ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電(dian)(dian)(dian)（220V）通過(guo)(guo)可(ke)調充電(dian)(dian)(dian)器(qi)向蓄電(dian)(dian)(dian)池充電(dian)(dian)(dian)，同時(shi)自啟(qi)動繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)K1吸合(he)，R1與(yu)VZ1、VZ2對蓄電(dian)(dian)(dian)池+24V電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)進行分壓(ya)(ya)采樣，采樣電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)Vo通過(guo)(guo)R2、VD3加(jia)到V1基(ji)極，使V1處于線(xian)性放(fang)大狀態，V2、V3深度飽(bao)和，直流控(kong)制繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)K吸合(he)，+24V電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)通過(guo)(guo)K、K1送至逆(ni)變器(qi)V+端(duan)，逆(ni)變器(qi)工作(zuo)，輸出(chu)220V正弦波(bo)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，同時(shi)自鎖繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)K2吸合(he)。

當(dang)市(shi)電(dian)斷(duan)電(dian)時(shi)，K1斷(duan)開(kai)，初時(shi)輸人電(dian)壓(ya)+24V不變，K繼續(xu)吸合，由于K2的自鎖(suo)作(zuo)用，+24V仍正(zheng)常送至(zhi)逆變器。經一段時(shi)間后(hou)(hou)，電(dian)池電(dian)壓(ya)開(kai)始下(xia)降，Vo跟著下(xia)降，V1導通(tong)減弱，V2升(sheng)高；當(dang)嘰升(sheng)高至(zhi)一定值（即蓄電(dian)池電(dian)壓(ya)下(xia)降至(zhi)22V）后(hou)(hou)，V2退出(chu)飽(bao)和進人線性放大，V3迅速下(xia)降;V3通(tong)過R7反饋至(zhi)V1基極，使得V2繼續(xu)升(sheng)高，形成一個雪(xue)崩過程(cheng)。

V2、V3迅速截止，K斷開，蓄(xu)電(dian)池(chi)送至逆變(bian)(bian)器(qi)的+24V直流被切(qie)斷，逆變(bian)(bian)器(qi)停止工作，同時K2斷開。逆變(bian)(bian)器(qi)停止工作后(hou)，由(you)于(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)內電(dian)動勢的作用，蓄(xu)電(dian)池(chi)很(hen)快(kuai)恢復24V電(dian)壓，與常(chang)態一樣，V2、V3飽(bao)和，K吸合(he)。

但(dan)由于此時K1、K2均斷開，+24V無法到達逆變(bian)器，逆變(bian)器不工作(zuo)，從(cong)而(er)保護了蓄(xu)電(dian)池。只有(you)當市電(dian)恢(hui)復正(zheng)常后，K1吸合，逆變(bian)器才(cai)能(neng)工作(zuo)，此時充(chong)電(dian)器已(yi)向蓄(xu)電(dian)池充(chong)電(dian)。

調整R1可在(zai)市電(dian)(dian)斷電(dian)(dian)時校準蓄電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓(ya)下(xia)限(xian)保護起控值，亦同(tong)時調整市電(dian)(dian)斷電(dian)(dian)時UPS的最長工(gong)作時間(jian)。

元器(qi)(qi)件選擇：充電(dian)(dian)器(qi)(qi)選用市售24～12V/50A可(ke)調充電(dian)(dian)器(qi)(qi)；逆變(bian)器(qi)(qi)選用功率500V·A、直流(liu)工作電(dian)(dian)壓為(wei)(wei)24V逆變(bian)器(qi)(qi)；蓄電(dian)(dian)池選用兩個12.80A·h鉛蓄電(dian)(dian)池串接；交流(liu)繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)規格為(wei)(wei)220V/10A；直流(liu)繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)規格為(wei)(wei)24V/20A。

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UPS電路結構種類

當(dang)前(qian)技術成(cheng)熟并(bing)已形成(cheng)產品的各種(zhong)UPS，就其(qi)主電(dian)(dian)路結(jie)構和不停電(dian)(dian)供電(dian)(dian)運(yun)行機制來(lai)看，主要有幾大類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆(ni)變(bian)電壓(ya)補償(chang)在線(xian)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)電(dian)器：市(shi)電(dian)存在(zai)時，對蓄電(dian)池充(chong)電(dian)并浮充(chong)，如果是長延(yan)時UPS，就要求它有(you)較強的充(chong)電(dian)能力，或者外加(jia)相應容量(liang)的附(fu)加(jia)充(chong)電(dian)器。

DC-AC逆(ni)變器：市電(dian)(dian)存在時(shi)，逆(ni)變器不工作；市電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，由它(ta)將直流電(dian)(dian)壓(ya)（電(dian)(dian)池供給(gei)）變成符合負(fu)載要求的交流電(dian)(dian)壓(ya)，電(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形有(you)方(fang)波(bo)、準(zhun)方(fang)波(bo)、正(zheng)弦波(bo)三(san)種(zhong)形式。

輸(shu)出轉換開(kai)關(guan)：市電(dian)存(cun)在時，接(jie)通輸(shu)入電(dian)源向負載(zai)供電(dian)；市電(dian)掉電(dian)時，斷開(kai)電(dian)網，接(jie)通逆變器(qi)，繼續向負載(zai)供電(dian)。 智能調(diao)壓：市電(dian)存(cun)在時，可調(diao)節穩定輸(shu)出電(dian)壓。

后備式UPS的性能特點是：

·當市電(dian)存(cun)在(zai)時，效率高，可達98%以上；

·當市電(dian)存在(zai)時，輸(shu)入(ru)(ru)功(gong)率因(yin)(yin)數(shu)和(he)輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)流(liu)諧波取(qu)決于負(fu)載電(dian)流(liu)，UPS本身(shen)不 產生(sheng)附加輸(shu)入(ru)(ru)功(gong)率因(yin)(yin)數(shu)和(he)諧波電(dian)流(liu)失真；

·當市電(dian)(dian)存在(zai)時(shi)，輸(shu)出能力(li)強(qiang)，對負載(zai)電(dian)(dian)流波峰系數(shu)、浪涌電(dian)(dian)流系數(shu)、輸(shu)出功率因(yin)數(shu)、過載(zai)等沒(mei)有嚴格地限制；

·市電掉電時，輸出有轉換時間,一般可做到4ms左右(you),足以滿足負載要求；

·當(dang)市電存(cun)在時，輸出電壓穩定精度(du)差(cha)，但能滿(man)足負載要(yao)求；

·當(dang)市電存在時(shi)，整機要靠附(fu)加濾波(bo)電路提高(gao)UPS雙向(xiang)抗干(gan)擾功(gong)能；

·電(dian)路簡單，成本低，可靠(kao)性高；

·由于輸(shu)出有(you)轉換(huan)開(kai)關，受切換(huan)電流能力和動作時間的限制，UPS輸(shu)出功率做大有(you)一定困難，當(dang)前面市的后備(bei)式UPS多在2KVA以(yi)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(kai)關：當(dang)市電掉電時(shi)（指(zhi)電網失壓(ya)），斷開(kai)開(kai)關，防止逆變器(qi)向電網饋(kui)電；

·智能調(diao)壓：市電存在時，可(ke)調(diao)節穩定輸出(chu)電壓；

·DC/AC逆(ni)變器(qi)：此逆(ni)變器(qi)可雙(shuang)向逆(ni)變，當市電(dian)存在時，逆(ni)變方(fang)(fang)向是(shi)AC- DC, 給電(dian)池充電(dian)并浮(fu)充；市電(dian)掉(diao)電(dian)后，逆(ni)變方(fang)(fang)向為DC-AC，由電(dian)池供電(dian)，保持(chi)UPS繼續(xu)向負載供電(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電存在時，效率高(gao)，可達98%以上；

·當市電存在時，輸入功率因(yin)數和輸入電流諧波成份取決于負載 電流，UPS本 身不產生(sheng)附(fu)加輸入功率因(yin)數和諧波電流失真；

·當(dang)市電存在時，輸(shu)(shu)出能力強，對負載(zai)電流(liu)峰值系數(shu)(shu)(shu)、浪涌(yong)電流(liu)系數(shu)(shu)(shu)、輸(shu)(shu)出功率 因數(shu)(shu)(shu)、過載(zai)等沒有嚴格地限制；

·市電掉電時(shi)(shi)，因為輸(shu)入開(kai)關(guan)存在開(kai)斷時(shi)(shi)間，至使UPS輸(shu)出仍有轉換時(shi)(shi)間，但比后(hou)備式(shi)要小(xiao)；

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

·市電存在時，因為(wei)逆變器直接接在輸出端，并且處在熱備份狀(zhuang)況，對(dui)輸出電壓尖(jian)峰干擾有濾波作用；

·電路更簡(jian)單，成本低，可(ke)靠性高(gao)；

·逆變(bian)器(qi)同(tong)時(shi)(shi)有充電功能(neng)，省掉了后備式UPS的(de)附加充電器(qi)，其充電能(neng)力要(yao)比附加充電器(qi)強(qiang)的(de)多，當(dang)要(yao)求長延時(shi)(shi)供電時(shi)(shi)，無須再增加機外充電設(she)備；

·由于逆變器與輸出(chu)直接(jie)接(jie)在一(yi)起，沒有轉換開關的限制，所(suo)以(yi)輸出(chu)功率(lv)可提高到5-10KVA。

為(wei)了(le)進一(yi)(yi)步改(gai)善在(zai)線(xian)互動式的功(gong)能(neng)，可(ke)在(zai)輸入開(kai)關和智(zhi)能(neng)調壓之間串接(jie)一(yi)(yi)個電(dian)(dian)(dian)(dian)感，目的在(zai)于當市電(dian)(dian)(dian)(dian)掉電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)(shi)，逆(ni)(ni)變器(qi)可(ke)立(li)即向(xiang)負載(zai)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)，因(yin)為(wei)串聯電(dian)(dian)(dian)(dian)感對逆(ni)(ni)變輸出反饋到電(dian)(dian)(dian)(dian)網的電(dian)(dian)(dian)(dian)流有很強的抑制作用，避免了(le)輸入開(kai)關未(wei)斷開(kai)時(shi)(shi)(shi)短路逆(ni)(ni)變器(qi)輸出的危險(xian)，這樣(yang)做(zuo)可(ke)以使在(zai)線(xian)互動式的轉換時(shi)(shi)(shi)間減小到零，使其完全具備雙逆(ni)(ni)變在(zai)線(xian)式的轉換功(gong)能(neng)，同時(shi)(shi)(shi)還增(zeng)加(jia)了(le)整個UPS的抗干(gan)擾能(neng)力。但是，這樣(yang)做(zuo)卻帶來了(le)降低UPS輸入功(gong)率因(yin)數的不良后果。

3、 雙逆變在線式

當前，絕大(da)多(duo)數在線(xian)式，特別是大(da)功率在線(xian)式UPS，大(da)都(dou)采用(yong)了雙逆變電路結構。

·逆(ni)(ni)變器(qi)（Ⅰ）：該逆(ni)(ni)變器(qi)為AC-DC單向逆(ni)(ni)變，當市電存在時(shi)，它完成對電池的充(chong)電，并通過逆(ni)(ni)變器(qi)（Ⅱ）向負載供電，該逆(ni)(ni)變器(qi)多為整(zheng)流(liu)或(huo)可控整(zheng)流(liu)電路；

·逆(ni)變器(qi)（Ⅱ）：該逆(ni)變器(qi)為(wei)DC-AC單向(xiang)逆(ni)變，當市(shi)電(dian)(dian)存在時，它由逆(ni)變（Ⅰ）取得(de)功率后再(zai)送到輸出(chu)端，并保證向(xiang)負(fu)載(zai)提供高質量(liang)的電(dian)(dian)源；當市(shi)電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時，由電(dian)(dian)池通過逆(ni)變器(qi)（Ⅱ）向(xiang)負(fu)載(zai)供電(dian)(dian)；

·旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)：平時處在斷開(kai)(kai)狀(zhuang)態，當(dang)逆變(bian)電(dian)路(lu)發生(sheng)故(gu)障(zhang)(zhang)，或者當(dang)負載(zai)有沖擊性（例如啟動負載(zai)時）或故(gu)障(zhang)(zhang)過載(zai)時，逆變(bian)器(qi)停止輸出，旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)接(jie)通，由(you)電(dian)網直接(jie)向負載(zai)供電(dian)，旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)多為智能型的(de)功率容量(liang)很強的(de)無觸點開(kai)(kai)關(guan)。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為不管市電(dian)有無，負載的全(quan)部功率都(dou)由逆變(bian)器給(gei)出(chu)，所(suo)以可以向負載提供高質(zhi)量(liang)的電(dian)源，例如輸出(chu)電(dian)壓穩定精(jing)度(du)、頻率穩定度(du)、輸出(chu)電(dian)壓動態(tai)響應、波形失(shi)真度(du)等指標(biao)，都(dou)是比較高的；

·市電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時，輸出電(dian)(dian)壓不受(shou)任何(he)影響，沒有轉換時間(jian)；

·因為(wei)無(wu)論市電(dian)有(you)無(wu)，全部(bu)負(fu)載功(gong)率(lv)都由逆變(bian)器供出(chu)(chu)，UPS的功(gong)率(lv)余量有(you)限，輸出(chu)(chu)能力不理想，所以(yi)對負(fu)載提(ti)出(chu)(chu)限制(zhi)條件，例如輸出(chu)(chu)電(dian)流峰值系數（一般(ban)只達(da)到3:1）、過載能力、輸出(chu)(chu)功(gong)率(lv)因數（一般(ban)為(wei)0.8）、輸出(chu)(chu)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)小于標定(ding)的KVA數，應付沖擊性(xing)負(fu)載的能力等；

·由于逆變器（Ⅰ）多為整(zheng)流(liu)電(dian)路，對(dui)電(dian)網(wang)形成(cheng)電(dian)流(liu)諧波干擾(rao)，輸(shu)入功率因數低，經濾波后(hou)，最(zui)小(xiao)的諧波電(dian)流(liu)成(cheng)份(fen)在10%左右(you)，而輸(shu)入功率因數只有0.8左右(you)，如果在逆變器（Ⅰ）中(zhong)使用功率因數校正技術(shu)，則可把輸(shu)入功率因數提高到接近(jin)1，輸(shu)入電(dian)流(liu)諧波成(cheng)份(fen)也會大幅度降低；

·在市電存(cun)在時(shi)，由于(yu)兩個(ge)逆變器都承擔100%的負載功(gong)率，所以(yi)整機效率低，10KVA以(yi)下的UPS為80%左右(you)，50 KVA的可達85-90%，100 KVA以(yi)上的可達90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是由美國(guo)APC Silcon首先提出(chu)并在三(san)相大(da)功率UPS中(zhong)(zhong)形成產品的(de)，同(tong)樣(yang)是雙逆變(bian)(bian)電(dian)(dian)路(lu)結(jie)構(gou)，同(tong)樣(yang)是在線工作，但是，由于它成功地把交(jiao)流(liu)穩壓技(ji)(ji)術中(zhong)(zhong)的(de)電(dian)(dian)壓補償(chang)原理用到了(le)UPS的(de)主電(dian)(dian)路(lu)中(zhong)(zhong)，相對雙逆變(bian)(bian)在線式UPS，Silcon DP300E系列大(da)功率UPS在適應電(dian)(dian)網環境并且不(bu)干(gan)擾破壞電(dian)(dian)網、在輸(shu)出(chu)能力和可靠性等(deng)多項UPS主要指標(biao)方面(mian)都有了(le)新的(de)突破。APC Silcon稱此(ci)電(dian)(dian)路(lu)結(jie)構(gou)為Delta逆變(bian)(bian)技(ji)(ji)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(di)一：對UPS輸(shu)入端進(jin)行輸(shu)入功率因數補償，并抑制輸(shu)入電流諧波；

第(di)二(er)：與(yu)逆變(bian)（Ⅱ）一起，完成(cheng)對輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)補償，當輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)高于輸(shu)出 電(dian)(dian)(dian)壓(ya)額定值時(shi)，逆變(bian)器（Ⅰ）吸收功率，反極性(xing)補償輸(shu)入(ru)輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)差(cha)值，當輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)低(di)于輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)額定值時(shi)，逆變(bian)器（Ⅰ）輸(shu)出功率，正極性(xing)補償輸(shu)入(ru)輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)差(cha)值；

第(di)三：與逆(ni)變器（Ⅱ）一(yi)起完成對電池(chi)的充電和(he)浮充功能。

·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：同(tong)逆變器（Ⅰ）一起，完成對輸入輸出電(dian)壓差(cha)值的補(bu)償；

第二：同逆變器（Ⅰ）一起(qi)完成對(dui)電(dian)池的充(chong)電(dian)和電(dian)壓浮充(chong)功能；

第三：隨(sui)時監測輸出電(dian)壓，保(bao)證輸出電(dian)壓的穩(wen)定，對(dui)(dui)輸出電(dian)壓波形(xing)失真和(he)輸出電(dian)流諧波成份進行補償(chang)，使其不對(dui)(dui)電(dian)網產生影響；

第四：當市電(dian)掉(diao)電(dian)時，全部輸出(chu)功(gong)率由逆變器（Ⅱ）給出(chu)，并且(qie)保證輸出(chu)電(dian)壓不間(jian)斷，轉換時間(jian)為零(ling)。

是雙逆(ni)變電壓(ya)補償在(zai)線式UPS在(zai)各(ge)種(zhong)情況(kuang)下(xia)電流和功率(lv)(lv)傳輸示意圖（這(zhe)里假定UPS效率(lv)(lv)為100%）

雙逆變電壓補償在線式的性能特點如下：

因為逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)（Ⅱ）隨時監視控(kong)制輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)，并通(tong)過逆(ni)變(bian)(bian)（Ⅰ）參與主回路電(dian)(dian)壓(ya)的調整，所以(yi)不管市電(dian)(dian)有(you)無，都可以(yi)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(wen)定度、頻率穩(wen)定度、輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)動態響(xiang)應、波形失(shi)真等(deng)指標，都是比較高的。

市(shi)電(dian)掉(diao)電(dian)時，輸(shu)出電(dian)壓不受響(xiang)應(ying)，沒有(you)轉換時間。并且(qie)，當負載電(dian)流發生(sheng)畸變(bian)時，也由逆變(bian)器（Ⅱ）調整補償掉(diao)，所以(yi)是典型的在(zai)線工作方式。

當市電(dian)(dian)存在時，逆(ni)變(bian)器（Ⅰ）和（Ⅱ）只對輸(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓與輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓的(de)差值(zhi)進行(xing)調整和補償，逆(ni)變(bian)器承擔的(de)最大功率(lv)（當輸(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓處于上限(xian)(xian)和下(xia)限(xian)(xian)時）僅(jin)為輸(shu)(shu)出(chu)功率(lv)的(de)20%（相當于輸(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓變(bian)化范圍(wei)），所以(yi)功率(lv)強(qiang)度很(hen)小(xiao)（1/5），功率(lv)余(yu)量大，這就大大增(zeng)強(qiang)了UPS的(de)輸(shu)(shu)出(chu)能力(li)，與雙(shuang)逆(ni)變(bian)在線式相比，過(guo)載能力(li)增(zeng)強(qiang)（200%,1分鐘），不(bu)再對負載電(dian)(dian)流波峰(feng)系數予以(yi)限(xian)(xian)制(zhi)(zhi)，可從容(rong)地對付沖擊性負載，不(bu)再對負載功率(lv)因數進行(xing)限(xian)(xian)制(zhi)(zhi)，輸(shu)(shu)出(chu)有功功率(lv)可以(yi)等于標定(ding)的(de)KVA值(zhi)。

·逆(ni)變器（Ⅰ）同時完成了對(dui)輸(shu)入(ru)端的功率因(yin)數(shu)校(xiao)正功能，使輸(shu)入(ru)功率因(yin)數(shu)等于1，輸(shu)入(ru)諧(xie)波電流降到(dao)3%以下(xia)。

在(zai)市電存在(zai)時(shi)，由(you)于(yu)兩(liang)個逆(ni)變器承擔的(de)最大功率(lv)(lv)僅(jin)為輸出功率(lv)(lv)的(de)1/5，所以整機效率(lv)(lv)在(zai)很大的(de)功率(lv)(lv)范圍內都(dou)可達到96%。

在市電存在的情況下（UPS連續運行時(shi)間的99%是有市(shi)電的），逆變(bian)器(qi)(qi)功率強度(du)僅(jin)為設計值（逆變(bian)器(qi)(qi)Ⅱ）的1/5，所以元器(qi)(qi)件(jian)乃(nai)至整機的壽(shou)命和可靠性必(bi)然大幅度(du)提高。