ups不間斷電源電路工作原理

常(chang)態(tai)下，市電(dian)(dian)（220V）通過(guo)可調(diao)充(chong)電(dian)(dian)器(qi)向蓄電(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)，同時自(zi)啟動繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K1吸(xi)合(he)，R1與VZ1、VZ2對(dui)蓄電(dian)(dian)池+24V電(dian)(dian)壓(ya)(ya)進(jin)行(xing)分壓(ya)(ya)采(cai)樣，采(cai)樣電(dian)(dian)壓(ya)(ya)Vo通過(guo)R2、VD3加到V1基極，使V1處于線(xian)性放大狀態(tai)，V2、V3深(shen)度飽和(he)，直流控制繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K吸(xi)合(he)，+24V電(dian)(dian)壓(ya)(ya)通過(guo)K、K1送至逆(ni)變器(qi)V+端，逆(ni)變器(qi)工作，輸出220V正(zheng)弦波電(dian)(dian)壓(ya)(ya)，同時自(zi)鎖繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K2吸(xi)合(he)。

當市(shi)電斷電時(shi)，K1斷開，初時(shi)輸人電壓+24V不變，K繼續吸合，由于K2的(de)自(zi)鎖作用(yong)，+24V仍正常(chang)送至逆變器。經一段時(shi)間后，電池電壓開始下(xia)(xia)降，Vo跟著下(xia)(xia)降，V1導通減(jian)弱，V2升高；當嘰升高至一定(ding)值（即蓄電池電壓下(xia)(xia)降至22V）后，V2退出飽和進人線性(xing)放大，V3迅(xun)速下(xia)(xia)降;V3通過R7反(fan)饋至V1基極，使得V2繼續升高，形成一個雪崩過程。

V2、V3迅(xun)速截止，K斷(duan)開，蓄電(dian)(dian)池送至逆變器(qi)的+24V直流被(bei)切(qie)斷(duan)，逆變器(qi)停(ting)止工作，同時K2斷(duan)開。逆變器(qi)停(ting)止工作后，由(you)于(yu)蓄電(dian)(dian)池內電(dian)(dian)動勢的作用，蓄電(dian)(dian)池很快恢復24V電(dian)(dian)壓，與常態一樣，V2、V3飽和，K吸合。

但由于此時(shi)(shi)K1、K2均斷(duan)開，+24V無法(fa)到達逆(ni)變器(qi)(qi)(qi)，逆(ni)變器(qi)(qi)(qi)不(bu)工(gong)作(zuo)(zuo)，從而保護了蓄電池。只有當市(shi)電恢復正(zheng)常后，K1吸合，逆(ni)變器(qi)(qi)(qi)才(cai)能工(gong)作(zuo)(zuo)，此時(shi)(shi)充(chong)電器(qi)(qi)(qi)已向蓄電池充(chong)電。

調整R1可(ke)在市電斷電時(shi)校準蓄電池電壓(ya)下限保護起控值(zhi)，亦同時(shi)調整市電斷電時(shi)UPS的最(zui)長(chang)工作時(shi)間(jian)。

元(yuan)器(qi)件(jian)選(xuan)(xuan)擇：充電器(qi)選(xuan)(xuan)用市售24～12V/50A可調充電器(qi)；逆(ni)變器(qi)選(xuan)(xuan)用功率(lv)500V·A、直流工作(zuo)電壓(ya)為24V逆(ni)變器(qi)；蓄電池選(xuan)(xuan)用兩(liang)個(ge)12.80A·h鉛蓄電池串接；交流繼電器(qi)規格為220V/10A；直流繼電器(qi)規格為24V/20A。

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UPS電路結構種類

當前技術成熟并已形成產品的各種UPS，就(jiu)其主(zhu)電(dian)路結構和不停(ting)電(dian)供電(dian)運行機(ji)制來看(kan)，主(zhu)要有(you)幾大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙(shuang)逆(ni)變(bian)電壓(ya)補償在線式（逆(ni)變(bian)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(dian)(dian)(dian)器：市(shi)電(dian)(dian)(dian)存在時(shi)，對蓄電(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)并浮充(chong)(chong)，如(ru)果是長延時(shi)UPS，就要求它有較強的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)能力(li)，或(huo)者外加相應容量的(de)附加充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器。

DC-AC逆(ni)變(bian)器：市電(dian)存在時(shi)，逆(ni)變(bian)器不工作；市電(dian)掉電(dian)時(shi)，由(you)它將直流電(dian)壓(ya)（電(dian)池(chi)供給）變(bian)成符合(he)負載(zai)要求的交(jiao)流電(dian)壓(ya)，電(dian)壓(ya)波形有方波、準方波、正弦波三(san)種形式。

輸出轉換開關(guan)：市電(dian)(dian)存(cun)在時(shi)，接通輸入電(dian)(dian)源向負(fu)(fu)載供電(dian)(dian)；市電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，斷開電(dian)(dian)網(wang)，接通逆變器，繼續向負(fu)(fu)載供電(dian)(dian)。 智能(neng)調壓(ya)：市電(dian)(dian)存(cun)在時(shi)，可調節(jie)穩定輸出電(dian)(dian)壓(ya)。

后備式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效(xiao)率(lv)高，可達98%以上；

·當(dang)市電(dian)存在時，輸(shu)入功(gong)率因(yin)(yin)數和輸(shu)入電(dian)流(liu)諧波取決(jue)于(yu)負載電(dian)流(liu)，UPS本身不 產生附加輸(shu)入功(gong)率因(yin)(yin)數和諧波電(dian)流(liu)失真；

·當(dang)市電存在時(shi)，輸出能力(li)強，對負載(zai)電流波峰系(xi)數(shu)、浪涌電流系(xi)數(shu)、輸出功率因數(shu)、過載(zai)等沒有嚴格地限制；

·市電(dian)掉(diao)電(dian)時(shi)，輸出有(you)轉換(huan)時(shi)間,一般可做到4ms左右,足以滿足負載(zai)要求；

·當市電存在時，輸出電壓穩定精度差，但能滿足(zu)負載要求(qiu)；

·當市電存在(zai)時，整機要靠附加濾(lv)波電路(lu)提高(gao)UPS雙向抗(kang)干擾功能；

·電路(lu)簡單(dan)，成(cheng)本低，可靠性高；

·由于輸出(chu)有(you)轉換(huan)開關，受切換(huan)電(dian)流能力和動作時(shi)間的限制，UPS輸出(chu)功率做(zuo)大(da)有(you)一(yi)定困難，當前面(mian)市的后備式UPS多在(zai)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(guan)(guan)：當市(shi)電掉(diao)電時（指電網失壓），斷開開關(guan)(guan)，防止逆變器向(xiang)電網饋電；

·智能調(diao)壓：市電存在時(shi)，可調(diao)節穩定(ding)輸出電壓；

·DC/AC逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)：此逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)可雙向逆(ni)變(bian)(bian)，當市(shi)電(dian)(dian)存在時，逆(ni)變(bian)(bian)方向是AC- DC, 給電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)并浮(fu)充；市(shi)電(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)后，逆(ni)變(bian)(bian)方向為DC-AC，由(you)電(dian)(dian)池(chi)供(gong)電(dian)(dian)，保持UPS繼續向負(fu)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(yi)上；

·當(dang)市(shi)電存在時，輸(shu)入功率因數和輸(shu)入電流(liu)(liu)諧(xie)波(bo)成(cheng)份(fen)取決于負載 電流(liu)(liu)，UPS本 身不產生附(fu)加輸(shu)入功率因數和諧(xie)波(bo)電流(liu)(liu)失真；

·當市電(dian)(dian)存在時(shi)，輸出能力強，對(dui)負載(zai)(zai)電(dian)(dian)流峰值系數、浪涌電(dian)(dian)流系數、輸出功率 因(yin)數、過載(zai)(zai)等沒有嚴格(ge)地限制；

·市電(dian)掉電(dian)時，因為(wei)輸(shu)入開關存在開斷時間(jian)，至使UPS輸(shu)出(chu)仍有轉換時間(jian)，但比(bi)后備式要小；

·市(shi)電(dian)存在時，輸出電(dian)壓(ya)穩定精度(du)差，但能滿足負載要(yao)求；

·市(shi)電(dian)存在時，因為(wei)逆變(bian)器直接接在輸出端，并且處(chu)在熱備份狀況，對(dui)輸出電(dian)壓尖峰干擾有濾波作用；

·電路更簡單，成本低，可(ke)靠性高；

·逆變(bian)器同時有充電(dian)(dian)功能，省掉了(le)后(hou)備(bei)式UPS的附加(jia)充電(dian)(dian)器，其(qi)充電(dian)(dian)能力要比附加(jia)充電(dian)(dian)器強的多，當要求長延時供電(dian)(dian)時，無須再增(zeng)加(jia)機外充電(dian)(dian)設備(bei)；

·由于逆(ni)變(bian)器與輸(shu)(shu)出直接接在一起，沒有轉換開(kai)關(guan)的限制，所以輸(shu)(shu)出功率可提(ti)高(gao)到5-10KVA。

為(wei)了進一步(bu)改善(shan)在(zai)(zai)線(xian)(xian)互動式的功能，可在(zai)(zai)輸入(ru)開(kai)關和(he)智能調壓(ya)之間(jian)(jian)串接一個電(dian)(dian)(dian)感(gan)，目的在(zai)(zai)于當市電(dian)(dian)(dian)掉電(dian)(dian)(dian)時(shi)，逆(ni)變(bian)器(qi)可立(li)即(ji)向負載(zai)供電(dian)(dian)(dian)，因為(wei)串聯(lian)電(dian)(dian)(dian)感(gan)對逆(ni)變(bian)輸出(chu)反饋到電(dian)(dian)(dian)網的電(dian)(dian)(dian)流有很強的抑(yi)制作用，避(bi)免了輸入(ru)開(kai)關未斷開(kai)時(shi)短路逆(ni)變(bian)器(qi)輸出(chu)的危險，這(zhe)樣(yang)做可以使在(zai)(zai)線(xian)(xian)互動式的轉換(huan)時(shi)間(jian)(jian)減小到零，使其完全具備雙逆(ni)變(bian)在(zai)(zai)線(xian)(xian)式的轉換(huan)功能，同時(shi)還增(zeng)加了整個UPS的抗干擾能力(li)。但是，這(zhe)樣(yang)做卻帶來了降低(di)UPS輸入(ru)功率(lv)因數的不良后果。

3、 雙逆變在線式

當(dang)前，絕大多數在(zai)(zai)線(xian)式(shi)，特(te)別是大功率在(zai)(zai)線(xian)式(shi)UPS，大都采用了(le)雙(shuang)逆(ni)變電(dian)路結構。

·逆變(bian)(bian)(bian)器(qi)（Ⅰ）：該逆變(bian)(bian)(bian)器(qi)為(wei)AC-DC單向逆變(bian)(bian)(bian)，當市電(dian)存在時，它完成對電(dian)池的充電(dian)，并通過逆變(bian)(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）向負載供電(dian)，該逆變(bian)(bian)(bian)器(qi)多(duo)為(wei)整(zheng)流或可(ke)控整(zheng)流電(dian)路(lu)；

·逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)（Ⅱ）：該逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)為DC-AC單向(xiang)逆(ni)變(bian)，當(dang)市(shi)電存(cun)在時，它(ta)由逆(ni)變(bian)（Ⅰ）取得功率后(hou)再送到輸出端(duan)，并(bing)保證向(xiang)負載(zai)(zai)提供高質量的電源(yuan)；當(dang)市(shi)電掉(diao)電時，由電池通過逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)（Ⅱ）向(xiang)負載(zai)(zai)供電；

·旁(pang)路開(kai)關：平時(shi)處在斷(duan)開(kai)狀態，當逆(ni)變(bian)電路發生故障，或者當負載(zai)有沖擊(ji)性（例如啟動(dong)負載(zai)時(shi)）或故障過載(zai)時(shi)，逆(ni)變(bian)器(qi)停止輸(shu)出，旁(pang)路開(kai)關接通，由電網直接向負載(zai)供電，旁(pang)路開(kai)關多為(wei)智(zhi)能(neng)型的(de)功(gong)率容量很強的(de)無觸點開(kai)關。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因(yin)為(wei)不管市電(dian)有無，負載的(de)全部功率(lv)都由逆變器(qi)給出(chu)，所以可以向(xiang)負載提供高(gao)質量的(de)電(dian)源，例(li)如輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)穩定精度(du)、頻率(lv)穩定度(du)、輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)動態(tai)響(xiang)應、波形失真度(du)等指標(biao)，都是(shi)比(bi)較高(gao)的(de)；

·市(shi)電掉電時(shi)，輸出電壓(ya)不受(shou)任何(he)影響，沒有轉換(huan)時(shi)間；

·因為無論市(shi)電有(you)無，全(quan)部負載(zai)功(gong)率(lv)都由逆變器(qi)供出(chu)，UPS的(de)(de)功(gong)率(lv)余(yu)量有(you)限(xian)，輸(shu)(shu)出(chu)能力不理想，所以對負載(zai)提出(chu)限(xian)制條件(jian)，例如輸(shu)(shu)出(chu)電流峰(feng)值系(xi)數(shu)(shu)（一般(ban)只達到3:1）、過載(zai)能力、輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)率(lv)因數(shu)(shu)（一般(ban)為0.8）、輸(shu)(shu)出(chu)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)小于標定的(de)(de)KVA數(shu)(shu)，應付沖(chong)擊性負載(zai)的(de)(de)能力等；

·由于逆變器(qi)（Ⅰ）多為整(zheng)流(liu)電(dian)路，對(dui)電(dian)網形成(cheng)(cheng)電(dian)流(liu)諧(xie)波干擾，輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)低，經濾波后，最小的諧(xie)波電(dian)流(liu)成(cheng)(cheng)份(fen)在10%左右，而(er)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)只(zhi)有0.8左右，如果(guo)在逆變器(qi)（Ⅰ）中使用功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校正技(ji)術，則可把輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)提高到接近(jin)1，輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)諧(xie)波成(cheng)(cheng)份(fen)也(ye)會(hui)大幅度降低；

·在市電存在時，由于兩個逆變(bian)器都承擔(dan)100%的(de)負載功率，所以整(zheng)機(ji)效率低，10KVA以下(xia)的(de)UPS為80%左右，50 KVA的(de)可達(da)85-90%，100 KVA以上的(de)可達(da)90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是(shi)由(you)美國APC Silcon首先提出并(bing)(bing)在三相大(da)功率UPS中(zhong)形成產品的(de)，同樣(yang)(yang)是(shi)雙逆變電(dian)路(lu)結構，同樣(yang)(yang)是(shi)在線(xian)工(gong)作，但是(shi)，由(you)于它(ta)成功地(di)把(ba)交流穩(wen)壓技術(shu)中(zhong)的(de)電(dian)壓補償原理用到了(le)(le)UPS的(de)主(zhu)電(dian)路(lu)中(zhong)，相對雙逆變在線(xian)式UPS，Silcon DP300E系列大(da)功率UPS在適(shi)應電(dian)網(wang)環境并(bing)(bing)且不干擾破壞電(dian)網(wang)、在輸出能力和可靠性等(deng)多項(xiang)UPS主(zhu)要指(zhi)標方(fang)面都有了(le)(le)新的(de)突破。APC Silcon稱此電(dian)路(lu)結構為Delta逆變技術(shu)。

·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(er)：與(yu)逆變(bian)（Ⅱ）一起，完(wan)成對(dui)輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓(ya)的補償(chang)(chang)，當輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓(ya)高(gao)于輸(shu)出(chu) 電(dian)壓(ya)額定值時，逆變(bian)器(qi)（Ⅰ）吸收功(gong)率，反極性(xing)(xing)補償(chang)(chang)輸(shu)入(ru)(ru)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的差(cha)值，當輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓(ya)低于輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)額定值時，逆變(bian)器(qi)（Ⅰ）輸(shu)出(chu)功(gong)率，正極性(xing)(xing)補償(chang)(chang)輸(shu)入(ru)(ru)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的差(cha)值；

第三：與(yu)逆變(bian)器（Ⅱ）一起完成對電(dian)池的充電(dian)和浮充功(gong)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(tong)逆(ni)變器（Ⅰ）一起(qi)，完(wan)成對輸入輸出電壓差值的(de)補償；

第二：同(tong)逆變器(qi)（Ⅰ）一起完成(cheng)對電池的充(chong)電和電壓浮充(chong)功能；

第三：隨時(shi)監測輸出(chu)電(dian)(dian)壓，保證輸出(chu)電(dian)(dian)壓的(de)穩定，對(dui)輸出(chu)電(dian)(dian)壓波(bo)形失(shi)真和(he)輸出(chu)電(dian)(dian)流諧(xie)波(bo)成份進(jin)行補償，使其不對(dui)電(dian)(dian)網產生影響(xiang)；

第四：當市電(dian)掉(diao)電(dian)時(shi)，全部輸(shu)出(chu)功率(lv)由逆變器（Ⅱ）給出(chu)，并(bing)且保證輸(shu)出(chu)電(dian)壓不間斷，轉換(huan)時(shi)間為(wei)零(ling)。

是雙逆變電(dian)壓補償在(zai)線式UPS在(zai)各種情況(kuang)下電(dian)流和(he)功率傳(chuan)輸(shu)示(shi)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(bian)器(qi)（Ⅱ）隨時監視(shi)控(kong)制輸出電(dian)(dian)壓(ya)，并通過逆變(bian)（Ⅰ）參(can)與主回路電(dian)(dian)壓(ya)的調整，所以不(bu)管市(shi)電(dian)(dian)有無，都可以向負(fu)載提(ti)供高質量(liang)的電(dian)(dian)源，例(li)如輸出電(dian)(dian)壓(ya)穩定度、頻率穩定度、輸出電(dian)(dian)壓(ya)動態響應、波形失真等指標，都是比較高的。

市電掉電時(shi)(shi)，輸出電壓不受響應，沒有轉(zhuan)換時(shi)(shi)間。并且(qie)，當負載(zai)電流發生畸變時(shi)(shi)，也由逆變器（Ⅱ）調整補償掉，所以是典型的在線工作方式(shi)。

當市電(dian)存(cun)在時，逆變(bian)(bian)(bian)器（Ⅰ）和（Ⅱ）只(zhi)對(dui)(dui)輸入電(dian)壓(ya)(ya)(ya)與輸出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)的差值進行調整和補償，逆變(bian)(bian)(bian)器承擔的最大(da)功率(lv)（當輸入電(dian)壓(ya)(ya)(ya)處于上限(xian)和下限(xian)時）僅為輸出(chu)(chu)功率(lv)的20%（相當于輸入電(dian)壓(ya)(ya)(ya)變(bian)(bian)(bian)化范圍(wei)），所(suo)以(yi)功率(lv)強度(du)很(hen)小（1/5），功率(lv)余量大(da)，這就大(da)大(da)增強了UPS的輸出(chu)(chu)能(neng)(neng)力(li)，與雙(shuang)逆變(bian)(bian)(bian)在線式相比，過載能(neng)(neng)力(li)增強（200%,1分(fen)鐘），不再對(dui)(dui)負載電(dian)流波峰(feng)系數(shu)予以(yi)限(xian)制，可從容地對(dui)(dui)付沖擊性(xing)負載，不再對(dui)(dui)負載功率(lv)因數(shu)進行限(xian)制，輸出(chu)(chu)有功功率(lv)可以(yi)等于標定的KVA值。

·逆(ni)變器（Ⅰ）同時完成(cheng)了對輸入(ru)端(duan)的(de)功(gong)(gong)率因(yin)數校正功(gong)(gong)能，使輸入(ru)功(gong)(gong)率因(yin)數等(deng)于1，輸入(ru)諧波電(dian)流降到3%以下(xia)。

在市電存(cun)在時(shi)，由(you)于兩個逆變器承擔的(de)(de)(de)最大功率僅為輸出功率的(de)(de)(de)1/5，所以(yi)整機(ji)效(xiao)率在很大的(de)(de)(de)功率范圍內都可達(da)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)(qi)(qi)功率強(qiang)度僅為設計值（逆變器(qi)(qi)(qi)Ⅱ）的(de)1/5，所以元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件乃至整機的(de)壽命和可靠性必(bi)然(ran)大幅(fu)度提高。