UPS电源教学资料3

弱电之家

3、 双逆变在线式
当前，绝大多数在线式，特别是大功率在线式UPS，大都采用了双逆变电路结构，图（三）中电路各环节功能如下：
　 ·逆变器（Ⅰ）：该逆变器为AC-DC单向逆变，当市电存在时，它完成对电池的充电，并通过逆变器（Ⅱ）向负载供电，该逆变器多为整流或可控整流电路；
　 ·逆变器（Ⅱ）：该逆变器为DC-AC单向逆变，当市电存在时，它由逆变（Ⅰ）取得功率后再送到输出端，并保证向负载提供高质量的电源；当市电掉电时，由电池通过逆变器（Ⅱ）向负载供电；
　 ·旁路开关：平时处在断开状态，当逆变电路发生故障，或者当负载有冲击性（例如启动负载时）或故障过载时，逆变器停止输出，旁路开关接通，由电网直接向负载供电，旁路开关多为智能型的功率容量很强的无触点开关。
双逆变在线式UPS的性能特点如下：
　 ·因为不管市电有无，负载的全部功率都由逆变器给出，所以可以向负载提供高质量的电源，例如输出电压稳定精度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真度等指标，都是比较高的；
·市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间；
　 ·因为无论市电有无，全部负载功率都由逆变器供出，UPS的功率余量有限，输出能力不理想，所以对负载提出限制条件，例如输出电流峰值系数（一般只达到3:1）、过载能力、输出功率因数（一般为0.8）、输出有功功率小于标定的KVA数，应付冲击性负载的能力等；
　 ·由于逆变器（Ⅰ）多为整流电路，对电网形成电流谐波干扰，输入功率因数低，经滤波后，最小的谐波电流成份在10%左右，而输入功率因数只有0.8左右，如果在逆变器（Ⅰ）中使用功率因数校正技术，则可把输入功率因数提高到接近1，输入电流谐波成份也会大幅度降低；
　 ·在市电存在时，由于两个逆变器都承担100%的负载功率，所以整机效率低，10KVA以下的UPS为80%左右，50 KVA的可达85-90%，100 KVA以上的可达90--92%。 fficeffice" />

4、 双逆变电压补偿在线式技术是由美国APC Silcon首先提出并在三相大功率UPS中形成产品的，同样是双逆变电路结构，同样是在线工作，但是，由于它成功地把交流稳压技术中的电压补偿原理用到了UPS的主电路中，相对双逆变在线式UPS，Silcon DP300E系列大功率UPS在适应电网环境并且不干扰破坏电网、在输出能力和可靠性等多项UPS主要指标方面都有了新的突破。APC Silcon称此电路结构为Delta逆变技术。图（四）中各环节的功能为：
·逆变器（Ⅰ）：它是一组DC-AC和AC-DC双向逆变器，它的输出变压器（高 频）的付边串联在UPS主电路中，其功能有三个：
第一：对UPS输入端进行输入功率因数补偿，并抑制输入电流谐波；
第二：与逆变（Ⅱ）一起，完成对输入电压的补偿，当输入电压高于输出 电压额定值时，逆变器（Ⅰ）吸收功率，反极性补偿输入输出电压的差值，当输入电压低于输出电压额定值时，逆变器（Ⅰ）输出功率，正极性补偿输入输出电压的差值；
第三：与逆变器（Ⅱ）一起完成对电池的充电和浮充功能。
·逆变器（Ⅱ）：该逆变器同样是DC-AC和AC-DC双向逆变器，它的功能有四个：
　 第一：同逆变器（Ⅰ）一起，完成对输入输出电压差值的补偿；
　 第二：同逆变器（Ⅰ）一起完成对电池的充电和电压浮充功能；
　 第三：随时监测输出电压，保证输出电压的稳定，对输出电压波形失真和输出电流谐波成份进行补偿，使其不对电网产生影响；
　 第四：当市电掉电时，全部输出功率由逆变器（Ⅱ）给出，并且保证输出电压不间断，转换时间为零。
　 图（五）是双逆变电压补偿在线式UPS在各种情况下电流和功率传输示意图（这里假定UPS效率为100%）
双逆变电压补偿在线式的性能特点如下：
因为逆变器（Ⅱ）随时监视控制输出电压，并通过逆变（Ⅰ）参与主回路电压的调整，所以不管市电有无，都可以向负载提供高质量的电源，例如输出电压稳定度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真等指标，都是比较高的。
市电掉电时，输出电压不受响应，没有转换时间。并且，当负载电流发生畸变时，也由逆变器（Ⅱ）调整补偿掉，所以是典型的在线工作方式。
当市电存在时，逆变器（Ⅰ）和（Ⅱ）只对输入电压与输出电压的差值进行调整和补偿，逆变器承担的最大功率（当输入电压处于上限和下限时）仅为输出功率的20%（相当于输入电压变化范围），所以功率强度很小（1/5），功率余量大，这就大大增强了UPS的输出能力，与双逆变在线式相比，过载能力增强（200%,1分钟），不再对负载电流波峰系数予以限制，可从容地对付冲击性负载，不再对负载功率因数进行限制，输出有功功率可以等于标定的KVA值。
·逆变器（Ⅰ）同时完成了对输入端的功率因数校正功能，使输入功率因数等于1，输入谐波电流降到3%以下。
在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，所以整机效率在很大的功率范围内都可达到96%。
在市电存在的情况下（UPS连续运行时间的99%是有市电的），逆变器功率强度仅为设计值（逆变器Ⅱ）的1/5，所以元器件乃至整机的寿命和可靠性必然大幅度提高。