UPS_详解

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7.3.1逆变电路 7.3.2静态开关和锁相电路
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逆变器（逆变电路）是开关电源和UPS的核心装置。 逆变电路普通的原理结构 1．单相逆变电路 2．正弦波逆变电路
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有推挽式、半桥式、全桥式等，均用于中小型UPS 系统。 下面介绍脉宽调制型全桥逆变器。
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功率晶体管由基极驱动电路提供激励信号，VT1、 VT4和VT2、VT3在分别获得激励信号后，进入轮流 导通或截止状态。从而在变压器初级和次级分别产 生交流电压u1和u2。经过L、C滤波电路的作用使负 载取得正弦电压。 逆变电路输出电压中除了基波外还含有一定的谐 波成分，若要得到正弦输出电压，在次级输出电路 中，必须设置滤波器。
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1．输出电压波形失真度 指UPS输出波形中谐波分量所占的比率。常见的波形失真有：削顶、 毛刺、畸变等。失真度越小，对负载可能造成的干扰或破坏就越小。 2．输出电压稳压精度 指市电—逆变供电时，当输入电压在设计范围内，负载在满负荷 内100%变化时，输出电压的变化量与额定值的百分比。输出电压稳定 程度越高，UPS输出电压的波动范围越小，也就是电压精度越高。 3．输出功率因数 指UPS输出端的功率因数，表示带非线性负载能力的强弱。负载功 率因数低时，所吸收的无功功率就大，将增加UPS的损耗，影响可靠 性。
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5、输入频率范围 指UPS能自动跟踪市电、保持输出电压与输入电 压同步的频率范围。UPS输出电压对输入电压的跟踪 主要是为了保证UPS在必须时能够顺利地进行旁路切 换，避免由于输入输出电压相差过大引起逆变器模 块电源和交流旁路电源间出现很大的环流而损害。 6、频率跟踪速率 指UPS在一秒钟内能够完成的输出频率变化范围。 频率跟踪速度可以表征UPS对输入频率变化的适应能 力，特别是在柴油发电机供电的时候，由于柴油发 电机的频率稳定度不是很好，如果UPS的频率跟踪速 率过低，UPS就会出现频率不同步告警，控制电路就 会禁止UPS进行旁路切换。
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特点：克服了市电质量差对其性能的影响，市电中断时，负
术与脉宽调制技术相结合 ，共
有四条供电通道向用户的负载供电 。
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输入特性 输出特性 保护性能
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1、输入电压范围 指保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。在 此电压范围内，逆变器（负载）电流由市电提供，而不 是电池提供。输入电压范围越宽，UPS电池放电的可能 性减小，这有益于电池使用寿命的延长。目前UPS输入 电压范围一般为（－15％～＋10％）Ue之间。 2、频率输入范围 指UPS能自动跟踪市电、保持输出电压与输入电压同 步的频率范围。UPS的输入频率范围一般为50±5%Hz， YD/T1095-2000规定UPS的输入频率范围为50±4%Hz。
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UPS的发展经历了初期的旋转型、60年代可控硅静 止型、80年代巨型功率晶体管（UR）静止型，到了 90年代绝缘栅双极晶体管（IGBT）制成的UPS，其 技术性能在不断提高，在通信电源系统中的地位和 重要性也在逐步提高，现在已经成为通信电源日常 维护的一个重点。
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UPS在市电供电时，系统输出无干扰工频交流电。 当市电掉电时，UPS系统由蓄电池通过逆变供电， 输出工频交流电。 UPS由整流模块、逆变器、蓄电池、静态开关等部 件组成，除此还有间接向负载提供市电（备用电源） 的旁路装置。
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市电中断：市电中断通常是指市电输出零电压，并持续两个周期以上。市电中 断的原因主要有配电空气开关跳闸、供电回路短路、电源设备故障等等。 电压浪涌：电压高于110%额定值且持续一个或多个周波称为电压浪涌。大功率 用电设备的退出或者电网受雷击干扰均可能造成电压浪涌。 电压波形下陷：但电源电压低于80-85%额定值且持续一个或多个周波称为电压 波形下陷，通常是由大功率用电设备的启很冲击造成。 高压尖脉冲：由闪电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因造成，高压脉冲 峰值电压可高达6000V，持续时间一般为0.5～5个周波。 瞬态高压：通常由雷电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因引起，电压峰 值高达20000V，持续时间为0.5～5个周波 谐波干扰：由整流设备、电动机、继电器、通信设备、电焊机等产生的RFIEMI。 频率漂移：频率漂移是指电源的频率不能稳定在额定值，而是在额定值附近波 动。企业备用发电机组和小型水电站输出的交流电源经常会出现频率漂移的 现象。 持续高低压：电网持续高压或者是持续低压主要是由于电网变压器或者是电力 线路容量有限，且电网变压器性能不佳，电网负荷过大或者是电网负荷过小 的原因造成。

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由于逆变电路得到矩形波相对容易，利用不同相位 的矩形波叠加的方式得到一个近似正弦波的阶梯波， 阶梯越多，其所含正弦分量就越多。
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基本原理是用一组等高不等宽的矩形脉冲等效正弦 波。具体方法是将正弦波沿横轴分割为若干等分， 每一个等分包含的正弦面积用一个相同面积的矩形 波来代替，这些矩形波组成的半个周期波形便与半 个周期正弦波等效。
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按输入输出相数分：单进单出、三进单出和三进三 出UPS。 按功率等级分：微型（＜3KVA）、小型 （3KVA~10KVA）、中型（10KVA~100KVA）和大型 （＞100KVA）。 按电路结构形式分：有后备式、在线互动式、三端 口式（单变换式）、在线式等。 按输出波形的不同分：可分为方波和正弦波二种。
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1、使输出电压中单次谐波含量和总谐波含量降到指 标允许的范围内； 2、在三相条件下使输出电压不平衡度符合规定范围； 3、使负载变化引起的输出电压波动小，且满足动态 指标，同时要重量轻，体积小。
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大多数情况，我们希望UPS输出50HZ正弦交流电， 所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路 实现输出为正弦的方法很多，主要有以下三种： （1）阶梯波逆变器 （2）多脉冲调制逆变器 （3）正弦脉宽调制（SPWM）逆变器
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掌握UPS分类、各种UPS方框图，理解UPS 主要性能和技术指标。 掌握UPS电源供电系统的配置形式。 理解UPS操作和UPS日常维护。 了解UPS的发展历史及趋势。

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UPS组成 UPS逆变工作原理及主要技术 UPS操作 UPS电源供电系统的配置形式 UPS日常维护 讨论题
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在图(a)中，继电器作为逆变的切换开关，交流旁 路用静态开关作为切换器件。在由交流旁路供电切 换为逆变器供电时，先吸合继电器然后封锁晶闸管 的触发信号，此时由交流旁路和逆变器并联向负载 供电，当晶闸管支路电流为0时，晶闸管关断而断 开市电供电电路；当由逆变器供电切换为交流旁路 供电时，在发出继电器关断信号的同时，触发晶闸 管导通，由于晶闸管导通时间为μ s级，而继电器 释放时间较长，因此也存在同时供电的情况。
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这种方法是通过频率较 高的等幅三角波（载波） 与可调幅度的50Hz的正弦波组合，产生与正弦波等 效的而脉冲宽度不等的矩形波，称为正弦调制。
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1．静态开关 2．锁相电路
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为防止切换时间造成瞬间供电中断并产生继电器触 点拉弧打火等现象，在大功率UPS供电系统及切换 过程中，采用静态开关作为切换元件。 UPS供电系统中常用的两种连接方式，即转换型和 并机型。目前单机型的UPS静态开关一般采用转换 型，而可并机UPS的静态开关有的采用并机型。
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4．输出电流峰值因数 指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。一般峰值因数越 高，UPS所能承受的负载冲击电流越大。 5．三相不平衡能力 对于三进三出的UPS来说，若出现三相的每一相电流不一致，就会造 成输出电压的不平衡。具有100%负载不平衡能力的UPS，表示该UPS允 许一相输出带满载，而其他两相空载。 6、UPS输出效率 指UPS的输出有功功率与输入有功功率之比。UPS的输出效率越高， 表示内部损耗越小，反之则表示UPS本身功耗大，增大机房的空调负 荷。此外输出效率低有可能使电池供电时间变短。
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4．电池低压保护 电池容量的大小直接决定UPS在交流停电时能 够保证不间断输出的时间长短，因此电池适时的发 出电池低压告警可以使维护人员能够了解当前电池 的剩余容量和后备保障时间，采取相应的应急措施。 一旦电池电压达到保护值，为保护电池免于过放电 造成的永久损伤，UPS就会关闭输出。 5．UPS的其他保护性能 UPS为了保证自身系统的安全工作，另有许多的 故障监测点和相应的告警信息，如器件高温告警、 风扇故障告警、熔丝熔断告警、整流模块故障告警、 逆变模块故障告警等。
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UPS发展概述 UPS分类、各种UPS方框图以及主要性能和技 术指标 UPS逆变工作原理及主要电路技术 UPS操作 UPS电源供电系统的配置形式 UPS日常维护

本章重点 UPS分类、各种UPS方框图以及主要 性能和技术指标 UPS电源供电系统的配置形式 UPS逆变工作原理及主要电路技术
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在线式UPS是通信用较多见的，可处于下列三种运 行方式之一： 1、正常运行--所有相关电源开关闭合，UPS带载。 2、维护旁路--UPS关断，负载通过维护旁路开关， 连接到旁路电源。 3、关断--所有电源开关断开，负载断电。 本节介绍在上述三种运行方式之间互相切换，复位 及关断逆变器的操作。
源；市电不正常时，逆变器/充电器模块将从原来的充电工作方式转入 逆变工作方式。这时由蓄电池提供直流能量，经逆变、正弦波脉宽调 制向负载送出稳定的正弦波交变电源。
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特点：为双磁分路结构，每个初级绕组和次级绕组都有一个磁分路，并接
电容可与每一个磁路组成LC谐振回路，当达到谐振点时，构成饱和电感， 使次级工作于饱和区，若初级输入电压变化时，次级输出电压恒定不变， 实现了稳压的目的。