ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電(dian)(dian)（220V）通(tong)(tong)過(guo)可(ke)調充(chong)電(dian)(dian)器(qi)向蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)，同時(shi)自啟(qi)動繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K1吸(xi)(xi)合，R1與VZ1、VZ2對蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)+24V電(dian)(dian)壓(ya)進(jin)行分壓(ya)采樣(yang)，采樣(yang)電(dian)(dian)壓(ya)Vo通(tong)(tong)過(guo)R2、VD3加到V1基極，使V1處于線性放大狀態，V2、V3深度(du)飽和，直(zhi)流控(kong)制(zhi)繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K吸(xi)(xi)合，+24V電(dian)(dian)壓(ya)通(tong)(tong)過(guo)K、K1送至逆變器(qi)V+端，逆變器(qi)工作，輸出220V正弦波(bo)電(dian)(dian)壓(ya)，同時(shi)自鎖繼(ji)電(dian)(dian)器(qi)K2吸(xi)(xi)合。

當市電(dian)(dian)斷(duan)電(dian)(dian)時(shi)，K1斷(duan)開，初時(shi)輸人(ren)電(dian)(dian)壓(ya)+24V不(bu)變，K繼續吸(xi)合，由于K2的自鎖作(zuo)用，+24V仍正(zheng)常送至(zhi)逆變器。經一段時(shi)間后，電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)壓(ya)開始下(xia)降，Vo跟著(zhu)下(xia)降，V1導通減弱(ruo)，V2升(sheng)高；當嘰升(sheng)高至(zhi)一定值（即(ji)蓄電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)壓(ya)下(xia)降至(zhi)22V）后，V2退出飽和進(jin)人(ren)線性放大，V3迅速下(xia)降;V3通過R7反饋至(zhi)V1基極，使得V2繼續升(sheng)高，形成一個雪崩過程。

V2、V3迅速截止(zhi)，K斷開，蓄電(dian)池送至逆(ni)變器(qi)的(de)+24V直流被切斷，逆(ni)變器(qi)停止(zhi)工作(zuo)，同時(shi)K2斷開。逆(ni)變器(qi)停止(zhi)工作(zuo)后，由于蓄電(dian)池內電(dian)動(dong)勢的(de)作(zuo)用，蓄電(dian)池很快恢復24V電(dian)壓，與常態一樣，V2、V3飽和，K吸合。

但由于此(ci)時K1、K2均斷(duan)開，+24V無(wu)法到達(da)逆(ni)變(bian)器(qi)，逆(ni)變(bian)器(qi)不工作(zuo)，從而保(bao)護了(le)蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)。只有當市電(dian)(dian)恢復正常后，K1吸合(he)，逆(ni)變(bian)器(qi)才能工作(zuo)，此(ci)時充電(dian)(dian)器(qi)已向(xiang)蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)充電(dian)(dian)。

調(diao)整(zheng)R1可在市電斷電時(shi)(shi)校準(zhun)蓄電池(chi)電壓下限(xian)保護起控值，亦同時(shi)(shi)調(diao)整(zheng)市電斷電時(shi)(shi)UPS的最長工作時(shi)(shi)間。

元器(qi)件選(xuan)擇(ze)：充電(dian)器(qi)選(xuan)用(yong)市售24～12V/50A可調(diao)充電(dian)器(qi)；逆變(bian)(bian)器(qi)選(xuan)用(yong)功率(lv)500V·A、直流工作電(dian)壓為(wei)(wei)24V逆變(bian)(bian)器(qi)；蓄電(dian)池選(xuan)用(yong)兩個(ge)12.80A·h鉛(qian)蓄電(dian)池串接；交(jiao)流繼電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)(wei)220V/10A；直流繼電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)(wei)24V/20A。

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UPS電路結構種類

當前(qian)技(ji)術成熟并已(yi)形成產品的各種UPS，就其(qi)主(zhu)電(dian)路結構(gou)和不停電(dian)供(gong)電(dian)運行機制來看，主(zhu)要有(you)幾大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆變電壓補償在線式(shi)（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)(chong)電(dian)器：市電(dian)存(cun)在時，對蓄電(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)并(bing)浮(fu)充(chong)(chong)(chong)，如果是長延時UPS，就要求它有(you)較強的充(chong)(chong)(chong)電(dian)能力(li)，或者外加相應容量(liang)的附(fu)加充(chong)(chong)(chong)電(dian)器。

DC-AC逆變(bian)器：市(shi)電(dian)存(cun)在時，逆變(bian)器不工作；市(shi)電(dian)掉電(dian)時，由它將直流電(dian)壓（電(dian)池供(gong)給(gei)）變(bian)成符合負載要(yao)求的交流電(dian)壓，電(dian)壓波(bo)形(xing)有方波(bo)、準方波(bo)、正弦(xian)波(bo)三種形(xing)式。

輸出(chu)(chu)轉換開關(guan)：市電(dian)存(cun)在(zai)時，接(jie)通(tong)輸入電(dian)源向(xiang)(xiang)負載供電(dian)；市電(dian)掉電(dian)時，斷開電(dian)網，接(jie)通(tong)逆變器，繼續向(xiang)(xiang)負載供電(dian)。 智能調壓：市電(dian)存(cun)在(zai)時，可(ke)調節穩定輸出(chu)(chu)電(dian)壓。

后備式UPS的性能特點是：

·當市(shi)電(dian)存在(zai)時，效率高，可達98%以上；

·當市(shi)電(dian)存在時，輸入功率因(yin)數(shu)和輸入電(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)取決于負載電(dian)流(liu)，UPS本身不 產生附加輸入功率因(yin)數(shu)和諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)失(shi)真；

·當市電存在時(shi)，輸出(chu)能力強，對負(fu)載電流波(bo)峰系數(shu)(shu)、浪涌(yong)電流系數(shu)(shu)、輸出(chu)功率因數(shu)(shu)、過載等沒有嚴格地限制；

·市電(dian)掉電(dian)時，輸出(chu)有轉(zhuan)換(huan)時間,一般(ban)可做到4ms左右,足(zu)以滿足(zu)負(fu)載要求(qiu)；

·當市電存在(zai)時，輸出電壓穩定精(jing)度差，但(dan)能滿足(zu)負(fu)載要(yao)求；

·當(dang)市電(dian)存在時(shi)，整機要靠附(fu)加濾波電(dian)路提高UPS雙向抗干(gan)擾(rao)功能；

·電路簡單，成本低(di)，可靠性高；

·由于輸出(chu)有轉換(huan)開關(guan)，受切換(huan)電流能(neng)力和(he)動(dong)作(zuo)時間的限制，UPS輸出(chu)功(gong)率做大(da)有一定困難，當前(qian)面市的后備式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(ru)開(kai)關：當市(shi)電(dian)掉電(dian)時(shi)（指電(dian)網失壓），斷開(kai)開(kai)關，防止逆(ni)變器向電(dian)網饋電(dian)；

·智能調(diao)壓：市電存在時，可調(diao)節穩定輸出電壓；

·DC/AC逆(ni)變器：此逆(ni)變器可雙向逆(ni)變，當市(shi)電(dian)(dian)存在時，逆(ni)變方向是AC- DC, 給電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)并浮充(chong)；市(shi)電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)后，逆(ni)變方向為(wei)DC-AC，由電(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)，保持UPS繼續向負載(zai)供電(dian)(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電(dian)存在時，效率高(gao)，可(ke)達98%以上；

·當市電(dian)存在時，輸入功率因(yin)(yin)數和(he)(he)輸入電(dian)流(liu)諧(xie)波成(cheng)份(fen)取決(jue)于負載 電(dian)流(liu)，UPS本 身不產生(sheng)附加輸入功率因(yin)(yin)數和(he)(he)諧(xie)波電(dian)流(liu)失(shi)真；

·當市電(dian)存在時，輸(shu)出(chu)能力強，對(dui)負載電(dian)流峰值系(xi)數、浪涌電(dian)流系(xi)數、輸(shu)出(chu)功率 因數、過載等沒有嚴格(ge)地(di)限制(zhi)；

·市電掉電時，因(yin)為輸(shu)入開(kai)關(guan)存在開(kai)斷時間，至使(shi)UPS輸(shu)出仍有轉換時間，但比(bi)后備式要(yao)小；

·市電(dian)存(cun)在時(shi)，輸出(chu)電(dian)壓(ya)穩定精度差，但(dan)能滿(man)足負(fu)載要求(qiu)；

·市電(dian)存在時，因為逆(ni)變器直接(jie)(jie)接(jie)(jie)在輸(shu)出端，并且處在熱(re)備份狀(zhuang)況，對輸(shu)出電(dian)壓尖峰干擾有濾波作用；

·電路(lu)更簡(jian)單，成本低，可靠性高；

·逆變器同時(shi)有充(chong)(chong)電(dian)(dian)功(gong)能，省掉了后備(bei)式UPS的附加(jia)充(chong)(chong)電(dian)(dian)器，其充(chong)(chong)電(dian)(dian)能力要比附加(jia)充(chong)(chong)電(dian)(dian)器強(qiang)的多，當要求長延時(shi)供電(dian)(dian)時(shi)，無須再增加(jia)機外充(chong)(chong)電(dian)(dian)設備(bei)；

·由(you)于(yu)逆變器與(yu)輸(shu)出直接接在一起(qi)，沒有轉換(huan)開關的限制(zhi)，所(suo)以(yi)輸(shu)出功率(lv)可提高到5-10KVA。

為了(le)(le)(le)進一步改善(shan)在(zai)線互動式(shi)(shi)的(de)功(gong)能(neng)(neng)，可(ke)(ke)在(zai)輸(shu)入(ru)開(kai)關和智能(neng)(neng)調(diao)壓之間串(chuan)接一個電(dian)感，目的(de)在(zai)于當市電(dian)掉電(dian)時(shi)，逆變器可(ke)(ke)立即向負載供電(dian)，因(yin)(yin)為串(chuan)聯電(dian)感對逆變輸(shu)出反饋到電(dian)網的(de)電(dian)流有很強的(de)抑制作用(yong)，避免了(le)(le)(le)輸(shu)入(ru)開(kai)關未斷開(kai)時(shi)短路逆變器輸(shu)出的(de)危險，這樣做(zuo)可(ke)(ke)以使(shi)在(zai)線互動式(shi)(shi)的(de)轉換時(shi)間減(jian)小到零，使(shi)其完全具備雙逆變在(zai)線式(shi)(shi)的(de)轉換功(gong)能(neng)(neng)，同時(shi)還增加了(le)(le)(le)整(zheng)個UPS的(de)抗(kang)干擾能(neng)(neng)力。但是，這樣做(zuo)卻帶來了(le)(le)(le)降低(di)UPS輸(shu)入(ru)功(gong)率因(yin)(yin)數(shu)的(de)不良(liang)后果。

3、 雙逆變在線式

當(dang)前，絕大多數在線式，特別是(shi)大功率(lv)在線式UPS，大都(dou)采用了雙逆變(bian)電路結構(gou)。

·逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器（Ⅰ）：該(gai)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器為AC-DC單向逆(ni)(ni)(ni)變(bian)，當市(shi)電存在時，它完成對(dui)電池的(de)充電，并通(tong)過逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器（Ⅱ）向負載供電，該(gai)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器多為整(zheng)(zheng)流或可控整(zheng)(zheng)流電路；

·逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）：該逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)為DC-AC單向逆(ni)變(bian)(bian)，當(dang)市(shi)電(dian)(dian)存在(zai)時(shi)，它由(you)逆(ni)變(bian)(bian)（Ⅰ）取得功率(lv)后再送到輸(shu)出端，并保證(zheng)向負載提供(gong)高質量的電(dian)(dian)源；當(dang)市(shi)電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，由(you)電(dian)(dian)池通過逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）向負載供(gong)電(dian)(dian)；

·旁路(lu)開(kai)(kai)(kai)關(guan)：平時(shi)(shi)處在(zai)斷(duan)開(kai)(kai)(kai)狀態，當逆(ni)變電(dian)路(lu)發生故(gu)障，或者當負(fu)載(zai)有沖擊(ji)性（例如(ru)啟動負(fu)載(zai)時(shi)(shi)）或故(gu)障過載(zai)時(shi)(shi)，逆(ni)變器(qi)停(ting)止輸出，旁路(lu)開(kai)(kai)(kai)關(guan)接通(tong)，由電(dian)網(wang)直接向負(fu)載(zai)供(gong)電(dian)，旁路(lu)開(kai)(kai)(kai)關(guan)多為智(zhi)能(neng)型的功率容(rong)量很強的無(wu)觸點開(kai)(kai)(kai)關(guan)。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為不管(guan)市(shi)電(dian)(dian)有(you)無，負載的全部(bu)功(gong)率都(dou)由逆(ni)變器(qi)給(gei)出(chu)，所(suo)以可以向(xiang)負載提供高質量的電(dian)(dian)源，例如輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)穩定精度、頻率穩定度、輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)動態響(xiang)應、波(bo)形(xing)失真度等指(zhi)標(biao)，都(dou)是比較高的；

·市電掉電時，輸出電壓(ya)不受任何影響，沒有轉換(huan)時間；

·因為(wei)無(wu)論市電有無(wu)，全部負(fu)載(zai)功(gong)(gong)率都(dou)由逆變器供出，UPS的功(gong)(gong)率余量有限(xian)，輸出能力不理想(xiang)，所以對負(fu)載(zai)提出限(xian)制條件，例(li)如輸出電流峰值系數(shu)（一般只達到3:1）、過載(zai)能力、輸出功(gong)(gong)率因數(shu)（一般為(wei)0.8）、輸出有功(gong)(gong)功(gong)(gong)率小于標定的KVA數(shu)，應付沖擊性(xing)負(fu)載(zai)的能力等；

·由于(yu)逆變器（Ⅰ）多(duo)為(wei)整流電(dian)路，對電(dian)網形成(cheng)電(dian)流諧(xie)(xie)波干擾，輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)因數低(di)，經濾(lv)波后，最小的諧(xie)(xie)波電(dian)流成(cheng)份(fen)在10%左右，而輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)因數只有0.8左右，如果(guo)在逆變器（Ⅰ）中使(shi)用功(gong)(gong)率(lv)因數校(xiao)正技(ji)術，則可(ke)把輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)因數提高到接近1，輸入(ru)電(dian)流諧(xie)(xie)波成(cheng)份(fen)也會大幅度降低(di)；

·在(zai)市(shi)電(dian)存在(zai)時，由于兩(liang)個(ge)逆變器都承擔100%的(de)負(fu)載功率(lv)，所以整機效率(lv)低，10KVA以下的(de)UPS為80%左右(you)，50 KVA的(de)可(ke)(ke)達(da)85-90%，100 KVA以上的(de)可(ke)(ke)達(da)90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是由(you)美國APC Silcon首(shou)先提出并在(zai)三相大功率UPS中形成產品的(de)，同樣(yang)是雙逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)(lu)(lu)結構(gou)，同樣(yang)是在(zai)線工作，但是，由(you)于它成功地把交流穩壓(ya)技術(shu)中的(de)電(dian)壓(ya)補償原理用到(dao)了UPS的(de)主(zhu)電(dian)路(lu)(lu)(lu)中，相對雙逆(ni)變(bian)在(zai)線式(shi)UPS，Silcon DP300E系列大功率UPS在(zai)適應(ying)電(dian)網環境并且不(bu)干(gan)擾破壞電(dian)網、在(zai)輸(shu)出能(neng)力(li)和可靠性(xing)等多(duo)項UPS主(zhu)要(yao)指標方面都(dou)有了新的(de)突(tu)破。APC Silcon稱此電(dian)路(lu)(lu)(lu)結構(gou)為(wei)Delta逆(ni)變(bian)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(lv)因數補償，并抑(yi)制輸入電流(liu)諧波(bo)；

第二：與逆(ni)變(bian)（Ⅱ）一起，完成對(dui)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓的(de)(de)補(bu)(bu)償，當輸(shu)(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓高于輸(shu)(shu)出(chu)(chu) 電(dian)壓額定值(zhi)時，逆(ni)變(bian)器（Ⅰ）吸收功率，反極(ji)性補(bu)(bu)償輸(shu)(shu)入(ru)(ru)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓的(de)(de)差值(zhi)，當輸(shu)(shu)入(ru)(ru)電(dian)壓低于輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓額定值(zhi)時，逆(ni)變(bian)器（Ⅰ）輸(shu)(shu)出(chu)(chu)功率，正極(ji)性補(bu)(bu)償輸(shu)(shu)入(ru)(ru)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓的(de)(de)差值(zhi)；

第(di)三：與逆變(bian)器（Ⅱ）一起完成對電池的充(chong)(chong)電和浮充(chong)(chong)功(gong)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(di)一：同(tong)逆變器（Ⅰ）一起(qi)，完成(cheng)對輸入輸出電(dian)壓差值的補(bu)償；

第二：同逆變器（Ⅰ）一起完成對(dui)電池的充電和電壓浮充功能；

第三：隨時監測(ce)輸出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)，保證輸出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)的穩定，對(dui)(dui)輸出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)波形失真和輸出(chu)電(dian)流(liu)諧(xie)波成份進行(xing)補(bu)償，使(shi)其不對(dui)(dui)電(dian)網產生影響；

第四：當市電掉電時，全部輸(shu)出功率由逆變器（Ⅱ）給(gei)出，并(bing)且保證輸(shu)出電壓不間斷，轉換(huan)時間為(wei)零。

是雙逆變電壓補償在(zai)線(xian)式UPS在(zai)各種情況(kuang)下電流和功率傳輸示(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（Ⅱ）隨時監視控(kong)制輸(shu)出電(dian)(dian)壓，并通過逆變(bian)（Ⅰ）參與主回(hui)路(lu)電(dian)(dian)壓的調整，所以不管市電(dian)(dian)有(you)無，都(dou)可以向負載提(ti)供高質量的電(dian)(dian)源，例如(ru)輸(shu)出電(dian)(dian)壓穩定度、頻率穩定度、輸(shu)出電(dian)(dian)壓動態響(xiang)應、波形失真(zhen)等指標，都(dou)是比較(jiao)高的。

市電(dian)(dian)(dian)掉電(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)(shi)，輸出電(dian)(dian)(dian)壓不受響應，沒有(you)轉換(huan)時(shi)(shi)(shi)間。并且，當負載電(dian)(dian)(dian)流發生畸(ji)變時(shi)(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。

當市(shi)電(dian)存在(zai)時，逆變(bian)器(qi)（Ⅰ）和(he)（Ⅱ）只對(dui)輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)與輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)的(de)(de)差值進行調整和(he)補(bu)償，逆變(bian)器(qi)承擔(dan)的(de)(de)最(zui)大(da)功率(lv)（當輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)處(chu)于上限(xian)和(he)下限(xian)時）僅為(wei)輸(shu)(shu)出功率(lv)的(de)(de)20%（相當于輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)變(bian)化范圍），所以(yi)功率(lv)強(qiang)(qiang)度(du)很小(xiao)（1/5），功率(lv)余量大(da)，這就大(da)大(da)增(zeng)強(qiang)(qiang)了UPS的(de)(de)輸(shu)(shu)出能(neng)力(li)(li)，與雙逆變(bian)在(zai)線式相比，過載(zai)能(neng)力(li)(li)增(zeng)強(qiang)(qiang)（200%,1分(fen)鐘），不再對(dui)負載(zai)電(dian)流波峰(feng)系數予以(yi)限(xian)制，可從容地對(dui)付沖擊(ji)性負載(zai)，不再對(dui)負載(zai)功率(lv)因數進行限(xian)制，輸(shu)(shu)出有(you)功功率(lv)可以(yi)等于標定的(de)(de)KVA值。

·逆(ni)變器（Ⅰ）同時完(wan)成了對輸入端(duan)的(de)功率(lv)因(yin)數校正功能，使輸入功率(lv)因(yin)數等于(yu)1，輸入諧波電流降到3%以下。

在(zai)市電(dian)存在(zai)時，由于兩(liang)個逆(ni)變(bian)器承擔的最(zui)大功率僅為輸(shu)出功率的1/5，所以整(zheng)機效率在(zai)很大的功率范圍內都可(ke)達到96%。

在市電存在的情況下（UPS連續運行時間(jian)的(de)99%是有市電的(de)），逆(ni)變器(qi)(qi)功率(lv)強度僅為設計值（逆(ni)變器(qi)(qi)Ⅱ）的(de)1/5，所以元(yuan)器(qi)(qi)件乃至整機的(de)壽命和可靠性必(bi)然大幅(fu)度提高。