1、對(duì)數(shù)字化控制不間斷電源系統(tǒng)的探討摘 要如今,高性能、高效率、小型輕量化和智能監(jiān)控越來(lái)越成為各類不間斷電源追求的目標(biāo)，而數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用使得這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。因此，對(duì)數(shù)字化控制不間斷電源系統(tǒng)的探討是十分必要和有意義的。 首先探討了不間斷電源的硬件架構(gòu)，重點(diǎn)講述了功率因數(shù)校正的整流器和逆變器主電路結(jié)構(gòu)。以均值電流型功率因數(shù)校正技術(shù)為例詳細(xì)分析了功率因數(shù)校正電路的工作原理，并給出了設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)不間斷電源的核心逆變器在連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)下進(jìn)行了模型分析，指出逆變器模型是一個(gè)雙輸入單輸出的非線性模型，但是其非線性僅表達(dá)在負(fù)載擾動(dòng)上。 在硬件架構(gòu)的根底上還介紹了系統(tǒng)的軟件功能。

2、對(duì)不間斷電源和市電之間的整流問(wèn)題進(jìn)行了深入的探討，分析了整流的理論根底。對(duì)逆變器的控制技術(shù)，采用工程中應(yīng)用廣泛的PID控制器提高其動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性，介紹了參數(shù)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真詳細(xì)分析其穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，對(duì)參數(shù)加以修正。關(guān)鍵詞：不間斷電源、功率因數(shù)校正、均值電流控制、整流。 ABSTRACTToday, high-performance, high efficiency, small lightweight and intelligent monitoring various types of uninterrupted power supply has increasingly become

3、the goal, and digital control technology allows the realization of these objectives is more simple. Therefore, digital control system of uninterrupted power supply is necessary and meaningful.First, the uninterrupted power supply of the hardware architecture to highlight the power factor correction

4、rectifier and inverter main circuit structure. The average current mode power factor correction technology as an example a detailed analysis of power factor correction circuit works, and gives design ideas and should pay attention to the problem. The core of the uninterrupted power supply - inverter

5、 in continuous state and discrete state model under analysis, pointed out that the inverter model is a two-input single-output nonlinear model, but only reflected in the nonlinear disturbances on the load . Based on the hardware architecture of the system also introduced software features. For unint

6、errupted power supply and electricity issues between the tracking phase-locked-depth discussions, analysis of the theoretical basis of lock-in technique, summarizes the analysis of two phase locking algorithm and the process and their respective lock algorithm. The inverter control technology, engin

7、eering PID controller is widely used in improving the dynamic performance and stability, the design parameters are introduced, and through detailed analysis of the steady-state simulation and dynamic performance parameters to be modified.KEY WORDS：Uninterrupted power supply, power factor correction,

8、 average current control, rectifier目錄摘要、關(guān)鍵詞1英文翻譯1緒論 4第一章UPS在社會(huì)上扮演的重要角色 我國(guó)市電供電的現(xiàn)狀與問(wèn)題 41.1.1供電質(zhì)量的危害性 51.1.2電源故障及產(chǎn)生的原因 51.1.3 UPS具備的根本功能 6第二章 2.1 UPS市場(chǎng)及產(chǎn)品開(kāi)展概述 7 2 7 2.1.2 UPS具備的根本功能 7 2 UPS電源的分類 8 2 UPS的根本原理 9 2 UPS主要技術(shù)指標(biāo) 10 2.2 UPS的分類及連接技術(shù)的開(kāi)展 11 2.2.1 UPS的分類 11 2.2.2 UPS的開(kāi)展 11 2 UPS性能分類 12 2.2.4 UPS日常

9、維護(hù) 14 2.2.5 UPS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和現(xiàn)狀 15第三章 UPS電源的應(yīng)用和工作原理 193.1中小企業(yè)購(gòu)置UPS電源需要看四大標(biāo)準(zhǔn) 193.2正弦波輸出的后備式UPS工作原理 20第四章 UPS電源的分類及性能特點(diǎn) 21 4.1 后備式UPS 21 4.2 在線互動(dòng)式UPS 23 4.3 傳統(tǒng)雙變換在線式UPS 254.4 變換在線式UPS 27 雙總線冗余供電系統(tǒng) 29結(jié)束語(yǔ) 32致謝 32參考文獻(xiàn) 33第一章 緒論UPS電源的問(wèn)題在很大程度上是電池的問(wèn)題，只要正確使用電池，并經(jīng)常對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)，就能使其保持良好的狀態(tài)，也就解決了UPS電源的關(guān)鍵問(wèn)題，就能保證UPS電源隨時(shí)處

10、于正常工作狀態(tài)，也就可以使設(shè)備在平安的環(huán)境中工作。 UPS電源的電池種類很多，有開(kāi)口的鉛酸電池、閥控式鉛酸電池、鎘鎳開(kāi)口式電池以及其他類型的電池。目前常用的主要是閥控式鉛酸電池、鎘鎳開(kāi)口式電池，以上介紹的主要是閥控式鉛酸電池在使用中的考前須知，如果使用的是鎘鎳開(kāi)口式電池，可以參考本文，并根據(jù)鎘鎳開(kāi)口式電池的使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行使用維護(hù)。1.1 我國(guó)市電供電的現(xiàn)狀與問(wèn)題市電即指公共電網(wǎng)。在同一個(gè)區(qū)域性電網(wǎng)上，連接著成千上萬(wàn)個(gè)不同性質(zhì)的負(fù)載，其中一些大容量感性、容性、沖擊性、高頻變換性的負(fù)載，不僅從電網(wǎng)獲取電能，還會(huì)反過(guò)來(lái)對(duì)電網(wǎng)造成污染，惡化局部乃至整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，造成電網(wǎng)電壓的幅度變化、波形畸變、

11、頻率漂移或高頻干擾等。另外，意外的自然災(zāi)害或人為事故，如地震、雷擊、輸變電系統(tǒng)短路或斷路等，都會(huì)危害電力的正常供給，從而影響負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。影響供電質(zhì)量的一個(gè)重要原因是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)總裝容量和配電水平。供電網(wǎng)絡(luò)、配電設(shè)備以及維護(hù)水平落后是供電質(zhì)量差、可靠性低的重要原因。供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)落后和供電線路損耗大，必然會(huì)加大電網(wǎng)終端用電設(shè)備的相互影響，加劇電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、浪涌、尖峰干擾等現(xiàn)象，增加電網(wǎng)電壓凈化的難度，再加上用電部門對(duì)負(fù)載設(shè)備的分配不合理，負(fù)載功率因數(shù)、負(fù)載電流諧波、設(shè)備啟、停對(duì)電網(wǎng)的干擾，這些都使得電網(wǎng)終端的供電質(zhì)量進(jìn)一步下降。近年來(lái)，我國(guó)加大了對(duì)電網(wǎng)工程的改造力度，大力進(jìn)行城

12、市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)的的改造，發(fā)動(dòng)機(jī)總?cè)萘恳涯軡M足用戶的需要。但其在供電設(shè)施和供電質(zhì)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比，以及與我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)地位相比還存在著很大的差距，詳見(jiàn)表1-1。1-1。配電網(wǎng)運(yùn)行、管理 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀國(guó)際先進(jìn)水平用戶年平均停電時(shí)間紐約10min，東京20min配電線路架空線為主，少量電纜，存在大量低壓配電線路城市主要用電纜，低壓線路短，或局限在建筑物內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輻射式，少數(shù)雙回線，缺少規(guī)劃主干線，自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)N-1，網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)N-2配電設(shè)備少油，真空，少量SF6定期維護(hù)、檢測(cè)完成“無(wú)油化“改造，全部為真空或SF6免維護(hù)自動(dòng)化程度手動(dòng)、自動(dòng)兼有，手動(dòng)操作為主自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障

13、識(shí)別，隔離，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)故障停電時(shí)間幾個(gè)小時(shí)<1min維護(hù)、管理按方案執(zhí)行AM/FM/GIS技術(shù)線路損耗8.6%5%6%表1-1 供電質(zhì)量的問(wèn)題比擬從表1-1可以看出，即使我國(guó)發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量能滿足用電量的需求，也很難保證用電終端的的供電質(zhì)量。1 供電質(zhì)量問(wèn)題的危害性電源質(zhì)量是指供電設(shè)備的進(jìn)線電源與正常穩(wěn)定的50Hz正弦波電源之間在電源、電流、頻率、以及波形上的偏差頻繁度和嚴(yán)重的程度。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，因電源質(zhì)量問(wèn)題造成的電源事故，其損失是不可低估的。例如像一份報(bào)紙，如果延誤了出版日期，它所刊登的新聞就變成了歷史，這樣的日?qǐng)?bào)也就賣不出去了。在電視衛(wèi)星直播過(guò)程中如果突然出現(xiàn)電源事故，信號(hào)就會(huì)無(wú)

14、法傳輸，用戶端就會(huì)無(wú)法看到正常的電視節(jié)目，對(duì)企業(yè)造成的影響顯而易見(jiàn)。在現(xiàn)代化的醫(yī)院中，搶救監(jiān)護(hù)病人離不開(kāi)一些電子監(jiān)護(hù)儀器，而電源或設(shè)備的故障會(huì)造成生命危險(xiǎn)。在商業(yè)及金融業(yè)，數(shù)據(jù)處理的活動(dòng)非常重要和敏感，尤其是股票交易和金融交易的過(guò)程，而電源質(zhì)量事故會(huì)造成數(shù)據(jù)喪失，其后果是無(wú)法估量的。 電源故障及產(chǎn)生的原因電源故障產(chǎn)生的原因是很復(fù)雜的，根據(jù)大量負(fù)載設(shè)備運(yùn)行的案例和對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)測(cè)控，市電電壓中存在的問(wèn)題主要有以下幾種：a.電涌：指市電電壓有效值高于額定值110%，并且持續(xù)時(shí)間為一個(gè)至數(shù)個(gè)周期的現(xiàn)象。它主要是由于在同一電網(wǎng)上的大型設(shè)備突然關(guān)機(jī)時(shí)，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓沖擊。電腦及類似的敏感設(shè)

15、備對(duì)可接受的電壓值都有一定的范圍，任何超出其設(shè)定范圍的的峰值或有效值都會(huì)對(duì)元器件的平安構(gòu)成威脅，影響其可靠性和壽命。b.高壓尖脈沖：指峰值達(dá)上千伏，持續(xù)時(shí)間從0.1毫秒至幾毫秒的脈沖電壓。這主要是由于電弧放電、改善功率因數(shù)的電容器切換、感性負(fù)載的切換、靜態(tài)放電或大型電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)操作而產(chǎn)生的。c.電壓下陷：指市電電壓有效值介于額定值80%85%的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時(shí)間為一個(gè)至數(shù)個(gè)周期的情況，大型設(shè)備開(kāi)機(jī)或大型電力變壓器接入都可能造成電壓下陷。d.頻率偏移：指市電頻率的變化超過(guò)3Hz，通常市電的頻率還是比擬穩(wěn)定的，變化范圍在0.5Hz以內(nèi)。f.電壓不平衡：指三相電源各相的電壓不對(duì)稱。他是由于三相負(fù)

16、載不平衡所致，他會(huì)使變壓器內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)流或過(guò)熱，并使三相電機(jī)的效率降低，對(duì)單相負(fù)載設(shè)備造成過(guò)欠電壓。g.諧波畸變：指電壓波形畸變，主要是非線性負(fù)載造成的。例如輸入端有整流環(huán)節(jié)的大型設(shè)備，如UPS、穩(wěn)壓器、逆變器、變頻器、電子鎮(zhèn)流器等。h.持續(xù)欠電壓或過(guò)電壓：是市電長(zhǎng)時(shí)間低于或高于額定的電壓值。欠電壓會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行不正常，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障，繼電器線圈斷開(kāi)、鼠籠電動(dòng)機(jī)過(guò)熱；過(guò)電壓會(huì)使電氣電子設(shè)備永久損壞。以上各種電源故障產(chǎn)生的原因是很復(fù)雜的，有發(fā)電設(shè)備的原因，有電力傳輸不良的原因，有自然環(huán)境的原因，也有負(fù)載的原因。各種現(xiàn)象也不是孤立出現(xiàn)的，由于某種原因影響供電質(zhì)量時(shí)，往往是幾種現(xiàn)象同時(shí)伴生出現(xiàn)。1.

17、1.3 UPS具備的根本功能為負(fù)載設(shè)備提供連續(xù)的不間斷的交流電能供給。具體采用的技術(shù)方法是：平時(shí)由電網(wǎng)系統(tǒng)供電，在電網(wǎng)出現(xiàn)異常而突然停電的時(shí)候，能夠迅速地切換到UPS內(nèi)部電源供電。由于負(fù)載設(shè)備對(duì)供電穩(wěn)定性的要求不同，對(duì)選用的UPS的切換速度要求也有所不同。比方，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的濾波電容放電只能維持計(jì)算機(jī)工作810ms 的時(shí)間，如果超過(guò)這個(gè)時(shí)間，機(jī)器就進(jìn)入自檢重啟狀態(tài)。為了防止出現(xiàn)這些情況，必須要求UPS能在停電后10ms以內(nèi)恢復(fù)對(duì)負(fù)載的正常供電，提供電壓、頻率穩(wěn)定的，準(zhǔn)確的交流電能供給。電網(wǎng)中的一些強(qiáng)脈沖尖峰、高能浪涌等干擾也會(huì)引起計(jì)算機(jī)等一些電器設(shè)備的誤操作而帶來(lái)不必要的損失；市電供給在一些特殊

18、情況下電壓也會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)，對(duì)精確設(shè)備的工作也會(huì)造成不量的影響。因此，UPS供電系統(tǒng)，實(shí)際上還需要起到穩(wěn)定電壓、頻率，過(guò)濾潔凈電源環(huán)境等功能。一些UPS系統(tǒng)，還具備過(guò)電壓，過(guò)電流平安報(bào)警，或自動(dòng)保護(hù)功能2.1 UPS市場(chǎng)及產(chǎn)品開(kāi)展概述首先，就整體增長(zhǎng)而言，在最近二三年內(nèi)，中國(guó)UPS市場(chǎng)增長(zhǎng)非常平穩(wěn)，大約在 8%10%之間，而且這個(gè)狀態(tài)將持續(xù)穩(wěn)定，不太會(huì)出現(xiàn)大起大落的現(xiàn)象。其次，就客戶需求而言，性能要求越來(lái)越高，而價(jià)格要求越來(lái)越低。這其實(shí)也是廠商之間競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，由于競(jìng)爭(zhēng)加劇，使得客戶的胃口越來(lái)越高，而給廠商本錢和利潤(rùn)都帶來(lái)更大的壓力。第三，由于現(xiàn)在多數(shù)行業(yè)都是公開(kāi)招標(biāo)，因此透明度還是比擬高，市

19、場(chǎng)秩序也相對(duì)更加標(biāo)準(zhǔn)，因此以前國(guó)內(nèi)廠商倚重的外鄉(xiāng)化優(yōu)勢(shì)不再具有。第四，行業(yè)需求還是集中在政府、金融、電信三大領(lǐng)域，在新的需求放緩的情況下，主要是設(shè)備更新?lián)Q代拉動(dòng)需求。第五，中低端市場(chǎng)的上升勢(shì)頭會(huì)更為明顯。這主要是由中小功率UPS產(chǎn)品廣闊的應(yīng)用前景決定的。中小功率UPS雖然在單價(jià)、利潤(rùn)率等方面與大功率產(chǎn)品無(wú)法相比，但由于其基數(shù)龐大，并且增長(zhǎng)迅速，所以還將繼續(xù)成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。2今天計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)飛速開(kāi)展，計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，于是UPS似乎也成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的一個(gè)局部。越來(lái)越多的重要數(shù)據(jù)、圖象、文字由計(jì)算機(jī)處理和存貯，如果在工作中間突然停電，必然導(dǎo)致隨機(jī)存貯器中的數(shù)據(jù)和

20、程序喪失或損壞；更嚴(yán)重的是，如果此時(shí)計(jì)算機(jī)的讀寫磁頭正在工作的話，極易造成磁頭或磁盤的損壞；假設(shè)這些數(shù)據(jù)是在銀行清算系統(tǒng)或是證券交易等系統(tǒng)中喪失的話，后果更將不堪設(shè)想。2.1.2 UPS具備的根本功能為負(fù)載設(shè)備提供連續(xù)的不間斷的交流電能供給。具體采用的技術(shù)方法是：平時(shí)由電網(wǎng)系統(tǒng)供電，在電網(wǎng)出現(xiàn)異常而突然停電的時(shí)候，能夠迅速地切換到UPS內(nèi)部電源供電。由于負(fù)載設(shè)備對(duì)供電穩(wěn)定性的要求不同，對(duì)選用的UPS的切換速度要求也有所不同。比方，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的濾波電容放電只能維持計(jì)算機(jī)工作810ms 的時(shí)間，如果超過(guò)這個(gè)時(shí)間，機(jī)器就進(jìn)入自檢重啟狀態(tài)。為了防止出現(xiàn)這些情況，必須要求UPS能在停電后10ms以內(nèi)恢復(fù)

21、對(duì)負(fù)載的正常供電，提供電壓、頻率穩(wěn)定的，準(zhǔn)確的交流電能供給。電網(wǎng)中的一些強(qiáng)脈沖尖峰、高能浪涌等干擾也會(huì)引起計(jì)算機(jī)等一些電器設(shè)備的誤操作而帶來(lái)不必要的損失；市電供給在一些特殊情況下電壓也會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)，對(duì)精確設(shè)備的工作也會(huì)造成不量的影響。因此，UPS供電系統(tǒng)，實(shí)際上還需要起到穩(wěn)定電壓、頻率，過(guò)濾潔凈電源環(huán)境等功能。一些UPS系統(tǒng)，還具備過(guò)電壓，過(guò)電流平安報(bào)警，或自動(dòng)保護(hù)功能。2.1.3 UPS電源的分類在線式onlineUPS供電系統(tǒng) 其單機(jī)功率：0.7kVA1500kVA。該系統(tǒng)的主備供電通路都是通過(guò)逆變器向負(fù)載供電的，由于市電經(jīng)過(guò)了完善的濾涉及逆變轉(zhuǎn)換，所以它能為負(fù)載提供高質(zhì)量的、純潔的正

22、弦波電源。并且它的抗雷擊能力也是一流的。 準(zhǔn)在線式UPS 單機(jī)功率0.7kVA20kVA。這種UPS的逆變器只有當(dāng)市電電壓低于150V或高于264V時(shí)才投入工作，向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波電源；而當(dāng)電壓在150264V之間時(shí)，逆變器停止工作，UPS 向用戶負(fù)載提供經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理的一般市電電源。 后備offline正弦波輸出式UPS電源單機(jī)輸出功率：0.25kVA2kVA左右。當(dāng)市電在170264V范圍內(nèi)時(shí)，它向負(fù)載提供經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理過(guò)的一般市電電源，僅當(dāng)市電電源的電壓低于170V或高于264V時(shí)，逆變器才工作，蓄電池貯存的直流電逆變?yōu)檎医涣麟娤蜇?fù)載輸出。4 后備o

23、ffline方波輸出式UPS電源其單機(jī)輸出功率：0.25kVA1kVA。該種機(jī)型與后備正弦波機(jī)型的不同之處在于當(dāng)市電電壓低于165V或高于270V時(shí)向負(fù)載提供的是具有穩(wěn)壓特性的50Hz方波電源。該機(jī)在方波輸出時(shí)，適宜接阻害性負(fù)載，如果接感性負(fù)載的話，會(huì)燒毀UPS的逆變器或?qū)ω?fù)載產(chǎn)生損壞。2.1.4 UPS的根本原理 圖2-1 UPS工作原理圖Inverter逆變器Static switch靜態(tài)開(kāi)關(guān)Control circuit with microprocessor用微處理器控制電路Rectifier整流器Input mains輸入電源Bypass line input separate旁路線

24、輸入External Battery外部電池Output輸出Standard Jumper on terminal board端子接線板上的標(biāo)準(zhǔn)跳線Signallings and command panel信號(hào)與命令板1Harmonic reduction Filter諧波過(guò)濾器(*)Only Harmonics reduction Filter version只有諧波降低過(guò)濾器的型號(hào)(*)Two rectifier in 12pulse version12脈沖整流器的型號(hào)DB15 femaleDB15凹DB9 femaleDB9凹DB9 maleDB9凸Remote control and

25、signals遙控與信號(hào)1-9 RS 232-1 line - for PC1-9 RS 232-1線-用于PC1-9 RS 232-2 line - for Modem1-9 RS 232-1線-用于調(diào)制解調(diào)器Backfeed Protection供電保護(hù)工作過(guò)程如下：市電電源先經(jīng)過(guò)輸入濾波器，將市電中的高頻電磁干擾、射頻干擾、尖峰脈沖等干擾進(jìn)行吸收、抑制處理，然后分成四路進(jìn)入下面不同的處理局部： 1送到具有 “功率團(tuán)數(shù)校正功能的整流器輸人端進(jìn)行整流處理。 2進(jìn)入 UPS鎖相同步電路，提取同步信號(hào)以便逆變器在市電停電時(shí)將蓄電池組產(chǎn)生的直流電進(jìn)行瞬時(shí)同步逆變，保證負(fù)載側(cè)供電的同步連續(xù)性。 3經(jīng)

26、充電器對(duì)UPS所配置的蓄電池組進(jìn)行“浮充式充電，以便市電中斷時(shí)向逆變器提供充足的逆變能源。其浮充電壓應(yīng)為電池組標(biāo)稱端電壓的1.125倍。 4直接經(jīng)交流旁路供電通道饋送到切換開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)上。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了在當(dāng)逆變器或微處理器發(fā)生故障時(shí)直接由市電向負(fù)載供電防止負(fù)載供電中斷，同時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，提示值班人員采取措施。這也是UPS高可靠性的一個(gè)表達(dá)。2.1.5 UPS主要技術(shù)指標(biāo)新型UPS中的逆變器大多采用了PWM技術(shù)，同時(shí)采用了石英晶體振蕩控制逆變器的頻率，通過(guò)電壓負(fù)反響電路確保輸出電壓的穩(wěn)定。它具開(kāi)關(guān)電源的一系列特定點(diǎn)，通過(guò)精確調(diào)整脈沖寬度，保證功率穩(wěn)定輸出，同時(shí)，開(kāi)關(guān)管在截止期間沒(méi)有電

27、流流過(guò)，故自身?yè)p耗很小，主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1、額定輸出功率和最大輸出功率 2、切換時(shí)間 3、輸出電壓穩(wěn)定度，參考值 ±0.5±2 4、輸出頻率穩(wěn)定度，參考值 ±0.01±0.5% 5、輸出波形純粹正弦波輸出，電壓畸變小于1，不存在潛波失真的問(wèn)題 6、效率高、損耗低。參考指標(biāo)高于 90 7、故障率低、維護(hù)容易。由于微處理器監(jiān)控技術(shù)和先進(jìn)的IGBT驅(qū)動(dòng)型SPWM等高技術(shù)的采用，目前的UPS已到達(dá)了極高的可靠性水平，對(duì)于大型UPS電源來(lái)講，其單機(jī)的年均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF超過(guò)20萬(wàn)小時(shí)已不成問(wèn)題。如果采用雙總線輸出的多機(jī)“冗余型UPS供電系統(tǒng)，其MTBF甚

28、至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)數(shù)量級(jí)。2.2 UPS的分類及連接技術(shù)的開(kāi)展2.2.1 UPS的分類UPS的種類繁多，可以從不同方面進(jìn)行分類。 按照輸出功率容量S的大小來(lái)分，從國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)上有兩種分法。一是分為4等：微型，S<3kVA；小型，3kVAS<10kVA;中型，10kVAS<100kVA;大型，S100kVA。二是分為3等：小型，S<10kVA；中型，10kVAS100kVA；大型，S>100kVA。 按照輸入輸出方式來(lái)分，有單相輸入單相輸出；兩相輸入兩相輸出；三相輸入三相輸出包括三相三線制與三相四線制兩種；三相輸入單相輸出。 按照輸出電壓波形來(lái)分，有方波,階梯波與正

29、弦波三種。 按照供電時(shí)間t的長(zhǎng)短來(lái)分，有短時(shí)間供電t30min和長(zhǎng)時(shí)間供電0.5h<t<10h兩種。短時(shí)供電中，一般的UPS標(biāo)準(zhǔn)后備時(shí)間有10min與30min兩種。 按照工作原理來(lái)分，有動(dòng)態(tài)式前述電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組合與靜態(tài)式。靜態(tài)式又分為后備式、在線互動(dòng)式與在線式三種。在線式又有雙變換在線式與雙逆變電壓補(bǔ)償在線式等。2.2.2 UPS的開(kāi)展20世紀(jì)60年代以前，電網(wǎng)電源通過(guò)整流器輸出直流，驅(qū)動(dòng)帶有很大飛輪的直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)再帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出交流給負(fù)載供電。當(dāng)電網(wǎng)電源中斷后，利用飛輪的慣性使發(fā)電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，同時(shí)起動(dòng)油機(jī)并使其轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，再使油機(jī)離合器與發(fā)電機(jī)

30、相連繼續(xù)發(fā)電。這種方式雖然工作可靠，但設(shè)備笨重、效率低、噪聲大，現(xiàn)已根本淘汰。 20世紀(jì)60年代，UPS主要采用晶閘管，研究的重點(diǎn)是逆變換流技術(shù)，并隨著逆變技術(shù)的不斷完善，得到了較為廣泛的應(yīng)用。存在的問(wèn)題是：當(dāng)時(shí)的普通晶閘管不具有自關(guān)斷特性，加上抗干擾能力較差，影響了UPS工作的可靠性。 20世紀(jì)70年代，逆導(dǎo)晶閘管得到應(yīng)用，使得UPS裝置小型化，同時(shí)采用冗余并聯(lián)技術(shù)又提高了UPS的可靠性與輸出功率。 20世紀(jì)80年代，PWM技術(shù)的出現(xiàn)以及GTO和晶體管模塊的應(yīng)用，使UPS結(jié)構(gòu)緊湊，裝置更小，同時(shí)使用頻率更高。 20世紀(jì)90年代至今，采用了交流輸入的瞬時(shí)值控制方案和輸出電壓瞬時(shí)值控制技術(shù)，以及

31、GTR、VMOS、IGBT的應(yīng)用，使UPS的功率因數(shù)得到進(jìn)一步提高，其保護(hù)功能也進(jìn)一步完善。 現(xiàn)在，人們正在研究采用具有容錯(cuò)功能的冗余配置方案，解決當(dāng)某臺(tái)UPS故障后，其他UPS 裝置繼續(xù)同步同頻、同相、同幅給負(fù)載供電的問(wèn)題；另外，人們?cè)谘芯縐PS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間建立雙向通信調(diào)控功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)UPS的監(jiān)控。總之，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，UPS必將朝著高可靠性、智能化、小型化的方向開(kāi)展。2.2.3 UPS性能分類1后備式UPS 它是最早出現(xiàn)的靜態(tài)式UPS，由蓄電池、充電器、逆變器、自動(dòng)穩(wěn)壓電路與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成。技術(shù)成熟，價(jià)格廉價(jià)，其功率多在2kVA以下，最大不超過(guò)3kVA，現(xiàn)在應(yīng)用比擬廣泛

32、。其性能特點(diǎn)： 電網(wǎng)供電時(shí)的市電利用率高，在98%以上。 輸入的功率因數(shù)與輸入電流諧波的大小由負(fù)載的性質(zhì)決定。 對(duì)負(fù)載電流的波峰因數(shù)、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過(guò)載能力等沒(méi)有嚴(yán)格的限制，輸出能力強(qiáng)。 輸出電壓的穩(wěn)定度與精度都比擬差。 電網(wǎng)斷電時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)受切換電流能力與動(dòng)作時(shí)間的限制，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般要410ms。 鑒于上述情況，后備式UPS只能用于一般要求下的小容量負(fù)載設(shè)備。 2在線互動(dòng)式UPS 這種UPS由蓄電池、雙向逆變器或稱整流/逆變器、自動(dòng)穩(wěn)壓器與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成。它克服了后備式UPS的缺乏主要是存在一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)輸出功率也增大到5kVA，屬于并聯(lián)功率傳輸方式。其性能特點(diǎn)： 具有后備

33、式UPS的前4個(gè)特點(diǎn)，但由于它的逆變器直接接在輸出端，處于熱備份狀態(tài)，因而對(duì)輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。 電網(wǎng)供電時(shí)可靠性高，同時(shí)逆變器給蓄電池充電，且充電能力強(qiáng)。 電網(wǎng)斷電時(shí)，UPS的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間比后備式小得多。如果在輸入開(kāi)關(guān)與自動(dòng)穩(wěn)壓器之間串一電感，逆變器可立即向負(fù)載供電，可使轉(zhuǎn)換時(shí)間減少到零。 UPS的輸出功率因數(shù)有所降低。 鑒于上述特點(diǎn)，在線式互動(dòng)式UPS用于要求較高的小容量負(fù)載設(shè)備上。 3 雙變換在線式UPS 這種UPS由蓄電池、整流器、兩個(gè)逆變器與靜態(tài)開(kāi)關(guān)組成。屬于串聯(lián)功率傳輸方式，輸出功率大，目前大功率的UPS多屬于這種形式。其性能特點(diǎn)： 無(wú)論電網(wǎng)斷電與否，都由逆變器給負(fù)載供電，

34、供電質(zhì)量高。 電網(wǎng)斷電時(shí)，UPS輸出電壓不受任何影響，沒(méi)有轉(zhuǎn)換時(shí)間。 由于逆變器承當(dāng)負(fù)載的全部功率，使得UPS的輸出能力欠缺，并且對(duì)負(fù)載提出電流峰值因數(shù)、過(guò)載能力、輸出功率因數(shù)等方面的限制條件。 由于當(dāng)電網(wǎng)供電時(shí)兩個(gè)逆變器都還承當(dāng)負(fù)載的全部功率，使得UPS的整機(jī)效率較低：當(dāng)S<10kVA 時(shí)，效率80%；當(dāng)10kVAS100kVA時(shí)，=80%90%；當(dāng)S>100kVA時(shí)，=90%92%。 如果其中的整流器采用可控整流時(shí)，無(wú)功損耗大，輸入功率因數(shù)低，且輸入諧波電流對(duì)電網(wǎng)造成較大的污染。 這種UPS現(xiàn)在有采用IGBTPWMDSP整流技術(shù)或功率因數(shù)校正技術(shù)，使輸入功率因數(shù)大大提高接近1，

35、輸入諧波電流也可降低到3%以下，同時(shí)還具有一定的節(jié)能效果。它可以用于要求高的不同功率尤其是大功率的負(fù)載設(shè)備上。 4 雙逆變電壓補(bǔ)償在線式UPS 這種UPS由蓄電池、AC/DC/AC逆變器與DC/AC逆變器組成，它的主電路中采用了交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理Delte變換，它屬于串并聯(lián)功率傳輸方式，輸出功率大，同時(shí)可以克服雙變換在線式UPS的缺乏。其性能特點(diǎn)： 具有雙變換在線式UPS的前2個(gè)特點(diǎn)，即供電質(zhì)量高，不存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。 兩個(gè)逆變器中有一個(gè)逆變器AC/DC/AC兼?zhèn)鋵?duì)輸入端功率因數(shù)的校正，可使功率因數(shù)提高到0.99，輸入諧波電流減少到小于3%。 電網(wǎng)供電時(shí)，兩個(gè)逆變器承當(dāng)?shù)淖畲蠊β手粸檩敵?/p>

36、功率的1/5，因而可使整機(jī)效率提高到96%，同時(shí)還可使功率器件的可靠性大大提高。 具有較好的節(jié)能效果。 這種UPS用于要求很高的不同功率主要是大功率的負(fù)載設(shè)備上。2.2.4 UPS日常維護(hù)為提高有線電視系統(tǒng)的可靠性，除應(yīng)正確選用UPS外，還要認(rèn)真做好日常維護(hù)工作。技術(shù)的成熟使UPS電氣局部的維護(hù)量極小，主要是蓄電池的維護(hù)。電池是UPS的重要支柱，也是UPS系統(tǒng)中較為薄弱的環(huán)節(jié)，在UPS的故障中有很大比例是由于電池問(wèn)題引起的。電池性能的好壞將直接影響到UPS系統(tǒng)的可靠性。盡管使用的是免維護(hù)電池，但一定的維護(hù)是相當(dāng)必要的。日常工作中除每日記錄UPS及充電器面板上的數(shù)據(jù)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.浮充電

37、壓的設(shè)置對(duì)電池的壽命具有相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｈ藶樘岣吒〕潆妷簩?duì)蓄電池有害無(wú)益。實(shí)驗(yàn)證明，蓄電池的浮充電壓設(shè)置偏高或偏低均會(huì)使其壽命顯著降低。浮充電壓過(guò)高，會(huì)引起電池正極腐蝕，電解液中的水被大量分解為氫和氧溢出，造成容量下降甚至損壞；浮充電壓過(guò)低，會(huì)使電池充電缺乏和電極硫酸鹽化。浮充電壓應(yīng)嚴(yán)格按廠家說(shuō)明書(shū)來(lái)設(shè)定。定期在線測(cè)量各電池端電壓，當(dāng)各單體電池壓差過(guò)大時(shí)，要進(jìn)行均充。2.如果長(zhǎng)時(shí)間不停電，應(yīng)每間隔3個(gè)月左右關(guān)閉市電，讓UPS電池對(duì)負(fù)載放電一次，以保證電池的活性。電池如果長(zhǎng)期沒(méi)有放電，不僅會(huì)因硫化而降低容量，還會(huì)造成UPS省池瞬間不能輸出足夠大的電流使負(fù)載掉電。一般人為放電只需放出電池組額定容量的3

38、0%-50即可。在放電過(guò)程中應(yīng)防止過(guò)大或極小電流放電，放電電壓不得低干蓄電池的終止電壓，防止電池深度放電。以實(shí)際負(fù)載計(jì)算那么人為放電時(shí)間應(yīng)控制為：30%-50x電池組額定容量：實(shí)際負(fù)載量。放電期間要做好測(cè)試記錄，供日后比對(duì)。3.蓄電池的壽命與日常維護(hù)及正確使用有相當(dāng)大的關(guān)系，如我縣與鄰縣同時(shí)開(kāi)通市縣光纜節(jié)目，所配置的蓄電池也一樣。鄰縣不管停電時(shí)間長(zhǎng)短均任其放電，導(dǎo)致蓄電池在短時(shí)間即徹底損壞。我縣機(jī)房對(duì)溫度、濕度嚴(yán)格控制，加之技術(shù)人員盡心維護(hù)，直到現(xiàn)在蓄電池仍運(yùn)行良好。有一次由于停電時(shí)間長(zhǎng)，一時(shí)疏忽造成蓄電池放電過(guò)度，致使復(fù)電后蓄電池充不進(jìn)電現(xiàn)象。技術(shù)人員慎重地將充電電壓慢慢提高著充，一段時(shí)間后

39、充電電流終于逐漸上升，這時(shí)才將電壓調(diào)至正常值繼續(xù)充，直到充滿。2.2.5 UPS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和現(xiàn)狀YD/T1095-2000?通信用不間斷電源-UPS?行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自2001年批準(zhǔn)執(zhí)行以來(lái),至今已有6年。在1996年底原郵電部對(duì)通信電源實(shí)行進(jìn)網(wǎng)管理時(shí),UPS還沒(méi)有通信行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),對(duì)UPS進(jìn)網(wǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)主要引用了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14715-93?信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件?,此標(biāo)準(zhǔn)是UPS產(chǎn)品的通用技術(shù)條件(以下簡(jiǎn)稱“通用技術(shù)條件),由于當(dāng)時(shí)我國(guó)UPS技術(shù)開(kāi)發(fā)和制造業(yè)處于起步階段,無(wú)論是技術(shù)水平或單機(jī)容量與國(guó)外產(chǎn)品相比尚存在較大的差距。而且市場(chǎng)上銷售的小容量UPS幾乎都是為PC機(jī)供電,所以

40、在“通用技術(shù)條件中沒(méi)有對(duì)輸入功率因數(shù)、輸入諧波電流、輸出穩(wěn)壓精度以及輸出電流峰值系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)作出相應(yīng)的規(guī)定。 YD/T1095-2000的制定,主要是根據(jù)通信行業(yè)的負(fù)載特點(diǎn)提出了不同程度的要求。對(duì)UPS的輸入技術(shù)參數(shù)確實(shí)定主要根據(jù)有源補(bǔ)償與無(wú)源補(bǔ)償?shù)奶匦?并沒(méi)有考慮到三相六脈波根本電路的輸入?yún)?shù)。為了便于通信局、站電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控,對(duì)UPS提出了應(yīng)具有遙測(cè)、遙信功能,并對(duì)遙測(cè)、遙信內(nèi)容做了相應(yīng)的規(guī)定。與此同時(shí),也注意到一些用于非重要場(chǎng)合如辦公室自動(dòng)化、各單位內(nèi)局域網(wǎng)及效勞器的供電對(duì)小容量(10kVA以下)UPS的一般要求,在標(biāo)準(zhǔn)中把與此相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)分為三類(、類),類指標(biāo)可滿足上述高端用

41、戶在重要場(chǎng)合下運(yùn)行的要求。而類指標(biāo)可到達(dá)在非重要場(chǎng)合下運(yùn)行的一般要求,類指標(biāo)介于類與類之間,可供用戶根據(jù)負(fù)載特性及使用環(huán)境來(lái)綜合選擇。 2004年3月,通信電源由進(jìn)網(wǎng)管理正式轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證的行業(yè)管理,此標(biāo)準(zhǔn)作為UPS產(chǎn)品檢驗(yàn)的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證現(xiàn)場(chǎng)檢查的局部依據(jù)。在產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證的初期,申請(qǐng)認(rèn)證的UPS均為雙變換(在線)式,這種形式的大功率UPS(100kVA以上)根本上都是國(guó)外品牌產(chǎn)品,其中局部UPS的輸入主電路采用了先進(jìn)的IGBT(PWM)整流技術(shù),輸入功率因數(shù)可達(dá)0.99以上,輸入電流諧波含量小于5%。采用三相12脈波整流器配置無(wú)源11次諧波濾波器的UPS滿載輸入功率因數(shù)也可到達(dá)0

42、.95以上,輸入電流諧波含量低于10%。即便是三相6脈波整流器配置無(wú)源5次諧波濾波器的UPS,其上述兩項(xiàng)指標(biāo)也優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中類技術(shù)要求。以上幾種形式輸入電路的UPS整機(jī)轉(zhuǎn)換效率均可90%,逆變至旁路轉(zhuǎn)換時(shí)間一般都可做到無(wú)間斷轉(zhuǎn)換或1ms(毫秒)左右的轉(zhuǎn)換時(shí)間,符合標(biāo)準(zhǔn)中類與類的技術(shù)要求。 對(duì)于國(guó)產(chǎn)小功率(尤其是20kVA以下)的UPS,變換技術(shù)和主電路結(jié)構(gòu)各具不同,目前一般可分為雙變換(在線)式、互動(dòng)式和后備式三種。所采用的變換技術(shù)可分為高頻或工頻變換。電路結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的變換技術(shù)也各不相同,其中高頻雙變換(在線)式(以下簡(jiǎn)稱高頻在線式)UPS無(wú)工頻變壓器,在整流器與逆變器之間設(shè)有一級(jí)高頻DC/DC

43、變換電路,其主要功能是對(duì)交流輸入端進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償(PFC),如采用連續(xù)電流控制方案可將輸入功率因數(shù)提高至0.98左右,輸入諧波電流含量可控制在10%以內(nèi),轉(zhuǎn)換效率一般大于88%,甚至更高,雖然過(guò)載能力較差一些,但也能滿足標(biāo)準(zhǔn)中的類技術(shù)要求。其它主要技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)有著較好的符合性。 與高頻機(jī)相比,工頻變換尤其單相輸入的UPS(簡(jiǎn)稱工頻機(jī))在以上幾項(xiàng)主要技術(shù)要求中表現(xiàn)欠佳。由于工頻機(jī)沒(méi)有輸入功率因數(shù)補(bǔ)償功能,所以其輸入功率因數(shù)PF只能到達(dá)0.7左右,根據(jù)功率因數(shù)PF與諧波電流含量(THD)的關(guān)系式: THD(I)=(1/PF)2-1可計(jì)算出輸入諧波電流含量THD(I)將到達(dá)100%,實(shí)際測(cè)量的結(jié)

44、果也是如此,也就是說(shuō)在其輸入端產(chǎn)生的諧波電流的有效值與基波電流有效值相同。如此大的諧波電流無(wú)疑要對(duì)電網(wǎng)及與電網(wǎng)并聯(lián)的其它用電設(shè)備造成不同程度的傳導(dǎo)干擾,另一方面還要占有交流輸入電源的一局部容量,在諧波電流流過(guò)的導(dǎo)線及熔斷器上將產(chǎn)生無(wú)用的有功功率,并全部轉(zhuǎn)換為熱量使導(dǎo)線及熔斷器的溫升增大。另一方面輸出容量在1020kVA工頻機(jī)的轉(zhuǎn)換效率一般只能做到85%左右,甚至更低,所以上述幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)很難到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)中的要求。工頻機(jī)的過(guò)載能力較強(qiáng),一般可到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)中類技術(shù)要求,逆變至旁路轉(zhuǎn)換時(shí)間與高頻機(jī)相比無(wú)明顯差異。 由于這種UPS裝有工頻變壓器,所以無(wú)論是整機(jī)重量或制造本錢與高頻機(jī)相比都比擬高。以一臺(tái)效率為8

45、5%的10kVA工頻機(jī)帶70%的負(fù)載為例,與效率為90%的同容量高頻機(jī)在同樣的條件下運(yùn)行一年所消耗的電量相比,工頻機(jī)比高頻機(jī)多消耗近4000度電。由于上述原因,再加之2005年至2007年原材料價(jià)格上漲,這也是導(dǎo)致工頻機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率逐漸下降的原因之一。 一些多年生產(chǎn)工頻機(jī)的企業(yè)面對(duì)市場(chǎng)需求與行業(yè)的監(jiān)督管理,一方面著手引進(jìn)或開(kāi)發(fā)高頻變換技術(shù),而另一方面對(duì)現(xiàn)有工頻機(jī)的輸入功率因數(shù)和輸入諧波電流采取機(jī)外補(bǔ)償?shù)拇胧５捎醚a(bǔ)償措施后的工頻機(jī)很難適應(yīng)市場(chǎng)的要求。 面對(duì)上述小功率工頻UPS存在的問(wèn)題,一方面要對(duì)市場(chǎng)(用戶)采取積極正確的引導(dǎo)措施,電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)及通信行業(yè)主管部門對(duì)廣闊用戶和UPS生產(chǎn)企業(yè)積極

46、地進(jìn)行節(jié)能環(huán)保的宣傳。另一方面技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)要加大對(duì)此類產(chǎn)品的監(jiān)督力度,只有這樣才能加快這些高能耗且對(duì)電網(wǎng)嚴(yán)重污染的UPS從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上退出。 互動(dòng)式UPS可為一般負(fù)載(主要是辦公自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)等)提供較為穩(wěn)定可靠的供電。此種UPS的輸出容量一般在5kVA以下,其電路結(jié)構(gòu)比擬簡(jiǎn)單,主變換電路只有一個(gè)可雙向變換的變換器,當(dāng)市電電壓在負(fù)載允許變化的范圍內(nèi)時(shí),市電通過(guò)UPS內(nèi)部帶有多路抽頭的穩(wěn)壓器直接對(duì)負(fù)載供電,同時(shí)其內(nèi)部的變換器以AC/DC整流方式對(duì)蓄電池充電;當(dāng)市電電壓的變化范圍超過(guò)負(fù)載要求時(shí),其內(nèi)部的穩(wěn)壓器通過(guò)多路抽頭的切換將UPS的輸出電壓穩(wěn)定在負(fù)載允許范圍內(nèi)。如果市電停電

47、或電壓、頻率超過(guò)UPS的允許范圍,此時(shí)UPS的工作方式將轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài),其內(nèi)部的變換器以DC/AC逆變方式將蓄電池的直流電壓變換為交流220V正弦波或準(zhǔn)方波電壓繼續(xù)為負(fù)載供電。另有一些互動(dòng)式UPS無(wú)論工作在哪種狀態(tài),其變換器的控制電路始終檢測(cè)并跟蹤著市電交流電壓的頻率和相位,以滿足兩種工作方式在同頻率同相位狀態(tài)下相互轉(zhuǎn)換的要求。 互動(dòng)式UPS具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、正常工作時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在一些缺乏之處,由于其輸入端只有高頻無(wú)源濾波電路而沒(méi)有功率因數(shù)補(bǔ)償功能,所以非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流幾乎完全由交流電網(wǎng)提供,因而對(duì)交流電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生諧波傳導(dǎo)干擾,反之,來(lái)自交流電網(wǎng)的各種干

48、擾也會(huì)直接影響負(fù)載的正常工作。在市電供電時(shí),其輸出電壓的穩(wěn)定性決定于市電的波動(dòng)性與其內(nèi)部穩(wěn)壓電路的抽頭數(shù)量以及兩抽頭間電壓變化量。當(dāng)抽頭數(shù)量較少且兩抽頭間繞組匝數(shù)較多時(shí),穩(wěn)壓電路在調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸出電壓過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象。只要將抽頭數(shù)量適當(dāng)增加,輸出電壓便可穩(wěn)定在一個(gè)變化較小的范圍內(nèi),雖然其穩(wěn)壓性能較上述雙變換式UPS差一些,但也可以滿足一般負(fù)載的要求。由于電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),這種UPS沒(méi)有旁路轉(zhuǎn)換功能,在DC/AC逆變器進(jìn)入供電狀態(tài)之前,必須使輸入主電路與市電電網(wǎng)別離,防止逆變器向市電電網(wǎng)反向供電。所以互動(dòng)式UPS的市電與電池的轉(zhuǎn)換時(shí)間不會(huì)比上述雙變換UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間快。但一般可小于10ms

49、,較快的可做到7ms左右,這對(duì)一般的計(jì)算機(jī)不會(huì)影響其正常運(yùn)行。互動(dòng)式UPS雖然沒(méi)有雙變換UPS的隔離功能與輸入功率因數(shù)補(bǔ)償,但是由于容量小對(duì)交流電網(wǎng)的諧波干擾也較小,正常工作時(shí)只有穩(wěn)壓器的鐵損和銅損,所以轉(zhuǎn)換效率很高(可達(dá)98%)。這種UPS較適用于交流電網(wǎng)供電質(zhì)量較好的條件下工作,其主要作用是防止交流電網(wǎng)瞬間短時(shí)間掉電或因前級(jí)交流配電故障突然停電而喪失未存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。 目前由于對(duì)通信電源行業(yè)管理的需要,互動(dòng)式與后備式UPS也納入對(duì)電源產(chǎn)品實(shí)行的質(zhì)量認(rèn)證所涵蓋的產(chǎn)品,但目前還沒(méi)有一個(gè)能與之相適應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為互動(dòng)式與后備式UPS產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢查的依據(jù)。雖然“通用技術(shù)條件中一些技術(shù)要求工程能

50、與互動(dòng)式UPS相符合,但是由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)UPS的技術(shù)狀況,這些技術(shù)要求的上下和與之相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法也不能適應(yīng)目前對(duì)互動(dòng)式UPS技術(shù)指標(biāo)的質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)后備式UPS而言也同樣存在此問(wèn)題,也就是說(shuō)“通用技術(shù)條件中的試驗(yàn)方法不具備互動(dòng)式UPS檢驗(yàn)的可操作性。 近幾年來(lái)由于用戶對(duì)雙變換在線式UPS運(yùn)行可靠性要求的不斷提高,國(guó)內(nèi)外UPS生產(chǎn)廠家分別推出了單機(jī)柜冗余式UPS。這種形式的UPS系統(tǒng)是由假設(shè)干個(gè)小功率(35kVA)的模塊UPS在系統(tǒng)機(jī)架上并聯(lián)組成,每個(gè)模塊都具有雙變換在線式UPS的電路結(jié)構(gòu)與根本功能,系統(tǒng)的監(jiān)控單元可對(duì)所有模塊UPS實(shí)施統(tǒng)一管理。 此種形式UPS系統(tǒng)的可靠性及可用性與上述單機(jī)柜無(wú)冗

51、余UPS相比有了較大的提高。由于這種UPS的系統(tǒng)是由假設(shè)干個(gè)小功率的模塊UPS組成,所以系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率有可能低于同等容量UPS單機(jī)的效率,而且其輸入功率因數(shù)與諧波電流的補(bǔ)償是在每個(gè)模塊UPS上實(shí)現(xiàn)的,可能會(huì)使整機(jī)硬件本錢加大。由于單機(jī)柜冗余式UPS的監(jiān)控單元要控制幾個(gè)或十幾個(gè)模塊UPS,使其輸出電壓均等,跟蹤電網(wǎng)頻率與相位,并使故障模塊迅速退出系統(tǒng)及旁路轉(zhuǎn)換的一致性等,會(huì)使控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)與技術(shù)較為復(fù)雜。在電磁兼容性方面也要做一些特殊考慮。 由于多方面原因,目前我國(guó)大多數(shù)UPS制造廠家在中、大容量(80kVA以上)UPS的自主設(shè)計(jì)、制造能力與美國(guó)和歐洲相比還處于較落后的水平。這主要和我國(guó)根底

52、工業(yè)(機(jī)械與電子工業(yè))的平均水平有關(guān),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)雖然有少數(shù)UPS制造企業(yè)也能制造出5080kVA或容量更大的三相UPS,但就其部件及整機(jī)的制造工藝水平還沒(méi)有到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化大批量生產(chǎn)的水平。輸入主電路的技術(shù)水平一般停留在三相6脈波形式,或在每相交流輸入電路中串聯(lián)帶有鐵心的電感,以此來(lái)減小輸入諧波電流含量,這樣雖然在輸出額定負(fù)載時(shí)輸入諧波電流含量可到達(dá)20%左右,輸入功率因數(shù)一般不會(huì)超過(guò)0.9,轉(zhuǎn)換效率很難到達(dá)90%。如果要進(jìn)一步提高上述技術(shù)指標(biāo)可考慮配置12脈波整流器,但是80kVA以下的UPS配置12脈波整流器會(huì)使整機(jī)價(jià)格增加較大,性能價(jià)格比擬差而失去價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)大容量UPS價(jià)格水平

53、的認(rèn)可度較低,所以國(guó)產(chǎn)大容量UPS一時(shí)很難找到適宜的市場(chǎng)切入點(diǎn)。 多數(shù)UPS生產(chǎn)廠家對(duì)大容量UPS復(fù)雜的控制及保護(hù)電路技術(shù)的掌握程度和設(shè)計(jì)水平,目前還未到達(dá)能自主靈活設(shè)計(jì)的程度,在這方面可能也存在一些控制電路專用芯片的所有權(quán)問(wèn)題。另有一些UPS制造商是以從國(guó)外進(jìn)口零部件在國(guó)內(nèi)組裝貼國(guó)內(nèi)品牌參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),還有一些UPS制造商只購(gòu)進(jìn)主要零部件,在國(guó)內(nèi)完成整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并經(jīng)組裝調(diào)試后成為自有品牌的產(chǎn)品。近十幾年來(lái)由于我國(guó)通信及信息網(wǎng)絡(luò)的快速開(kāi)展,為大容量UPS提供了一個(gè)巨大的市場(chǎng),大容量UPS的設(shè)計(jì)與制造水平可以作為衡量電力電子工業(yè)的現(xiàn)有技術(shù)狀況的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)對(duì)大容量UPS關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)充分發(fā)揮國(guó)

54、內(nèi)研發(fā)能力較強(qiáng)的UPS生產(chǎn)企業(yè)、具有功率電子學(xué)研究與試驗(yàn)?zāi)芰Φ母咝Ｔ囼?yàn)室及專業(yè)技術(shù)人員的作用,電源學(xué)會(huì)與行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)揮技術(shù)指導(dǎo)與社會(huì)協(xié)調(diào)等作用。同時(shí)也要不斷提高我國(guó)根底工業(yè)的平均水平。第三章 UPS電源的應(yīng)用和工作原理3.1準(zhǔn)方波輸出的后備式UPS的工作原理11當(dāng)市電供電正常時(shí)，在微處理器的控制下，位于UPS中的方波逆變器處于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài)。與此同時(shí)，市電電源分兩路去控制后級(jí)電路的運(yùn)行1(1)經(jīng)電池充電器向蓄電池組充電。(2)不穩(wěn)壓的市電電源經(jīng)位于交流旁路通道上的交流穩(wěn)壓電路而經(jīng)轉(zhuǎn)換繼電器開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)饋送出其輸出穩(wěn)壓精度為220V±6的正弦波交流電源。12當(dāng)市電供電中斷或市電

55、供電不正常時(shí)，在微處理器所發(fā)出的控制信號(hào)的作用下，UPS電源將從交流旁路供電狀態(tài)轉(zhuǎn)人由逆變器供電狀態(tài)：(1)UPS中的逆變器立即向外送出220V、50Hz的“穩(wěn)壓方波電源。這路方波電源被送到繼電器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)上，向用戶負(fù)載供電，在此條件下，負(fù)載不允許是電感性負(fù)載，否那么，會(huì)燒毀用戶的負(fù)載設(shè)備或UPS的逆變器。(2)將UPS中的電池充電器置于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài)，從而到達(dá)最大限度地利用蓄電池組的能量來(lái)支持逆變器電源向負(fù)載供電。當(dāng)電池組的電壓正常時(shí)，喇叭每4s響一次，電壓偏低時(shí)，每一秒鐘響一次。13當(dāng)UPS處于逆變運(yùn)行狀態(tài)下，就進(jìn)人故障運(yùn)行狀態(tài)：(1)輸出端出現(xiàn)過(guò)載或短路故障。(2)市電不正常時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電池組電壓過(guò)低。(3)UPS的逆變器損壞(多數(shù)都是由位于逆