UPS的电路结构及性能特点

2011-06-06 09:09:24来源: 互联网

一、 UPS电路结构种类
    当前技术成熟并已形成产品的各种UPS,就其主电路结构和不停电供电运行机制来看,主要有四大类:
·后备式
·在线互动式
·双逆变在线式
·双逆变电压补偿在线式(delta逆变器)


图(一)、(二)、(三)、(四)分别是以上四种类型UPS的基本电路结构形式。
1、 后备式是静止式UPS的最初形式,因为应用得早,用得广泛,因而技术和产品都是很成熟的,图(一)中电路各环节的功能为:
·充电器:市电存在时,对蓄电池充电并浮充,如果是长延时UPS,就要求它有较强的充电能力,或者外加相应容量的附加充电器。
·DC-AC逆变器:市电存在时,逆变器不工作;市电掉电时,由它将直流电压(电池供给)变成符合负载要求的交流电压,电压波形有方波、准方波、正弦波三种形式。


·输出转换开关:市电存在时,接通输入电源向负载供电;市电掉电时,断开电网,接通逆变器,继续向负载供电。 智能调压:市电存在时,可调节稳定输出电压。
后备式UPS的性能特点是:
·当市电存在时,效率高,可达98%以上;
·当市电存在时,输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流,UPS本身不 产生附加输入功率因数和谐波电流失真;
·当市电存在时,输出能力强,对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等没有严格地限制;
·市电掉电时,输出有转换时间,一般可做到4ms左右,足以满足负载要求;
·当市电存在时,输出电压稳定精度差,但能满足负载要求;
·当市电存在时,整机要靠附加滤波电路提高UPS双向抗干扰功能;
·电路简单,成本低,可靠性高;
·由于输出有转换开关,受切换电流能力和动作时间的限制,UPS输出功率做大有一定困难,当前面市的后备式UPS多在2KVA以下。
2、 在线互动式的在线含意是逆变器处于热备份状态,同时兼顾了对电池充电的功能,提高了后备式UPS的功率容量,减小了市电掉电时的转换时间,提高了对输出电压的滤波作用。

图(二)中电路各环节的功能如下: 
·输入开关:当市电掉电时(指电网失压),断开开关,防止逆变器向电网馈电;
·智能调压:市电存在时,可调节稳定输出电压;
·DC/AC逆变器:此逆变器可双向逆变,当市电存在时,逆变方向是AC- DC, 给电池充电并浮充;市电掉电后,逆变方向为DC-AC,由电池供电,保持UPS继续向负载供电。
在线互动式UPS的性能特点是:
 
 
·当市电存在时,效率高,可达98%以上;
·当市电存在时,输入功率因数和输入电流谐波成份取决于负载 电流,UPS本 身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真;
·当市电存在时,输出能力强,对负载电流峰值系数、浪涌电流系数、输出功率 因数、过载等没有严格地限制;
·市电掉电时,因为输入开关存在开断时间,至使UPS输出仍有转换时间,但比后备式要小;
·市电存在时,输出电压稳定精度差,但能满足负载要求;
·市电存在时,因为逆变器直接接在输出端,并且处在热备份状况,对输出电压尖峰干扰有滤波作用;
·电路更简单,成本低,可靠性高;
·逆变器同时有充电功能,省掉了后备式UPS的附加充电器,其充电能力要比附加充电器强的多,当要求长延时供电时,无须再增加机外充电设备;
·由于逆变器与输出直接接在一起,没有转换开关的限制,所以输出功率可提高到5-10KVA。
为了进一步改善在线互动式的功能,可在输入开关和智能调压之间串接一个电感,目的在于当市电掉电时,逆变器可立即向负载供电,因为串联电感对逆变输出反馈到电网的电流有很强的抑制作用,避免了输入开关未断开时短路逆变器输出的危险,这样做可以使在线互动式的转换时间减小到零,使其完全具备双逆变在线式的转换功能,同时还增加了整个UPS的抗干扰能力。但是,这样做却带来了降低UPS输入功率因数的不良后果。
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%。
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。

[1] [2]

关键字:性能  特点

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0606/article_9592.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
性能
特点

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved