ups不間斷電源電路工作原理

常態下，市電(dian)(dian)（220V）通過可調充電(dian)(dian)器(qi)(qi)向蓄電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)，同時自啟(qi)動繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)K1吸(xi)合(he)，R1與(yu)VZ1、VZ2對蓄電(dian)(dian)池+24V電(dian)(dian)壓(ya)進行分壓(ya)采樣，采樣電(dian)(dian)壓(ya)Vo通過R2、VD3加到V1基極，使(shi)V1處于線(xian)性放大狀態，V2、V3深(shen)度飽(bao)和，直流(liu)控制繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)K吸(xi)合(he)，+24V電(dian)(dian)壓(ya)通過K、K1送至逆變器(qi)(qi)V+端，逆變器(qi)(qi)工作(zuo)，輸出(chu)220V正弦波電(dian)(dian)壓(ya)，同時自鎖繼電(dian)(dian)器(qi)(qi)K2吸(xi)合(he)。

當(dang)市(shi)電(dian)(dian)(dian)斷電(dian)(dian)(dian)時，K1斷開(kai)，初時輸人(ren)電(dian)(dian)(dian)壓+24V不變，K繼續(xu)(xu)吸合，由于K2的自(zi)鎖作用，+24V仍正常送至(zhi)(zhi)逆變器。經一(yi)段(duan)時間后(hou)，電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓開(kai)始下(xia)(xia)降，Vo跟著下(xia)(xia)降，V1導通(tong)減弱，V2升高；當(dang)嘰(ji)升高至(zhi)(zhi)一(yi)定值(zhi)（即蓄電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓下(xia)(xia)降至(zhi)(zhi)22V）后(hou)，V2退出飽和進人(ren)線性放(fang)大，V3迅速(su)下(xia)(xia)降;V3通(tong)過R7反饋至(zhi)(zhi)V1基極，使得V2繼續(xu)(xu)升高，形(xing)成一(yi)個雪(xue)崩過程。

V2、V3迅(xun)速截(jie)止，K斷開，蓄(xu)電(dian)(dian)池送至逆(ni)變器的+24V直(zhi)流被切斷，逆(ni)變器停(ting)止工(gong)作，同時K2斷開。逆(ni)變器停(ting)止工(gong)作后，由于蓄(xu)電(dian)(dian)池內電(dian)(dian)動(dong)勢的作用，蓄(xu)電(dian)(dian)池很快恢復24V電(dian)(dian)壓，與常(chang)態一樣(yang)，V2、V3飽(bao)和，K吸(xi)合。

但由于此(ci)時K1、K2均斷開，+24V無法(fa)到達逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器，逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器不(bu)工(gong)作(zuo)，從而保護了(le)蓄(xu)電(dian)池(chi)。只有當(dang)市電(dian)恢復正常后，K1吸合，逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器才(cai)能(neng)工(gong)作(zuo)，此(ci)時充電(dian)器已向蓄(xu)電(dian)池(chi)充電(dian)。

調(diao)整(zheng)R1可在市電(dian)斷電(dian)時(shi)校準(zhun)蓄電(dian)池電(dian)壓下(xia)限保護起控值，亦同(tong)時(shi)調(diao)整(zheng)市電(dian)斷電(dian)時(shi)UPS的最長工作時(shi)間。

元器(qi)件選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)：充(chong)電(dian)器(qi)選(xuan)(xuan)(xuan)用市(shi)售24～12V/50A可(ke)調充(chong)電(dian)器(qi)；逆變(bian)器(qi)選(xuan)(xuan)(xuan)用功率500V·A、直流(liu)(liu)(liu)工作電(dian)壓(ya)為(wei)(wei)24V逆變(bian)器(qi)；蓄電(dian)池選(xuan)(xuan)(xuan)用兩(liang)個(ge)12.80A·h鉛蓄電(dian)池串接；交流(liu)(liu)(liu)繼(ji)電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)(wei)220V/10A；直流(liu)(liu)(liu)繼(ji)電(dian)器(qi)規格(ge)為(wei)(wei)24V/20A。

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UPS電路結構種類

當(dang)前技術成熟并(bing)已(yi)形成產(chan)品的(de)各種UPS，就其主電路結構(gou)和不停(ting)電供(gong)電運(yun)行機制來看，主要(yao)有(you)幾大(da)類：

后備式

在線互動式

雙逆變在線式

雙逆(ni)(ni)變電(dian)壓(ya)補償在線式（逆(ni)(ni)變器(qi)）

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(qi)：市(shi)電(dian)存在時，對蓄(xu)電(dian)池充(chong)電(dian)并浮充(chong)，如果是(shi)長延時UPS，就要求它有較強的充(chong)電(dian)能力，或(huo)者外(wai)加(jia)相(xiang)應容量(liang)的附加(jia)充(chong)電(dian)器(qi)。

DC-AC逆變器：市電(dian)(dian)存在時(shi)，逆變器不工作；市電(dian)(dian)掉電(dian)(dian)時(shi)，由(you)它將(jiang)直流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)（電(dian)(dian)池供給）變成符(fu)合負載要(yao)求的(de)交流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)，電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)波形有方(fang)波、準方(fang)波、正弦波三種(zhong)形式。

輸出轉換(huan)開(kai)關：市電存在時，接(jie)通(tong)輸入電源向負載供電；市電掉(diao)電時，斷開(kai)電網，接(jie)通(tong)逆變器，繼續(xu)向負載供電。 智能調(diao)壓：市電存在時，可調(diao)節穩定輸出電壓。

后備式UPS的性能特點是：

·當市電存在(zai)時，效率高，可達98%以上；

·當(dang)市電存在時(shi)，輸入(ru)(ru)功(gong)率因數和輸入(ru)(ru)電流(liu)(liu)(liu)諧(xie)波(bo)取(qu)決于負載電流(liu)(liu)(liu)，UPS本身不 產生附(fu)加輸入(ru)(ru)功(gong)率因數和諧(xie)波(bo)電流(liu)(liu)(liu)失真；

·當市電(dian)存在時，輸出能力強，對負載電(dian)流(liu)波峰(feng)系數、浪涌電(dian)流(liu)系數、輸出功(gong)率因(yin)數、過載等沒有嚴格(ge)地限制；

·市(shi)電掉(diao)電時，輸出有轉換時間,一般可(ke)做到4ms左(zuo)右,足(zu)以滿足(zu)負載要求(qiu)；

·當市電(dian)存(cun)在時，輸出電(dian)壓穩(wen)定精度差，但(dan)能滿(man)足負載要求；

·當市電(dian)存在時，整機要靠(kao)附加(jia)濾波(bo)電(dian)路(lu)提(ti)高UPS雙向(xiang)抗干擾功能；

·電路簡(jian)單，成本低，可(ke)靠(kao)性高(gao)；

·由(you)于(yu)輸出有轉換開關，受切換電流(liu)能力和動作時(shi)間(jian)的(de)限制，UPS輸出功(gong)率做大有一(yi)定困(kun)難，當前面市的(de)后備式UPS多在2KVA以下。

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：當市電(dian)掉(diao)電(dian)時（指(zhi)電(dian)網失壓），斷開(kai)開(kai)關，防止逆(ni)變器向電(dian)網饋(kui)電(dian)；

·智能調壓(ya)(ya)：市(shi)電存在時，可調節穩(wen)定輸出電壓(ya)(ya)；

·DC/AC逆變(bian)器：此逆變(bian)器可雙(shuang)向逆變(bian)，當市(shi)電(dian)存在時(shi)，逆變(bian)方向是(shi)AC- DC, 給電(dian)池(chi)充電(dian)并浮充；市(shi)電(dian)掉電(dian)后，逆變(bian)方向為DC-AC，由電(dian)池(chi)供電(dian)，保持(chi)UPS繼續向負載(zai)供電(dian)。

在線互動式UPS的性能特點是：

·當市電(dian)存在時，效率(lv)高，可達98%以(yi)上(shang)；

·當市電存在時，輸(shu)入(ru)(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數和(he)輸(shu)入(ru)(ru)電流諧波成份取(qu)決于負載(zai) 電流，UPS本 身不產生附加(jia)輸(shu)入(ru)(ru)功(gong)率(lv)因(yin)數和(he)諧波電流失真；

·當市電存在時(shi)，輸出能力強，對負載電流峰值系(xi)數、浪涌(yong)電流系(xi)數、輸出功率(lv) 因數、過載等沒有嚴格地限制(zhi)；

·市電(dian)掉電(dian)時，因為輸入開關存在開斷時間(jian)，至使UPS輸出仍有轉換時間(jian)，但比后備式要小；

·市電(dian)(dian)存在時(shi)，輸出電(dian)(dian)壓穩定精度差，但能滿足(zu)負載(zai)要求(qiu)；

·市電(dian)存在(zai)(zai)時，因為(wei)逆變器直(zhi)接(jie)接(jie)在(zai)(zai)輸(shu)出端，并且處在(zai)(zai)熱備份狀況(kuang)，對輸(shu)出電(dian)壓(ya)尖(jian)峰干擾有濾波(bo)作(zuo)用；

·電(dian)路更簡單(dan)，成本低，可靠性高；

·逆變器(qi)(qi)同時有充(chong)(chong)電(dian)功能，省掉了后備(bei)(bei)式UPS的(de)附(fu)加充(chong)(chong)電(dian)器(qi)(qi)，其充(chong)(chong)電(dian)能力要比(bi)附(fu)加充(chong)(chong)電(dian)器(qi)(qi)強的(de)多(duo)，當要求長延時供電(dian)時，無須再增(zeng)加機(ji)外充(chong)(chong)電(dian)設備(bei)(bei)；

·由(you)于逆變器(qi)與輸出直接接在一起，沒有轉換開關的限制，所以(yi)輸出功率可提(ti)高到5-10KVA。

為(wei)了(le)進一步改(gai)善在線(xian)互動式(shi)的(de)功(gong)能(neng)，可在輸入開(kai)關和智能(neng)調壓(ya)之(zhi)間串接一個電(dian)感，目的(de)在于當市(shi)電(dian)掉(diao)電(dian)時，逆(ni)變器可立即向負(fu)載供電(dian)，因(yin)為(wei)串聯電(dian)感對逆(ni)變輸出反(fan)饋到(dao)電(dian)網的(de)電(dian)流有很強的(de)抑制作用，避免了(le)輸入開(kai)關未斷開(kai)時短路逆(ni)變器輸出的(de)危險，這(zhe)樣(yang)做可以(yi)使在線(xian)互動式(shi)的(de)轉(zhuan)換(huan)時間減小到(dao)零，使其完全具備(bei)雙逆(ni)變在線(xian)式(shi)的(de)轉(zhuan)換(huan)功(gong)能(neng)，同時還增加了(le)整個UPS的(de)抗干擾能(neng)力。但是(shi)，這(zhe)樣(yang)做卻帶來了(le)降低UPS輸入功(gong)率因(yin)數的(de)不良后果(guo)。

3、 雙逆變在線式

當前，絕大(da)多數在線式，特別是大(da)功率在線式UPS，大(da)都采用了雙(shuang)逆變(bian)電路結構。

·逆(ni)變(bian)器（Ⅰ）：該逆(ni)變(bian)器為(wei)AC-DC單向逆(ni)變(bian)，當(dang)市電存(cun)在時，它完(wan)成對(dui)電池的充電，并通過(guo)逆(ni)變(bian)器（Ⅱ）向負載供電，該逆(ni)變(bian)器多為(wei)整流(liu)或可控整流(liu)電路；

·逆變(bian)器（Ⅱ）：該逆變(bian)器為DC-AC單向(xiang)逆變(bian)，當市(shi)電(dian)存(cun)在時，它由(you)逆變(bian)（Ⅰ）取(qu)得功率后(hou)再送到(dao)輸(shu)出(chu)端，并保證向(xiang)負(fu)載提供高質量的(de)電(dian)源；當市(shi)電(dian)掉電(dian)時，由(you)電(dian)池通過逆變(bian)器（Ⅱ）向(xiang)負(fu)載供電(dian)；

·旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)(guan)：平(ping)時處(chu)在斷開(kai)(kai)狀(zhuang)態，當逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)發生故障(zhang)(zhang)，或者當負載(zai)有沖擊性（例如啟動負載(zai)時）或故障(zhang)(zhang)過(guo)載(zai)時，逆(ni)變(bian)器停止(zhi)輸出，旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)(guan)接通，由電(dian)網直接向負載(zai)供電(dian)，旁路(lu)開(kai)(kai)關(guan)(guan)多為智(zhi)能型的(de)功(gong)率容(rong)量很強的(de)無觸點開(kai)(kai)關(guan)(guan)。

雙逆變在線式UPS的性能特點如下：

·因為(wei)不管市電(dian)(dian)有(you)無，負載的(de)全部(bu)功率(lv)都由逆變(bian)器給(gei)出，所以可(ke)以向(xiang)負載提供高質(zhi)量的(de)電(dian)(dian)源，例(li)如輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)穩定(ding)精度(du)、頻率(lv)穩定(ding)度(du)、輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)動態響應、波(bo)形失真(zhen)度(du)等指標，都是比較高的(de)；

·市電(dian)掉電(dian)時(shi)，輸出電(dian)壓不(bu)受任何(he)影(ying)響，沒有(you)轉換時(shi)間(jian)；

·因為(wei)無論市電有(you)無，全(quan)部負(fu)載功(gong)(gong)率都由逆變器(qi)供出(chu)，UPS的功(gong)(gong)率余量有(you)限，輸(shu)(shu)出(chu)能(neng)力(li)不(bu)理(li)想，所以(yi)對負(fu)載提出(chu)限制條件，例(li)如輸(shu)(shu)出(chu)電流峰值系數（一(yi)般只達(da)到3:1）、過載能(neng)力(li)、輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)(gong)率因數（一(yi)般為(wei)0.8）、輸(shu)(shu)出(chu)有(you)功(gong)(gong)功(gong)(gong)率小(xiao)于(yu)標定(ding)的KVA數，應付(fu)沖擊性負(fu)載的能(neng)力(li)等；

·由(you)于逆變(bian)器(qi)（Ⅰ）多為整流(liu)(liu)電(dian)(dian)路，對電(dian)(dian)網形成電(dian)(dian)流(liu)(liu)諧波干擾，輸入(ru)功率因(yin)(yin)數低(di)，經濾波后(hou)，最小的諧波電(dian)(dian)流(liu)(liu)成份(fen)在10%左右，而輸入(ru)功率因(yin)(yin)數只有0.8左右，如果(guo)在逆變(bian)器(qi)（Ⅰ）中使用(yong)功率因(yin)(yin)數校正技(ji)術，則(ze)可把輸入(ru)功率因(yin)(yin)數提(ti)高到接近(jin)1，輸入(ru)電(dian)(dian)流(liu)(liu)諧波成份(fen)也會(hui)大幅度降低(di)；

·在(zai)(zai)市電存在(zai)(zai)時，由于兩個逆變(bian)器都(dou)承擔100%的(de)負載功(gong)率，所(suo)以整(zheng)機效率低，10KVA以下的(de)UPS為80%左(zuo)右，50 KVA的(de)可達(da)(da)85-90%，100 KVA以上的(de)可達(da)(da)90--92%。

4、 雙逆變電壓補償在線式

是由美國(guo)APC Silcon首先(xian)提出并在(zai)三相大功(gong)率(lv)UPS中形(xing)成產品的，同樣(yang)是雙(shuang)逆(ni)變電(dian)路(lu)結構(gou)，同樣(yang)是在(zai)線(xian)工作，但是，由于它成功(gong)地把(ba)交(jiao)流穩壓(ya)技術(shu)中的電(dian)壓(ya)補償(chang)原理(li)用到了UPS的主電(dian)路(lu)中，相對雙(shuang)逆(ni)變在(zai)線(xian)式UPS，Silcon DP300E系列大功(gong)率(lv)UPS在(zai)適應電(dian)網環境并且(qie)不干擾破壞電(dian)網、在(zai)輸出能(neng)力和可(ke)靠(kao)性(xing)等多項UPS主要(yao)指標方面都有了新的突破。APC Silcon稱此電(dian)路(lu)結構(gou)為Delta逆(ni)變技術(shu)。

·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(dui)UPS輸入端(duan)進行輸入功(gong)率(lv)因數補(bu)償，并抑制輸入電(dian)流諧波；

第二：與(yu)逆變(bian)（Ⅱ）一起，完成對輸(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)補償，當(dang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)電(dian)(dian)壓(ya)高于輸(shu)(shu)出 電(dian)(dian)壓(ya)額定值(zhi)時，逆變(bian)器（Ⅰ）吸收(shou)功(gong)率，反(fan)極性補償輸(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)差(cha)(cha)值(zhi)，當(dang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)電(dian)(dian)壓(ya)低于輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)額定值(zhi)時，逆變(bian)器（Ⅰ）輸(shu)(shu)出功(gong)率，正(zheng)極性補償輸(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)差(cha)(cha)值(zhi)；

第(di)三(san)：與逆變器（Ⅱ）一起完成對電池的充電和浮充功能。

·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(yi)：同逆變器（Ⅰ）一(yi)起(qi)，完成對輸入輸出電壓差值(zhi)的補償(chang)；

第二：同逆變器（Ⅰ）一起完成對電(dian)池(chi)的(de)充(chong)(chong)電(dian)和(he)電(dian)壓浮充(chong)(chong)功(gong)能；

第三：隨時監測(ce)輸出電(dian)壓，保證輸出電(dian)壓的穩定，對(dui)輸出電(dian)壓波形失真和(he)輸出電(dian)流諧(xie)波成份進(jin)行補償(chang)，使其不對(dui)電(dian)網產生(sheng)影響；

第四：當市(shi)電掉電時，全部(bu)輸(shu)出功率由逆變(bian)器（Ⅱ）給出，并且保證輸(shu)出電壓不間斷，轉換時間為(wei)零。

是雙逆變電(dian)壓補償在線(xian)式UPS在各種情況下(xia)電(dian)流和功(gong)率傳輸示意圖（這里(li)假定UPS效率為(wei)100%）

雙逆變電壓補償在線式的性能特點如下：

因為(wei)逆變器（Ⅱ）隨時監視(shi)控制(zhi)輸出(chu)電(dian)壓(ya)，并(bing)通過逆變（Ⅰ）參與(yu)主回(hui)路電(dian)壓(ya)的調整(zheng)，所(suo)以不管市電(dian)有無，都可(ke)以向負載(zai)提供(gong)高質(zhi)量的電(dian)源，例如輸出(chu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定度、頻率穩(wen)定度、輸出(chu)電(dian)壓(ya)動態響(xiang)應、波形失真等指(zhi)標，都是比較高的。

市電(dian)掉(diao)電(dian)時(shi)，輸出電(dian)壓不受響應，沒有轉換時(shi)間。并且，當負載電(dian)流發(fa)生畸變時(shi)，也由逆變器(qi)（Ⅱ）調整補(bu)償掉(diao)，所以是(shi)典型的在線工作方式。

當(dang)市電(dian)存在(zai)(zai)時，逆(ni)變(bian)器（Ⅰ）和(he)（Ⅱ）只(zhi)對輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓與輸(shu)(shu)出電(dian)壓的(de)差值進行(xing)調整(zheng)和(he)補償，逆(ni)變(bian)器承擔的(de)最(zui)大功(gong)(gong)率(lv)(lv)（當(dang)輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓處于(yu)上限(xian)和(he)下限(xian)時）僅為輸(shu)(shu)出功(gong)(gong)率(lv)(lv)的(de)20%（相(xiang)當(dang)于(yu)輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓變(bian)化(hua)范圍），所以功(gong)(gong)率(lv)(lv)強度很小（1/5），功(gong)(gong)率(lv)(lv)余量大，這就大大增(zeng)強了UPS的(de)輸(shu)(shu)出能(neng)力(li)，與雙逆(ni)變(bian)在(zai)(zai)線式相(xiang)比，過載(zai)能(neng)力(li)增(zeng)強（200%,1分鐘(zhong)），不再對負載(zai)電(dian)流波峰(feng)系數予以限(xian)制，可(ke)從容地對付沖擊性負載(zai)，不再對負載(zai)功(gong)(gong)率(lv)(lv)因數進行(xing)限(xian)制，輸(shu)(shu)出有功(gong)(gong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)可(ke)以等(deng)于(yu)標定的(de)KVA值。

·逆變器(qi)（Ⅰ）同時完(wan)成了對輸(shu)(shu)入端的功(gong)率因(yin)數校正(zheng)功(gong)能，使輸(shu)(shu)入功(gong)率因(yin)數等于1，輸(shu)(shu)入諧(xie)波電流(liu)降到3%以(yi)下。

在(zai)市(shi)電存在(zai)時，由于兩個逆變器承擔(dan)的(de)(de)最(zui)大(da)功率(lv)僅(jin)為輸出(chu)功率(lv)的(de)(de)1/5，所以(yi)整機效率(lv)在(zai)很大(da)的(de)(de)功率(lv)范圍內都可達(da)到(dao)96%。

在市電存在的情況下（UPS連續運行(xing)時間的(de)99%是有(you)市電(dian)的(de)），逆(ni)(ni)變器(qi)功(gong)率強度僅為設計值（逆(ni)(ni)變器(qi)Ⅱ）的(de)1/5，所以元器(qi)件乃至整(zheng)機的(de)壽命和可靠性(xing)必然大幅(fu)度提(ti)高。