3迅速(su)截止，K斷開(kai)(kai)，蓄電(dian)(dian)池(chi)送至逆變(bian)器(qi)的(de)+24V直流被切斷，逆變(bian)器(qi)停止工(gong)作(zuo)，同(tong)時K2斷開(kai)(kai)。逆變(bian)器(qi)停止工(gong)作(zuo)后，由(you)于蓄電(dian)(dian)池(chi)內電(dian)(dian)動勢的(de)作(zuo)用，蓄電(dian)(dian)池(chi)很快恢復24V電(dian)(dian)壓(ya)，與(yu)常態一樣(yang)，V2、V3飽和，K吸合。

但(dan)由于此時K1、K2均斷開，+24V無法到達(da)逆(ni)變(bian)器(qi)，逆(ni)變(bian)器(qi)不工(gong)作，從而保護了(le)蓄電(dian)池。只有當市電(dian)恢復(fu)正常后，K1吸合，逆(ni)變(bian)器(qi)才能(neng)工(gong)作，此時充電(dian)器(qi)已向蓄電(dian)池充電(dian)。

調整(zheng)R1可(ke)在市電(dian)(dian)斷電(dian)(dian)時(shi)(shi)校準蓄電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)下限保(bao)護起控(kong)值，亦同時(shi)(shi)調整(zheng)市電(dian)(dian)斷電(dian)(dian)時(shi)(shi)UPS的最長工作時(shi)(shi)間。

元器(qi)件選擇(ze)：充(chong)電(dian)器(qi)選用(yong)市售24～12V/50A可調(diao)充(chong)電(dian)器(qi)；逆變器(qi)選用(yong)功率500V·A、直流(liu)(liu)工(gong)作電(dian)壓為(wei)24V逆變器(qi)；蓄(xu)電(dian)池選用(yong)兩個12.80A·h鉛蓄(xu)電(dian)池串接；交流(liu)(liu)繼電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)220V/10A；直流(liu)(liu)繼電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)24V/20A。

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UPS電路結構種類

當前技(ji)術成熟并已形成產(chan)品(pin)的各(ge)種UPS，就其主電路結構和不停電供電運行機制(zhi)來看，主要有幾(ji)大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆(ni)變(bian)電壓(ya)補償在線式（逆(ni)變(bian)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(dian)器：市電(dian)存在時(shi)(shi)，對蓄電(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)并浮(fu)充(chong)(chong)，如(ru)果(guo)是(shi)長延時(shi)(shi)UPS，就要求它(ta)有(you)較強的(de)充(chong)(chong)電(dian)能(neng)力，或者外加(jia)相應容量(liang)的(de)附加(jia)充(chong)(chong)電(dian)器。

DC-AC逆(ni)變(bian)(bian)器：市電(dian)存在時(shi)(shi)，逆(ni)變(bian)(bian)器不工作；市電(dian)掉(diao)電(dian)時(shi)(shi)，由(you)它(ta)將直流(liu)電(dian)壓（電(dian)池供給）變(bian)(bian)成(cheng)符合負載要求的交流(liu)電(dian)壓，電(dian)壓波(bo)(bo)形(xing)有方波(bo)(bo)、準方波(bo)(bo)、正弦波(bo)(bo)三種形(xing)式。

輸(shu)出轉換開(kai)關(guan)：市(shi)電(dian)存(cun)在時(shi)，接通輸(shu)入電(dian)源向負載供(gong)(gong)電(dian)；市(shi)電(dian)掉電(dian)時(shi)，斷開(kai)電(dian)網，接通逆變器，繼續(xu)向負載供(gong)(gong)電(dian)。 智能調(diao)壓：市(shi)電(dian)存(cun)在時(shi)，可調(diao)節穩(wen)定(ding)輸(shu)出電(dian)壓。

后備式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效(xiao)率(lv)高(gao)，可(ke)達98%以上；

·當市(shi)電存在時，輸(shu)入功(gong)率(lv)(lv)因(yin)數和輸(shu)入電流諧波取(qu)決于負(fu)載電流，UPS本身(shen)不(bu) 產生附加輸(shu)入功(gong)率(lv)(lv)因(yin)數和諧波電流失真；

·當(dang)市電(dian)存在時，輸出(chu)能(neng)力強，對負載電(dian)流(liu)波峰系數、浪(lang)涌電(dian)流(liu)系數、輸出(chu)功率因數、過載等沒有嚴格地(di)限制；

·市電掉電時，輸出有轉(zhuan)換(huan)時間,一般可(ke)做到4ms左右(you),足以滿足負載要(yao)求；

·當(dang)市電存(cun)在時，輸出電壓穩定精(jing)度差，但能滿足負載要求；

·當(dang)市(shi)電存在時，整(zheng)機要靠附加(jia)濾波電路提高(gao)UPS雙向抗干擾功能(neng)；

·電(dian)路簡單，成本低，可靠性高；

·由于輸出有轉換(huan)開關(guan)，受切換(huan)電流能力和動作時間的限(xian)制，UPS輸出功率做大(da)有一定(ding)困(kun)難，當前面市(shi)的后(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(ru)開(kai)(kai)關(guan)：當(dang)市電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時（指(zhi)電(dian)(dian)網失壓），斷開(kai)(kai)開(kai)(kai)關(guan)，防止逆變(bian)器向電(dian)(dian)網饋電(dian)(dian)；

·智(zhi)能調壓(ya)：市電存在時，可調節(jie)穩定輸出電壓(ya)；

·DC/AC逆(ni)(ni)變(bian)(bian)器：此逆(ni)(ni)變(bian)(bian)器可雙向(xiang)(xiang)逆(ni)(ni)變(bian)(bian)，當市電(dian)(dian)存在時(shi)，逆(ni)(ni)變(bian)(bian)方向(xiang)(xiang)是AC- DC, 給(gei)電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)并浮充；市電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)后，逆(ni)(ni)變(bian)(bian)方向(xiang)(xiang)為(wei)DC-AC，由電(dian)(dian)池供(gong)電(dian)(dian)，保持(chi)UPS繼續向(xiang)(xiang)負載供(gong)電(dian)(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電存在時(shi)，效(xiao)率高，可達98%以上；

·當市(shi)電(dian)存(cun)在時，輸入功率因數和輸入電(dian)流諧(xie)波(bo)成份取決于負載 電(dian)流，UPS本 身不產生附加輸入功率因數和諧(xie)波(bo)電(dian)流失真；

·當(dang)市(shi)電(dian)存在時(shi)，輸(shu)出(chu)能力強，對負載電(dian)流峰值系(xi)數、浪(lang)涌電(dian)流系(xi)數、輸(shu)出(chu)功率 因數、過載等沒(mei)有(you)嚴(yan)格地限制；

·市(shi)電掉電時(shi)，因為輸入(ru)開關存在(zai)開斷時(shi)間(jian)，至使UPS輸出仍有(you)轉換(huan)時(shi)間(jian)，但比后備(bei)式要(yao)小；

·市(shi)電存在(zai)時，輸出電壓穩定精度差，但能(neng)滿足負載要求；

·市電存在(zai)(zai)時，因(yin)為逆變器直接接在(zai)(zai)輸出(chu)端，并且處(chu)在(zai)(zai)熱(re)備份狀況(kuang)，對(dui)輸出(chu)電壓尖峰干擾(rao)有濾波作用；

·電路更簡單(dan)，成本(ben)低，可靠性高(gao)；

·逆變(bian)器同時有(you)充電(dian)功能，省掉了后(hou)備式UPS的(de)附加充電(dian)器，其充電(dian)能力要比(bi)附加充電(dian)器強的(de)多，當要求長延時供電(dian)時，無須(xu)再增加機外(wai)充電(dian)設備；

·由(you)于逆變器與輸(shu)出(chu)直接(jie)接(jie)在(zai)一(yi)起，沒(mei)有轉換開關的限制(zhi)，所以輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)可提高(gao)到5-10KVA。

為(wei)了進一步改善在線(xian)互動式的(de)功能，可在輸(shu)入(ru)開(kai)關(guan)和(he)智能調(diao)壓(ya)之間(jian)(jian)串(chuan)接一個電(dian)(dian)感(gan)，目的(de)在于當市電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)時(shi)，逆(ni)(ni)變(bian)器可立(li)即向負載供電(dian)(dian)，因為(wei)串(chuan)聯電(dian)(dian)感(gan)對逆(ni)(ni)變(bian)輸(shu)出(chu)反饋(kui)到電(dian)(dian)網(wang)的(de)電(dian)(dian)流有很強的(de)抑(yi)制作用(yong)，避(bi)免了輸(shu)入(ru)開(kai)關(guan)未斷開(kai)時(shi)短路(lu)逆(ni)(ni)變(bian)器輸(shu)出(chu)的(de)危險，這(zhe)樣(yang)做可以使在線(xian)互動式的(de)轉(zhuan)換時(shi)間(jian)(jian)減小(xiao)到零(ling)，使其完(wan)全具(ju)備雙(shuang)逆(ni)(ni)變(bian)在線(xian)式的(de)轉(zhuan)換功能，同時(shi)還(huan)增加了整個UPS的(de)抗(kang)干擾能力。但是，這(zhe)樣(yang)做卻帶來了降低UPS輸(shu)入(ru)功率(lv)因數的(de)不良(liang)后果。

3、 雙逆變在線式

當前，絕大多數在(zai)(zai)線式，特別是大功率在(zai)(zai)線式UPS，大都采用了雙逆變電路結構(gou)。

·逆(ni)(ni)變(bian)器（Ⅰ）：該逆(ni)(ni)變(bian)器為AC-DC單向(xiang)(xiang)逆(ni)(ni)變(bian)，當市電存在時(shi)，它(ta)完成對電池的充電，并通過逆(ni)(ni)變(bian)器（Ⅱ）向(xiang)(xiang)負載供電，該逆(ni)(ni)變(bian)器多為整(zheng)流(liu)或可控整(zheng)流(liu)電路；

·逆變(bian)器(qi)（Ⅱ）：該逆變(bian)器(qi)為DC-AC單向(xiang)逆變(bian)，當(dang)市電存在時，它(ta)由逆變(bian)（Ⅰ）取得(de)功率后再送到輸出端，并保證向(xiang)負(fu)載(zai)提(ti)供高質(zhi)量的電源；當(dang)市電掉電時，由電池通過逆變(bian)器(qi)（Ⅱ）向(xiang)負(fu)載(zai)供電；

·旁(pang)路(lu)開(kai)關(guan)：平時(shi)處在(zai)斷開(kai)狀態，當逆變電路(lu)發生故障，或者當負載(zai)有沖(chong)擊性（例如啟動負載(zai)時(shi)）或故障過載(zai)時(shi)，逆變器停(ting)止輸出，旁(pang)路(lu)開(kai)關(guan)接通(tong)，由電網直(zhi)接向(xiang)負載(zai)供(gong)電，旁(pang)路(lu)開(kai)關(guan)多為智(zhi)能型的(de)功率(lv)容量(liang)很(hen)強的(de)無(wu)觸點開(kai)關(guan)。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為(wei)不管市電(dian)有無，負載的全部功率(lv)都由逆(ni)變器給出，所以可以向負載提(ti)供(gong)高(gao)(gao)質量的電(dian)源，例如輸(shu)出電(dian)壓(ya)穩(wen)定精度、頻率(lv)穩(wen)定度、輸(shu)出電(dian)壓(ya)動態響(xiang)應、波(bo)形失(shi)真度等指標(biao)，都是(shi)比(bi)較(jiao)高(gao)(gao)的；

·市電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)時，輸出電(dian)(dian)壓不受任何影響，沒(mei)有(you)轉換時間；

·因為(wei)無論市電有(you)無，全部負(fu)載(zai)功率都由(you)逆變(bian)器供出(chu)(chu)(chu)，UPS的功率余(yu)量有(you)限，輸(shu)出(chu)(chu)(chu)能(neng)力不理想，所(suo)以(yi)對負(fu)載(zai)提(ti)出(chu)(chu)(chu)限制條(tiao)件，例如輸(shu)出(chu)(chu)(chu)電流峰值系數(shu)（一(yi)般(ban)只達到3:1）、過(guo)載(zai)能(neng)力、輸(shu)出(chu)(chu)(chu)功率因數(shu)（一(yi)般(ban)為(wei)0.8）、輸(shu)出(chu)(chu)(chu)有(you)功功率小(xiao)于標定的KVA數(shu)，應(ying)付沖擊性負(fu)載(zai)的能(neng)力等(deng)；

·由于(yu)逆變器（Ⅰ）多(duo)為整流(liu)電(dian)(dian)路，對電(dian)(dian)網形成電(dian)(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)干(gan)擾(rao)，輸入(ru)(ru)功(gong)率因(yin)數(shu)低(di)(di)，經濾波(bo)后，最小的諧(xie)波(bo)電(dian)(dian)流(liu)成份(fen)在10%左(zuo)右，而(er)輸入(ru)(ru)功(gong)率因(yin)數(shu)只(zhi)有0.8左(zuo)右，如果在逆變器（Ⅰ）中使用功(gong)率因(yin)數(shu)校(xiao)正技術，則(ze)可把(ba)輸入(ru)(ru)功(gong)率因(yin)數(shu)提高到接近1，輸入(ru)(ru)電(dian)(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)成份(fen)也會(hui)大幅(fu)度降低(di)(di)；

·在(zai)市電(dian)存在(zai)時(shi)，由于兩個逆變(bian)器都承擔100%的(de)負載功率(lv)，所以(yi)整機(ji)效率(lv)低，10KVA以(yi)下的(de)UPS為80%左右，50 KVA的(de)可(ke)達85-90%，100 KVA以(yi)上的(de)可(ke)達90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是(shi)由美國APC Silcon首(shou)先(xian)提出并(bing)在(zai)(zai)(zai)三相(xiang)大(da)功(gong)率UPS中(zhong)形成(cheng)產(chan)品的(de)，同(tong)樣是(shi)雙逆變(bian)電(dian)路(lu)結(jie)構，同(tong)樣是(shi)在(zai)(zai)(zai)線工作(zuo)，但是(shi)，由于它成(cheng)功(gong)地(di)把交流(liu)穩壓(ya)技術中(zhong)的(de)電(dian)壓(ya)補償(chang)原(yuan)理用到了UPS的(de)主(zhu)電(dian)路(lu)中(zhong)，相(xiang)對雙逆變(bian)在(zai)(zai)(zai)線式UPS，Silcon DP300E系列大(da)功(gong)率UPS在(zai)(zai)(zai)適應(ying)電(dian)網環(huan)境并(bing)且不干(gan)擾破(po)壞(huai)電(dian)網、在(zai)(zai)(zai)輸(shu)出能力(li)和可靠性(xing)等多項UPS主(zhu)要指標方(fang)面都有了新(xin)的(de)突破(po)。APC Silcon稱(cheng)此電(dian)路(lu)結(jie)構為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：對(dui)UPS輸(shu)(shu)入端進行輸(shu)(shu)入功率因數補償，并抑制輸(shu)(shu)入電流(liu)諧波；

第二：與逆變（Ⅱ）一起，完成(cheng)對輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)(ru)電(dian)壓(ya)的(de)補償，當輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)(ru)電(dian)壓(ya)高(gao)于輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu) 電(dian)壓(ya)額定值(zhi)時(shi)，逆變器（Ⅰ）吸收功率，反極性(xing)補償輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)(ru)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)，當輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)(ru)電(dian)壓(ya)低于輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)額定值(zhi)時(shi)，逆變器（Ⅰ）輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)功率，正極性(xing)補償輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)(ru)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)；

第三：與逆(ni)變(bian)器（Ⅱ）一起完(wan)成對(dui)電池(chi)的充(chong)電和(he)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(yi)：同逆變器（Ⅰ）一(yi)起，完(wan)成對輸入輸出電壓(ya)差值(zhi)的(de)補償；

第(di)二：同逆(ni)變器(qi)（Ⅰ）一起完成對電(dian)池的充(chong)電(dian)和(he)電(dian)壓浮充(chong)功能；

第三(san)：隨時監測(ce)輸出電壓，保(bao)證輸出電壓的穩定，對輸出電壓波(bo)形失真(zhen)和輸出電流諧波(bo)成(cheng)份進行(xing)補償(chang)，使其不對電網(wang)產生影響；

第四：當市電掉電時(shi)(shi)，全部輸出(chu)功率由逆(ni)變器（Ⅱ）給出(chu)，并且保證輸出(chu)電壓不間斷，轉換時(shi)(shi)間為零。

是雙逆變電壓(ya)補償在線(xian)式(shi)UPS在各種情況下電流和(he)功(gong)率傳輸示意圖（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：

因為逆變器（Ⅱ）隨時監視控制輸出(chu)電(dian)壓(ya)，并(bing)通過逆變（Ⅰ）參與主(zhu)回路電(dian)壓(ya)的(de)調整，所以不管市電(dian)有無，都可以向(xiang)負載提供高質量的(de)電(dian)源(yuan)，例如輸出(chu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定度(du)、頻率(lv)穩(wen)定度(du)、輸出(chu)電(dian)壓(ya)動態響(xiang)應、波形(xing)失真等指標，都是比(bi)較高的(de)。

市(shi)電(dian)掉電(dian)時(shi)(shi)，輸出電(dian)壓不受響應，沒有轉(zhuan)換時(shi)(shi)間。并且，當負載電(dian)流發生畸變時(shi)(shi)，也(ye)由(you)逆變器（Ⅱ）調(diao)整補償(chang)掉，所以(yi)是典(dian)型的(de)在線工作方式(shi)。

當市(shi)電(dian)存(cun)在時(shi)，逆變器(qi)（Ⅰ）和（Ⅱ）只對輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)壓與輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓的(de)差(cha)值(zhi)進(jin)(jin)行調整和補償，逆變器(qi)承擔的(de)最(zui)大功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)（當輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)壓處于(yu)(yu)上限(xian)(xian)和下限(xian)(xian)時(shi)）僅為輸(shu)(shu)(shu)出(chu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)20%（相(xiang)當于(yu)(yu)輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)壓變化(hua)范圍），所以(yi)(yi)功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)強度很小（1/5），功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)余量大，這就大大增(zeng)強了UPS的(de)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)能(neng)力(li)，與雙逆變在線式相(xiang)比，過(guo)載(zai)(zai)能(neng)力(li)增(zeng)強（200%,1分(fen)鐘），不再(zai)對負載(zai)(zai)電(dian)流波(bo)峰系數(shu)予以(yi)(yi)限(xian)(xian)制，可從容地對付沖擊性負載(zai)(zai)，不再(zai)對負載(zai)(zai)功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)因數(shu)進(jin)(jin)行限(xian)(xian)制，輸(shu)(shu)(shu)出(chu)有功(gong)功(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)可以(yi)(yi)等于(yu)(yu)標定的(de)KVA值(zhi)。

·逆變器(qi)（Ⅰ）同時(shi)完成了對輸(shu)入(ru)端的功率(lv)因數校(xiao)正功能，使輸(shu)入(ru)功率(lv)因數等于1，輸(shu)入(ru)諧波電流降(jiang)到3%以下。

在市電(dian)存在時，由于兩個逆變器承擔的最大功率(lv)僅(jin)為輸(shu)出功率(lv)的1/5，所以整機效率(lv)在很大的功率(lv)范圍內(nei)都可(ke)達到96%。

在市電存在的情況下（UPS連(lian)續運行時(shi)間的(de)99%是有市電的(de)），逆變器(qi)功率強度僅為(wei)設計(ji)值（逆變器(qi)Ⅱ）的(de)1/5，所以元器(qi)件(jian)乃至(zhi)整(zheng)機的(de)壽命和可靠性必然大幅度提高。