山特UPS电源详细参数

1、山特 ups 电源：http:/ 第章UPS电源 随着科学的发展社会的进步，一些重要用户的关键设备如互联网数据中心、银行清算中 心、证券交易系统、通信网管中心等，要求提供高质量的无时间中断的交流电源。根据我国 国家标准GB2387-89规定，对于需要配置不间断电源的计算机房提供的交流电源至少应满足： 380V/220V、50HZ、三相五线制、电压波动小于 +-5%、频率波动小于+-0.5%、波形失真小于 +-5%。此外可能产生的任何瞬态供电中断应控制在 5 ms以内。一般的微机和服务器所允许 的瞬态供电中断时间在 8至10ms的范围。若超过此范围，就会造成微机进入误动作或自检 程序，从而造成正

2、在运行的数据或程序被破坏和丢失的不利局面。另外过频的瞬态中断引起 的峰值高达400V左右的瞬态干扰是造成服务器产生偶发性自动关机的重要原因之一。因此 寻找一种“干净”的不中断的电源系统将非常必要。 第一节 UPS的分类 目前，市场上UPS品牌和种类繁多，但可从电路主结构、后备时间、输入 /输出方式、输 出波形和输出容量等五个方面对其进行分类，其中按电路主结构进行分类是目前最常用的分 类方法。 1. 按电路主结构分类 (1)后备式UPS 早期的后备式UPS在市电供电正常时，市电直接通过交流旁路和转换开关向负载供电， 交流旁路相当于一条供电回路，逆变器不工作，此时供电效率高但质量差。近年出台的后备

3、 式UPS往往在交流旁路上配置了交流稳压电路和滤波电路加以改善。当市电异常(市电电压、 频率超出后备式 UPS允许的输入范围或市电中断)时，后备式 UPS通过转换开关切换到由 蓄电池提供电能的状态，逆变器进入工作状态，此时输出波形为交流正弦波或方波。后备式 UPS存在切换时间，一般为 4 10ms,但对一般的计算机设备的工作不会造成影响。 (2)在线式UPS 在线式UPS一般采用双变换模式。当市电正常时，在线式 UPS输入交流电，通过充电 电路对蓄电池进行充电，同时 AC/DC电路将交流电转换为直流电，然后通过脉冲宽度调制 技术，由逆变器再将直流电逆变成正弦波交流电供给负载，起到无级稳压的作用

4、。而当市电 中断时，后备蓄电池开始工作，此时蓄电池储存的电能通过逆变器变换成交流正弦波或方波 并供给负载，因此无论是在市电供电正常时还是在市电中断由蓄电池逆变供电期间，逆变器 始终处于工作状态，这就从根本上消除了来自电网的电压波动和干扰对负载的影响，真正实 现了对负载的无干扰、稳压、稳频以及零转换时间。 (3)串并联调整式UPS第3章交流不间断电源UPS 3 山特 ups 电源：http:/ 串并联调整式UPS多采用双逆变电压补偿技术也称为 Delta技术，它成功地将交流稳压 技术中的电压补偿原理运用到 UPS的主电路中。当市电正常时，两组逆变器只对输入电压与 输出电压的差值进行调整和补偿，逆

5、变器承担的最大功率仅为输出功率的 20%,所以功率强 度很小，功率余量大，这就增强了 UPS的输出能力和过载能力，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，也不再对负载功能因数进行限制，输出有功功率可以等 于标定的KVA值。 （4）在线互动式 UPS 在线互动式UPS是介于后备式UPS和在线式UPS工作方式之间的UPS设备，它集中了 后备式UPS效率高和在线式 UPS供电质量高的优点。在线互动式 UPS的逆变器一直处于工 作状态，具有双向功能：在市电正常时， UPS的逆变器处于反向工作状态，给蓄电池组充电， 起充电器的作用；在市电异常时，逆变器立刻转入逆变工作状态，将蓄电池组的

6、直流电转换 为交流正弦波输出。在线互动式 UPS也有转换时间，但比后备式 UPS短，保护功能较强。 另外，它还采用了铁磁谐波变压器，抽头调压在市电供电时具有较好的稳压功能。 2、按后备时间分类 （1） 标准机 配备有内置蓄电池组的 UPS为标准机。一般配置蓄电池容量较小，用于短时间供电 （如5-15分钟），使用户及时保存数据和系统正常关机。由于受体积和重量的限制，标准机 仅局限于中、小功率的 UPS （2） 长效机 需外接蓄电池组的UP渤为长效机，长效机的容量从几百伏安到几十千伏安可供选择。 在实际应用中长效机有着很大的机动性，用户可以根据自己所需后备时间的长短来确定采用 何种容量的蓄电池。

7、UPS的后备时间与蓄电池容量的关系可以根据以下的公式来确定： (1-1 ) 其中：C蓄电池容量，单位为安时（Ah）; P UPS勺额定功率，单位为伏安 （VA）; RUPS勺功率因数； U蓄电池组的直流端电压（V）,为单节电池额电压与蓄电池节数的乘积； Y 逆变器的效率，为 0.86 ; C蓄电池的放电速率，该值可以根据 UPS所需后备时间t长短在电池的放电 曲线图上查得，例如当 t=1h 时，G=0.55 , t=2h 时，C1=0.35 , t=4h 时，C=0.20 , t=8h 时, C1=0.11 。 3、按输入/输出方式分类 根据输入/输出方式，可分为单相输入 /单相输出UPS三相

8、输入/单相输出UPSffi三相 输入/三PPF 第3章交流不间断电源UPS 4 山特 ups 电源：http:/ 相输出UPS 小功率UPSO采用单相输入/单相输出方式，而中、大功率 UP溶采用三相输入/单相 输出和三相输入/三相输出方式，对于用户来说，采用三相供电时市电配电和负载配电比较容 易，每一相都承载一部分负载电流。 4、 按输出波形分类 按输出波形，可分为输出波形为正弦波的 UPS和输出波形为方波的 UPS输出波形为 方波的UPM适合带感性负载，因为感性负载会使方波产生瞬态尖波，从而给 UPS负载设 备造成破坏。大多数后备式 UPS的输出波形为方波。 5、 按输出容量分类 按输出容量

9、，可分为微型 UPS （输出功率小于或等于 1kVA）、小型UPS（输出功率大于 1kVA而小于5kVA）、中型UPS（输出功率大于 5kVA而小于或等于 30kV3以及大型 UPS（输 出功率大于30kVA而小于或等于100kVA）。 第二节UPS的电路结构和工作原理 从主电路结构和不间断供电的运行机制来看，目前技术成熟并已形成产品的各种 UPS主 要有四大类：后备式 UPS在线互动式UPS双变换在线式 UP电及串并联调整式 UPS（Delta 变换器） 。如果按技术性能的优劣来排序，则双变换在线式 UPS淖并联调整式UPS（Delta变 换器）在线互动式UPS海备式正弦波UPS疝备式方波U

10、PS 第3章交流不间断电源UPS 5 山特 ups 电源：http:/ 一. 要组成部分 图1.1 小型在线式UPS框图 由于UPS功能的不同，其主电路结构和工作原理区别很大，但一般都包括以下组成部分。 1. 整流充电器 整流充电器可以把市电或油机的交流电能变为直流电能，为逆变器和蓄电池提供能量， 其性能的优劣直接影响 UPS勺输入指标。 (1)可控硅整流器 可控硅整流器输出容量大，可靠性高，工作频率低，滤波器体积大，噪声大，适用于输 入电压低、功率大的 UPS (2)二极管与绝缘栅双极晶体管 (IGBT)组合型整流器 二极管与IGBT组合型整流器的工作频率高，具有功率因数校正功能，滤波器体积

11、小， 嗓声低，可靠性高，适用于中小功率 UPS 2. 逆变器 逆变器用以把市电经整流后的直流电能或蓄电池的直流电能转换为电压和频率都比较稳 定的交流电能，其性能的优劣直接影响 UPS的输出性能指标。IGBT逆变器工作频率高 (2OkHz),滤波器体积小，噪声低，可靠性高。 3. 旁路开关 旁路开关是为提高 UPS(统工作的可靠性而设置的，能承受负载的瞬时过载或短路电流。 因UPS勺逆变器采用电子器件，如 IGBT管的过载能力仅为125%当UP袂电系统 出现过载 或短路故障时，UPS等自动切换到旁路，以保护 UPS勺逆变器不会因过载而损坏。 UP型电系 统转入旁路供电后，是由市电直接供给负载的，

12、因市电的系统容量大可提供足够的时间使过 载或短路回路的断路器跳闸，待系统切除过载或短路回路后，旁路开关将自动转换回来，由 UPSa续向其他负载供电。旁路开关可分为以下几种。 (1)静态旁路开关 第3章交流不间断电源UPS 6 山特 ups 电源：http:/ 静态旁路开关为无触点开关，由晶闸管开关器件构成。所谓电子式静态转换开关，是将 一对反向并联的快速晶闸管连接起来，作为 UPSS执行由市电旁路供电至逆变器供电切换操 作时的元件。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级，同小型继电器毫秒级的转换时间相比， 它只是小型继电器的千分之一左右。因此，依靠这种先进技术，可以对负载实现转换时间为 零的不间断供

13、电。正常工作时，只有逆变器供电通道或交流旁路电源通道中的一路电源向负 载供电。只有当upsm要执行由交流旁路电源供电至逆变器供电切换操作时，才会出现短暂 的(约几毫秒至几十毫秒)两路交流电源在时间上重叠向负载供电的情况。静态开关可以将转 换时间缩短到lms以下，甚至1OOu以内，但损耗较大。 (2)动态弟路开关 动态旁路开关为有触点开关，由接触器和断路器构成，靠机械动作完成转换，动态开关 转换过程会有几十毫秒的供电中断，故不能应用于重要的负载场合，现代的 UP史很少采用。 4.蓄电池 蓄电池用以为UP眺供一定后备时间的电能输出。在市电正常时，由充电器为其提供电 能并转换为化学能；在市电中断时，

14、其将化学能再转换为电能，为逆变器提供能量。 后备式UPS 后备式UPS是静止式UPS勺最初形式，因为应用得早，用得广泛，因而技术和产品都是 很成熟的。后备式 UPS的电路结构加图11所示。 图1-1后备式UPS的电路结构 1. 电路各环节的功能 (1) 充电器 当市电正常时，充电器对蓄电池进行充电和浮充电。 (2) DC/AC逆变器 当市电存在时，逆变器不工作；市电中断时，由它将直流电压(由蓄电池供给)转变成符 合负载要求的交流电压，电压波形有方波、准方波和正弦波三种形式。 (3) 输出转换开关 当市电存在时，输出转换开关接通输入电源，向负载供电；市电中断时，输出转换开关在断 开市电回的同时接

15、通逆变器，继续向负载供电。 (4) 智能调压电路第3章交流不间断电源UPS 7 市电存在时，智能调压电路可用来调节并稳定输出电压。 2. 后备式UPS勺工作原理 后备式UPS的工作原理为：当电网供电正常时，一路市电通过整流器对蓄电池进行充电， 而另一路市电通过自动稳压器初步稳压，吸收部分电网干扰后，再由旁路转换开关直接提供 给用户。此时，蓄电池处在充电状态，直到蓄电池充满而转人浮充状态。后备式正弦波输出 UPS的电路采用了抗干扰式分级调压稳压技术，当市电电压 180 250V之间变化时，其电压 稳定度达土 5% UPS相当于一台稳压性能较差的稳压器，仅对市电电压幅度波动有所改善， 对电网上出现

16、的频率不稳、波形畸变等“电污染”不作任何调整。 当电网电压或电网频率超出 UPS勺输入范围时，即在非正常的情况下，交流电的输入被 切断，充电器停止工作，蓄电池进行放电，在控制电路的控制下逆变器开始工作，使逆变器 产生220V、50Hz的交流电，此时UPS电系统转换为由蓄电池一逆变器继续向负载供电。 后备式UPS的优点是：产品价格低廉，运行费用低。由于在正常情况下逆变器处于非工 作状态，电网电能直接供给负载，因此后备式 UPS的电能转换效率很高。蓄电池的使用寿命 一般为3 5年。 后备式UPS的缺点是：当电网供电出现故障时，由电网供电转换到蓄电池经逆变器供电 瞬间存在一个较长的转换时间。对于那些

17、对电能质量要求较高的设备来说，这一转换时间的 长短是至关重要的。再者，由于后备式 UPS的逆变器不是经常工作的，因此不易掌握逆变器 的动态状况，容易形成隐性故障。后备式 UPS-般应用在一些非关键性的小功率设备上。 从上面后备式UPS的工作原理可以看出，在大部分供电时间内，负载所使用的电源就是 市电（或经过调压器简单调压的市电 ），负载还是会承受从市电网路进来的浪涌、尖脉冲、干 扰、频率漂移等不良影响。显然，这时的 UP饥质上是一台性能较差的稳压器，只能对市电 的电压高低问题有所改善，而不能解决大部分市电供电中的问题，它是一种价格便宜、技术 含量较低的UPS适合不太重要的单台 PC机使用。 3

18、. 后备式正弦波输出UPS的主要特点 后备式正弦波和方波输出的区别，主要就是逆变器工作时，输出的波形的不同。后备式 正弦波UPSffi蓄电池储存的直流电转换为正弦交流电，向负载提供的是高质量的无干扰的正 弦波交流电。后备式正弦波输出 UPS的单机输出功率为 0.25 2kVA,它具有以下特点： 后备式正弦波输出 UPS的波形失真系数小于 5%当后备式UPS勺负载过轻时，其波形 失真系数将有所增大，因此这种 UPS勺负载需达到其额定值的 30%A上。 后备式正弦波输出 UPS勺控制电路采用了 5OHz市电同步技术，在一定程度上解决了市 电一逆变器之间供电转换时的交流电同步问题。目前，市售产品的转

19、换时间大约为 4ms也 就是说，这类UP而进行市电 逆变器供电转换时，其转换时间决定了它对负载大约有 4ms 的供电中断，小于微型计算机允许的中断值 lO ms。 后备式正弦波输出 UP龄于市电供电状态时，由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负 山特 ups 电源：http:/ 8 山特 ups 电源：http:/ 载供电的，因此噪声较小；处于逆变器工作状态时，由于脉宽调制频率为 8kHz,因此噪声偏 大，一般在55dB左右。 后备式正弦波输出 UPS市电或逆变器供电时均采用同一电源变压器，其交流输出端 的相线与零线的位置是固定的。用户在连接这种 UPS俞出端的相线与零线时，必须遵守厂家 的有关规

20、定。另外要说明的是， 220V交流输出的零线也就是 UPS$制电路的地线。 4. 后备式方波输出UPS的主要特点 后备式方波输出 UPS的单机输出功率为 0.25 lkVA。该机型与后备式正弦波输出 UPS 的不同之处在于：当市电电压低于 180V或高于250V时向负载提供的是具有稳压特性的 5OHz 方波电源。后备式方波输出 UPS适宜接电阻性负载，如果接感性负载的话，会烧毁 UPS勺逆 变器或对负载造成损坏。后备式方波输出 UPSM有以下特点： 后备式方波输出 UPSE电路设计中采用了抗干扰式分级调压稳压技术。当市电电压在 180 250V之间变化时，它仍能向微型计算机提供抗电网干扰的稳压

21、电源；当市电中断时， 它向负载提供的交流电不是正弦波而是方波，其电压稳定度可达土 5% 后备式方波输出 UPS勺逆变器输出的方波脉冲宽度和峰值与负载电流的关系是：负载 越重，方波脉冲的宽度越大，而方波脉冲的峰值越小。当 UPS空载时，方波脉冲的宽度最窄 （约 98 ）,方波的峰值最大（约311V）。因此，这种UPS从市电供电转换到逆变器供电的瞬间， 负载要承受严峻的电压冲击。同时，由于方波输出中包含有大量的高次谐波分量，因此相对 于方波输出UPS而言，负载的整流滤波电容要承受较大的容性电流冲击。 后备式方波输出 UPS线路设计中没有采取 50Hz市电同步技术，因此在进行市电 -一逆 变器供电转

22、换过程中，有可能出现瞬时的交流电短路，有时负载在转换瞬间要承受接近电源 电压两倍的电压的冲击。另外，方波输出时其正、负方波电压脉冲之间有可能出现近 5ms的 零电压时间，加上在市电供电 -逆变器供电转换过程中继电器有约 4ms的转换时间，就可能 出现9ms的供电中断。也就是说/这种类型UPS专换时间的长短带有偶然性，其变化范围为 4 9m& 后备式方波输出 UP%管是处于市电供电状态还是逆变器供电状态，它的工作频率都 是5OHM所以这种UPS的噪声较小。 后备式方波输出 UP而市电供电和逆变器供电时都采用同一电源变压器，它的交流输 出相线与零线的位置是固定的，用户在连接这种 UPS俞出

23、线的相线和零线时，必须遵守厂家 的有关规定，不能改变其相互关系。 后备式方波输出 UPS勺产品说明书规定，它只能连接微型计算机及其外围设备，不能 同其他性质的负载相连。否则，产品的技术性能得不到保证，还有损坏 UPS勺危险。 第3章交流不间断电源UPS 9 山特 ups 电源：http:/ 后备式方波输出 UPM能进行频繁的关闭和启动操作。一般要求在关闭 UPS后至少要等 待6,左石才能再次开启，否则可能出现既无市电输出又无逆变器电压输出的不正常现象。第3章交流不间断电源UPS 10 山特 ups 电源：http:/ 三. 在线式UPS 对电源要求越来越高的信息设备，采用后备式和互动式 UPS

24、时其供电的技术指标都不如在 线式UPS所谓在线式，是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电 路，即逆变电路始终处于工作状态。在线式 UPSH般为双变换结构。所谓双变换是指 UPSE 常工作时，电能经过了 AC/DG DC/AC两次变换后再供给负载。 当然为了提高的可靠性，双变换大线式 UPS一般增加了自动旁路电路。小功率采用继电 器转换便能满足要求，而大功率一般为采用可控硅（ SCR）方式的静态开关。功率较大的 UPS 在此基础上还增加了手动旁路（维修开关） ，用于维修时保证负载继续运行。 1 .双变换在线式UPS 1）电路各环节功能 当前，绝大多数在线式 UPS都采用双变换

25、电 路结构，图1-2为双变换在线式 UPS结构图。 变换器1:该变换器为AC/DC单向变换。 当市电存在时，它完成对蓄电池的充电，并 通过变换器2向负载供电。该变换器多为不 可控整流或可控整流电路。 变换器2:该变换器为DC/AC单向逆变。当市电存在时，它由变换器 1获得直流电能后再 转换为交流电源；当市电中断时，由蓄电池通过变换器 2向负载供电。 旁路开关：平时处在断开状态，当变换电路发生故障，负载有冲击性故障（例如启动负载 时）或发生过载故障时，变换器停止输出，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。 （2）在线式UPS的工作原理 在线式UPS的

26、工作原理如图1-3所示。当电网供电正常时，电网输入的电压一路经过噪 声滤波器去除电网中的高频干扰，以得到纯净的电压，然后进入充电器对蓄电池充电；另一 路进入整流器进行整流和滤波，并将交流电转换为平滑直流电供给逆变器，而逆变器又将直 流电转换成220V、50Hz的交流电供电负载使用。 另一部分产品把蓄电池直接挂在直流母排上，如图。通过谐振变换器把市电变成 20kHZ、 410V的高频高压正弦波，经整流后提供给电池充电及逆变器输入。 当发生断电时，交流电的输入被切断，充电器不再工作，但这 时蓄电池放电，把能量输 送到逆变器，再由逆变器把直流电转换为交流电供负载使用。 T 图12双变换在线式UPS蜻

27、杓图 第3章交流不间断电源UPS 11 山特 ups 电源：http:/ 图1-3在线式UPS工作原理框图 目前，在线式 UPS使用得较为普遍。无论市电正常与否，在线式 UPS的逆变器始终处 于工作状态。在线式 UPS可以从根本上完全消除来自市电的任何电压波动和干扰对负载工作 的影响，对电网供电起到“净化”作用，真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频供电。在 线式UPS输出的正弦波的波形失真系数小，目前一般市售产品的波形失真系数均在 3%以内。 当市电供电中断时，UPS的输出不需要一个开关转换时间，因此其负载电能的供应是平 滑稳定的。在线式 UPS能实现对负载的真正的不间断供电，因此从市电供电到

28、市电中断的过 程中，UPS对负载供电的转换时间为零。 由于在线式UPS工作过程是平时对蓄电池充电，当市电供电中断或超出 UPSt许输入范围 时，再由逆变器将蓄电池的电能逆变成交流电能，因此其电能的转化过程中有大约 20%勺电 能损失，而且该过程所产生的热能又影响周围蓄电池的寿命和电路的可靠性。 （3）传统双变换在线式 UPS 这是一种目前应用历史最长，认为性能最好的 UPS它的结构特点是除了具有整流器和逆 变器外，还有输出隔离变压器。增加隔离变压器主要原因是：由于过去电力电子器件的限制， 缺少高耐压、大电流的功率器件作逆变器，整流器变换出的直流电压不能很高，所以逆变器 输出的交流电电压较低，需

29、要输出隔离变压器再进行一次升压。因其配有输出隔离变压 器，可以将负载与市电中线进行有效的隔离和缓冲。 它的工作特点是交流市电经整流器变为稳压直流，经过电容滤波后由逆变器变换为纯净 的交流电，再经输出隔离变压器输出稳定适用的交流电压供给负载。由于负载功率完全通过 两个变换器，因此属于串联调整范畴。属于这种结构的 UPS有IMEL、ImvSsiteproFenton 、 M.G ElFide（大容量挡）、Sicon及SoCome铮，这类 UPSI有以下特点： 除作单机运行外，还可并联增容和冗余， UP%多机并联时可共用一套蓄电池组或具 有各自的蓄电池组； 输出电压无三次谐波，对两个方向上的电压变化

30、都有缓冲作用； 负载电压上无直流电流分量，容量可达 5OOkVAA上； 传统双变换在线式 UPS勺拓扑结构如图1-4所示。在图1-4中，AC/DC采用全波整流滤 波电路，整流器可为 SC盈控整流、半控整流及不控整流。可控硅 （SCR）整流一般用在中、 大功率UPS中，技术相当成熟。SC作在低频。控制简单，运行稳定可靠，效率高，整流 器造价低。而对于小功率 UPS来说，则将220V交流电直接整流滤波更简单、更可靠，成本更 低。UPS勺稳压功能是由逆变器 DC/AC来完成。 这种拓扑结构的 UPS输入功率因数低（一般为0.7左右），输入电流谐波大（最大达 30%）,改用12相整流（三相输入）或加输

31、入滤波电感，输入功率因数可提高到 0.9左右，谐 波电流降到10%以下。 UPS的输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流污染市电电网，以脉动 断续方式向电第3章交流不间断电源UPS 12 山特 ups 电源：http:/ 网索取电流。这种脉动电流在市电电网沿线路阻抗上形成脉动电压并叠加在电 网电压的正弦波上，造成电压失真，这就是所谓电力公害，使得同一电网供电的变压器、电 动机等产生附加谐波损耗、过热、加速绝缘老化，高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射 干扰并影响电表计量精度。 图1-4传统双变换在线式UPS勺拓扑结构 图1-4中蓄电池组通过二极管或可控管与市电整流滤波输出端并联，称

32、为直流母线 (BuS)。当整流后的电压低于蓄电池电压时，则由蓄电池向逆变器提供电能。逆变器的逆变桥 一般由600V的IGBT构成，IGBT 一般工作在20kHz左右的SPW眺态。变压器 T2具有电气隔 离、升压以及采用其漏感达到滤波的作用。也有在 T2的初级侧串接隔直电容的，以防变压器 饱和电流大而损害功率器件。 对于图14所示电路，如想拓宽输入电压范围，可在输入整流前加一个自动稳压装置 (AVR)。当三相输入时，则在输入端接一个 Y/型工频变压器，同样适用于上述电路。 (4)带有源功率因数校正电路的双变换式 UPS 采用电感等无源功率因数校正 (Power Factor Correction

33、 ,)电路的UP%积大，抑制 高次谐波效果差。在 UPS俞入端增加有源功率因数校正( Active Pwer Factor Correc-tin , APF。电路，能有效地抑制高次谐波。比较典型的电路拓扑是采用 UC3854控制升压式变换器 (Boost)的拓扑，它采用平均电流控制模式，具有较好的校正效果，功率因数值能达到 0.99 , 输入电流谐波(THD)小于5%同时，一般在输入 160 270V电压均有较好的稳压效果，也很 容易做到输入120 160V电压时UP弛能工作，但必须降载使用 (33% 50颇载)。 图1-5所示电路中蓄电池组一般采用 30节至36节12V蓄电池，蓄电池 Boo

34、st升压与交 流PFC勺输出电压一般为直流 380V,供给逆变桥。第3章交流不间断电源UPS 13 图1-5带APF4勺双变换式UPS朴结构 图1-5中开关管S和二极管VD5处于硬开关状态。当 S开通时，电流上升和电压下降同 时进行；S关断时，电流下降和电压上升同时进行，于是存在开关损耗。当开关管硬关断时， 感性元件感应出较高的尖峰电压，易造成开关管高压击穿；二极管由导通变为截止时，存在 反向恢复时间，易造成直流电源瞬间短路。为了解决上述问题，特别在大功率应用中，采用 UC3855制的ZVT（零电压）-PFC拓扑结构。 （5）双隔离的双变换式 UPS 在图1-4和图1-5所示电路拓扑中，当系统

35、处于旁路状态时，输入电压的干扰直接传输 给了输出。图1-6所示的电路拓扑采用双隔离变压器，可以彻底隔离逆变和旁路输入干扰对 输出的影响，同时可以使输出的零地 （N、G）电压低于IV,在计算机网络中可以减小传输误 码率和提高传输速度。但双隔离变压器的增加会导致 UPS1量的增加和成本的提高。因此许 多厂家把隔离变压器作为可选件供用户选用。 图1-6 双隔离的双变换式 UP制朴结构 2.在线式正弦波输出UPS的特点 在线式正弦波输出 UPSi要具有以下特点： 由于在线式UPS6论是在市电正常时还是在市电中断，由机内蓄电池向逆变器供电期 间，它对负载的供电均是由 UPS的逆变器的逆变器提供的。正因为

36、如此，这就从根本上消除 了来自市电电网的任何电压波动和干扰对负载工作的影响，真正实现了对负载的无干扰稳压 供电。这显然不是任何一种抗干扰交流稳压电源所能解决的。当市电电压变化范围为 180 250V时，它的输出电压稳定范围可达 220V 3%正弦波的工作频率稳定范围为 50Hz土 1%. 山特 ups 电源：http:/ 14 山特 ups 电源：http:/ 在线式UPS俞出正弦波的波形失真系数最小，一般小于 3% 市电中断时在线式 UPS能真正实现对负载的不间断供电。在线式 UPSO是由逆变器向 负载供电的。其对负载供电的转换时间为零。 在线式UP制后备式UPS相比，具有优良的输出电压瞬变

37、特性。一般在 100濒载加载 或100濒载减载时，它的输出电压变化范围为 1%左右，这种变化的持续时间一般为 1 3周 波。 在线式UPSH般采用20kHz以上的PW眦术，其噪声较小，约为 5OdB 在线式UPS的控制电路中，采用了输入变压器、输出变压器及光电藕合器件等，将“强 电”驱动部分与“弱电”控制线路部分从电的角度隔离开来，因而电路的可靠性得到了极大 的提高。这种UPS勺故障率一般都很低。 四.在线互动式UPS 在线互动式UPS有时被称为“准在线”输出 UPS。在市电正常时，在线互动式 UPS供 给负载的是改善了的市电；市电故障时，负载完全由蓄电池提供的能量经逆变器变换后供电。 在线互

38、动式UPS中有一个双向变换器 （Bidlrec-tionalConverter）,既可以当逆变器使用，又可 作为充电器。所谓互动式就是指电源根据输入市电情况通过升降压或逆变实时调整电压输出。 （1） 电路各环节功能 输入开关：当市电中断（指电网失压）时，断开开关，防止逆变器向电网馈电。 智能调压：当市电存在时，可调节 UPS勺输出电压（由智能开关调节变压器抽头完 成输出电压的调整。） 变换器：此变换器为双向变换方式。当市电存在时，变换方向是 AC/DC给蓄电池 充电并浮充；市电掉电后，变换方向为 DC/AC由蓄电池供电，保持 UPSI!续向负载供电。 图1 9中交流输入端Li N为第一端口，双

39、向变换器绕组 78为第二端口，输出电 压端L。一 N为第三端口。当输入市电在规定范围内变化时， UPS通过调整变压器的抽头来大 致稳定电压。当需要进行抽头调整时，首先启动双向变换器，使其处于逆变工作状态，再进 行抽头换接，图1-9给出了一种在线互动式 UPS的典型拓朴。 图1-9在线式互动式upsa型拓朴 第3章交流不间断电源UPS 15 山特 ups 电源：http:/ 待抽头换接完毕后，停止双向变换器的逆变工作状态，进入充电状态，这时输第3章交流不间断电源UPS 16 山特 ups 电源：http:/ 出由市电供电。如果需要对输入、输出进行电气隔离，则可改变压器自耦式为隔离式。 这种拓朴与

40、双变换式相比，由于没有经过两次变换，其功率损失明显低于双变换机， 因而效率高，可达 95%以上，在市电供电时过载能力可达 200%不带PFC的双变模式UPS ? 于采用可控硅 （或二极管） 整流，即使负载为线性负载，也会对市电产生较强的谐波电流， 但互动式UPSS带线性负载时不会对市电产生污染。这种拓朴的缺点是： 在市电供电时，输入电压只是幅度有所改善，而输入的失真、干扰等传递给了输出； 动态性能不好，在输入电压或负载电流突变时，输出电压突变较大，恢复到新稳态 所需时间长； 稳压精度较差，对电网适应范围窄，如要提高精度和扩大适应范围。则必须增加变 压器抽头的个数； UPS的输入功率因数由负载决

41、定，如带计算机等整流性负载时，其输入功率因数也 只有0.7左右； 当双向变换器作为充电器使用时，其充电电压和电流不可控，大大地降低了蓄电池 的使用寿命。 五.串并联调整式 UPS 调整式UPS在在线互动的基础上进行了重大改进，采用双向逆变器代替调压稳压器，产 生既有串联调整又有并联调整的双重调整结构。 Delta变换型UPS的工作原理 图1-10是Delta变换型UPS勺结构图。Delta变换器是一个正弦波电流源，串接在主 电路中，它的功能是提供正弦波电流，监控蓄电池组的充电电平，调整输入功率因数，以及 补偿市电电压与输出电压之间的差值 U。从电路结构上讲，它是一个双向变换器，逆变时输 出功率

42、，在主电路中对输入电压进行补偿；整流时吸收功率，对输入电压进行补偿。 该拓朴一般应用在三相大功率 UPS中，这种双变换电路拓朴把交流稳压技术中的电压 补偿原理应用到 UPS的主电路拓朴中。在主调压的基础上，再叠加一个可大可小、可正可负 的电压，来弥补 UPS输出电压与输入市电的差异，使 UPSfe宽了市电输入范围。提高了输出 稳压精度。 第3章交流不间断电源UPS 17 山特 ups 电源：http:/ （1） Delta变换器 它是一组DC/AC AC/DCM向变换器，它的输出变压器的副边串联在 UP注电路中，其 作用有三个： 对UPS俞入端进行输入功率因数补偿，使输入功率因数等于 1,输入

43、谐波电流降到 3% 以下。 当市电存在时，与主变换器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，Delta变换器吸收功率，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，Delta变换器输出功率，正极性补偿输入、输出电压的差值，是串联补偿。 变换器承担的最大功率（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（最大有功功率仅为输出功率的 1/5左右），功率余量 大，这就大大增强了 UPS勺输出能力。与双变换在线式 UP秒目比，过载能力得到了增强（200%, 1min）,不再对负载电流波峰系数予以限制，可从容

44、地对付冲击性负载，也不再对负载功率因 数进行限制，输出有功功率可以等于标定的 kVA值。 与主变换器一起完成对蓄电池的充电和浮充功能。 （2） 主变换器 该变换器同样是 DC/AC AC/DC双向变换器，它的功能有四个： 同Delta变换器一起完成对输入、输出电压差值的补偿； 同Delta变换器一起完成对蓄电池的充电和电压浮充功能； 随时检测输出电压，保证输出电压的稳定（是个电压源） ，并对负载电流谐波成分进行 补偿，使其不对电网产生影响（属于并联补偿） ； 当市电中断时，全部输出功率由主变换器给出，并且保证输出电压不间断，轮换时间为 零，当负载电流发生畸变时，也由主变换器调整补偿掉。在市电存

45、在时，由于两个逆变器承 担的最大有功功率仅为输出功率的 1/5左右，所以元器乃至整机的寿命可靠性必然大幅度提 高。整机效率在很大的功率范围内都可达到 96% （3） 串并联调整结构 UPS的缺陷 在市电存在时，Delta变换器承担的最大有功功率为额定功率的 20稣右，但两个变换 器承担的无功功率可能为输出功率的一倍。 市电 输入 - 主电路静工 J 蠢开关 JJelia 推入 接触器 筮 1 蓄电池 1 _ 主业换器 L4 _ 1-10 Delta变换型UPS的结构图 物出 村出接触景 第3章交流不间断电源UPS 18 山特 ups 电源：http:/ 效率是个可变量，只有市电输入为额定值，负

46、载为线性负载时，效率才达到最高值。 尽管输入由两只可控硅隔离，当输入停电甚至出现短路时，相当于 Delta变换器的负 载出现过载或短路，将会断电， Delta变换器将进入保护状态。若保护失效，则故障将是毁 灭性的。事实上，电网停电或短路时有发生，相比之下双变换式 UPS却不会出现此现象。 Delta变换型UPS虽然也是一种双变换电路，但不同于传统双变换型 UPS传统型UPS 中两个变换器的工作是不可逆的，即第一个变换器只管整流，第二个变换器只管逆变。而图 1-10中两个变换器都是可逆工作的，两个变换器随时交替工作在整流和逆变状态下，在 PWM 控制下经L3g波后取平均值。整流宽度大于逆变宽度时

47、，平均值效果是给出功率，反之是吸 收功率。 第三节 UPS冗余供电 任何设备总有出故障的的时候，为进一步提高整个电源系统的可靠性，需要采用冗余供 电方案。目前，应用最为广泛的冗余供电方式有主备冗余供电方式和全冗余并联方式。在讨 论冗余供电之前，首先应了解在线式 UPS勺四种工作状态。 (1) 市电正常 在正常工作状态下，由市电提供能量，整流器将交流电转化为直流电，逆变器将经整 流后的直流电转化为纯净的交流电并提供给负载，同时充电器对蓄电池组浮充电。 (2) 市电异常 在市电断电或者输入市电的电压或频率超出允许范围时，整流器自动关闭。此时，由 蓄电池组提供的直流电经逆变器转化为纯净的交流电并提供

48、给负载。 (3) 市电恢复正常 当市电恢复到正常后，整流器重新提供经整流后的直流电给逆变器，同时由充电器对 蓄电池组充电。 (4)旁路状态 静态旁路是UPS系统的重要组成部分，在下列两种情况下 UPSM于旁路。 当负载超载、短路(实际上可以看成是一种严重的超载 )或者逆变器故障时，为了保 证不中断对负载的供电，静态旁路开关动作，由市电直接向负载供电。 维修或测试时，为了安全操作，将维修旁路开关闭合，由市电直接向负载供电。把 UPS 系统隔离，这种切换可保证在 UPS佥修或测试时对负载的不间断供电。 一.UPS的热备份连接 热备份连接是指当单台 UPS能满足用户提出的供电可靠性要求时，就需要再接

49、入一台 同规格的单机来提高可靠性。任何具有旁路环节的 UPStE可以进行热备份连接，这种连接非 第3章交流不间断电源UPS 19 山特 ups 电源：http:/ 常简单，当把 UPS1作为主输出电源而把 USP2作为备用机时，只需将备用机 UPS2的输出与 UPS1的旁路输入端相连就可以了，不过此时 UPS1的旁路输入端一定要与其输入端断开。在 正常情况下，由UPSl向负载供电，而 UPS2处于热备份状态空载运行；当 UPSl故障时，UPS2 投入运行，接替 UPSl继续向负载供电。只有当 UPS盅载或逆变器故障时，才闭合 UPS2的旁 路开关，负载转为由市电供电。为节约投资，还可以采用 N

50、+1多机主备冗余供电，即二台以 上的主机UPS勺旁路开关一起连接到备机 UPS的输出上。第3章交流不间断电源UPS 20 山特 ups 电源：http:/ 两台热备份连接的 UPS系统可靠性比单台 UPS的可靠性提高了两个数量级，并且这种 系统的连接方式简单易行，即使是不同品牌的机器，只要规格、容量相同，就可连接，不需 再增加另外的设备。若两台不同容量的 UPS相连，其容量只能按最小的那一台计算。 单台UP龄于旁路工作状态时，负载不受 UPS呆护。此时，如果发生交流电中断、过压 等故障，就将造成负载电源供应中断或设备损坏。因此，很自然想到用一台 UPS的输出作为 另一台UPS主机的静态旁路电源

51、，这就是双机主备冗余供电，也叫双机串联冗余供电，如图 2-1所示。 (1)工作原理简述 正常情况下，负载的工作电源由 UPS主机 的逆变器提供，备机处于空载运行状态。 UPS1主机故障时，主机转为旁路供电，此 时UPS2备机的逆变器输出通过主机静态旁路开关 供给负载电源。UPS主机故障转为旁路在毫微秒的 时间内完成，不会产生负载电源中断。 备机故障时，备机转为旁路。此时主机的 静态旁路输入的不再是备机的逆变器输出，而是交 流电经过备机的静态旁路开关供给，此时相当于主 机单机工作。 UP主、备机同时故障时， UPSi、备机同时转为旁路工作，交流电经过备机的静态旁 路开关，再经主机的静态旁路开关供

52、给负载电源。当然， UPS主、备机同时故障的可能性极 小。 (2) 优点 安装方便，易于实现。只要 UPS主机具有独立的静态旁路输入口，就可以很容易地 实现UPS主、备机冗余供电，甚至是不同型号、不同品牌的 UPS都可以很方便地组成双机 冗余供电。 可靠性高。系统调试时，只要将 UPS主、备机的输出电压调整一致即可。根据实际经 验，UPSZ机主、备冗余供电的可靠性高于双机并联冗余供电。 (3) 缺点 双机冗余提高了 UPS电源供电系统的可靠性，但存在以下一些缺点。 主UP外身发生故障时，可能无法切换而造成输出中断。当主 UPSJ部电源板或电源 模块发生故障时，主 UP法立即停止工作，输出中断。

53、此时，主 UPS也不可能再从静态开关 转向旁路，这时即使从 UPS是好的也无济于事，整个计算机系统的供电将被中断。当主 UPS 控制电路出现问题后，在逆变器烧毁的瞬间 (此时不满足切换条件)及出现一些其他原因时， 也可能会出现静态开关不切换而造成供电中断的现象。 切换瞬时输出出现间断。 UPS电系统为保证输出波形连续，采用先合后断技术，即 旁路通过静态开关与逆变器输出有一叠加过程以保证输出无间断，但这两路电压必须保证频 山特 ups 电源：http:/ 1 戏机主蓄冗余供电方式 第3章交流不间断电源UPS 21 率、相位相幅值完全一致，否则将有可能造成切换过程申输出的不连续。在频率正常的情况

54、下，主UP朋带载工况，从 UP朋空载。而在电网频率偏离 UPS艮踪频率范围时， UPS将启 动自身晶体振荡器，由于两台 UPS为独立系统，无法进行 “锁相”跟踪，如在此时发生切换 过程，输出波形将会有更大的输出间断时间。特别是在主 UPS逆变器发生故障，强行切换时， 由于无法进行正常跟踪，将有可能出现较大的间断时间，甚至切换失败。 在双机主备冗余方式的供电系统中，增加了两个公共故障点。一旦主 UPS静态开关出 现故障，此时又要求切换，则会造成负载供电中断。发生过载时，主、从 UPSa依次转旁路， 这时UPS勺静态开关如出现问题，也将造成输出中断。 设备使用效率低。在整个供电过程中，始终有一台

55、UPSK期闲置不用，使用效率低， 并且备份UPS勺蓄电池长期处于浮充状态下，蓄电池无法放电，使用寿命大大缩短。但可以 增加一个主从转换装置，定期将主机与从机进行转换，对主、从机的蓄电池轮流充放电，以 解决此问题。但是在主、从转换过程中，从机处于空载运行状态，一旦出现切换过程，负载 量将从0突变到100%整流器和逆变器将受到大电流冲击，易于损坏，影响正常输出，甚至 断电。 维修困难。当主机发生故障，切换到从机供电时，用户负载不能停机，无法关闭主 UPS 进行维修。一旦从机出现故障，会造成整个供电系统中断。 UPSf1联冗余方式 从一般原理上讲，普通在线式 UPSO可直接并联，但应说明的一点是，这

56、些 UPS5须由 同一路电网供电。在这种情况下， UPS的逆变器永远在跟踪旁路市电，由于这些 UPSE在跟 踪同一路市电，也就相当于互相在相位上跟踪。这些 UP而频率和相位上都是一致的，因此 可以并联，但这种并联是不保险的，主要原因如下。 虽然它们都在频率和相位上跟踪旁路，但在相位上有超前和落后之分。一般大容量 UPS 的相位跟踪误差为土 3。，如果这两台并联的 UPS一个是+3。，另一个是-3 ,那么它们两 个并联后就有可能在相位上差了 6 ,这就有可能使输出电压相差 30V,将会在UPS输出端 造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。如图 1-3 (a)第3章交流不间断电源UPS 22 山特

57、 ups 电源：http:/ 图1.33在两台UPS电源之间所可能形成的环流示意图 虽然它们都在频率和相位上跟踪旁路，但在相位上有超前和落后之分。一般大容量 UPS 的相位跟踪误差为土 3。，如果这两台并联的 UPS一个是+3。，另一个是-3 ,那么它们两 个并联后就有可能在相位上差了 6 ,这就有可能使输出电压相差 30V,将会在UPS输出端 造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。如图 1-3 (a) 另外，虽然是同型号、同规格的 UPS变器，但逆变器参数和和变压器参数的微小差异 会导致输出电压不一样，比如一个为 218V而另一个为220V,也将会在UPS俞出端造成很大 的环流，使逆变器因过

58、载而烧毁。如图 1-3 (b) UP浙联连接的目的是提高 UPS供电系统的可靠性，增加了 UPS系统的容量。而并联连 接要解决的关键问题是处于并机状态的各台 UPS勺逆变器，应在同时同步跟踪交流旁路电源 的条件下，满足同幅度、同频率和同相位的要求，以达到均分负载和环流为零的目的。 当并联UPS系统中任何一台的逆变器出现故障 (包括过载、短路相蓄电池过放电而停止 工作等)时，均不能将本身的负载单独转到旁路上，而是将负载分配到与其并联的其他 UPS 上去。只有并联系统申所有 UPS的逆变器都停止工作时，才集体转到旁路上。 因此一套设计完善的 UPS并机冗余供电系统必需具备以下功能 锁相同步调节功能

59、 山特 ups 电源：http:/ 辱.但不俺保证凯率或相愤相等 时，可能暗谜的瞬薨41压整 山)当两台UPS担保证其械率和相位 却等.但不惦保证输沮电n相鲫时 可储形也侧噩布电氏芸 当两台UPS的逆,食器输出咽荷 不推保曜同顿率、同拥垃耿同帼 度时可推出现的环斑 (心惜雄我谑波章由或时出现的I工 原放形和电琉波膀 第3章交流不间断电源UPS 23 山特 ups 电源：http:/ 为确保UPS电源能安全、可靠地执行市电交流旁路供电与逆变器供电的切换操作，要求 UPS的逆变器电源的输出频率和相位必须尽可能的与交流旁路的市电电源保持一致，即二者 处于严格的锁相同步跟踪状态。对处于并机系统的二台

60、UPS逆变器来说，同步跟踪同一市电 的同时，还必须对出现在两台 UPS相互之间的相位差进行微调使之尽可能地趋向于 0。从而 实现并机冗余供电系统的锁相同步的完美调控。 均流功能 为充分发挥系统容量、提高可靠性，因此必须对每台 UPS逆变器的输出电压进行动态微 调，使每台UP路分担负载总电流的平均值。均流不平衡度过大，不仅会导致 UPSa障率增 大、带载能力下降，严重时还会造成并机系统只能运行在单机状态。 选择性脱机“跳闸”功能 在UPS并机系统的运行中，如果某台 UPS勺逆变器出现故障，并机逻辑控制电路必须在 准确地识别出哪台单机出故障的同时，对并机系统执行如下操作： 1 .自动关闭有故障的单台 UP