不間斷電源UPS技術(shù)基礎(chǔ)

1、不間斷電源不間斷電源 主要內(nèi)容一、不間斷電源的概念 二、不間斷電源的構(gòu)造與組成 三、不間斷電源的使用與維護(hù) 一、不間斷電源的概念（一）UPS的定義 所謂不間斷電源就是當(dāng)交流電網(wǎng)（市電）輸入發(fā)生異常或中斷時(shí)，它可以繼續(xù)向負(fù)載供電，并能夠保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響。這種供電裝置稱為不間斷電源裝置，或者稱為不間斷供電系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱UPS（Uninterruptible Power System）。 早期的不間斷電源裝置是采用柴油(或汽油)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)電能變換的。后來(lái)隨著可控硅(晶閘管)制造工藝的完善、質(zhì)量的提高和價(jià)格的降低，便開始出現(xiàn)了用可控硅作為功率變換主要元件的可控硅不間斷電源裝

2、置。 80年代，利用具有可控關(guān)斷能力的巨型功率晶體管來(lái)替代可控硅而制成不間斷電源，這樣既省去了換向電路、減小了體積、提高了效率、改善了動(dòng)態(tài)性能，也提高了可靠性。近年來(lái)，新型的全控型功率半導(dǎo)體器件具有開關(guān)速度快、控制和驅(qū)動(dòng)方便等一系列優(yōu)點(diǎn) 。（二）發(fā)展歷史（三）UPS的功能 1、雙路電源之間的無(wú)間斷切換 市電和逆變器輸出可通過UPS實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷切換。2、隔離干擾功能 在UPS中，交流輸入電壓經(jīng)整流后，加入逆變器，逆變器對(duì)負(fù)載供電，這樣可將電網(wǎng)電壓瞬時(shí)間斷、諧波、電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)以及噪聲等電網(wǎng)干擾與負(fù)載隔離：既可以使負(fù)載不干擾電網(wǎng)，又使電網(wǎng)中的干擾不影響負(fù)載。逆變器市電UPS輸出交流輸出交流輸入負(fù)

3、載整流器直流逆變器 3、電壓變換功能 通過UPS，可以將輸入電壓變換成需要的電壓。 4、頻率變換功能 通過UPS，可以將輸入電壓的頻率變換成需要的頻率。 5、后備功能 UPS中的蓄電池，貯存一定的能量，在市電中斷時(shí)可通過逆變器向負(fù)載供電。電壓變換輸出輸入380V220V380V（穩(wěn)壓作用）400V415V220V220V（穩(wěn)壓作用）230V240V電壓變換輸出輸入50Hz50Hz（穩(wěn)頻作用）60Hz400Hz頻率變換輸出輸入60Hz50Hz60Hz（穩(wěn)頻作用）400Hz頻率變換輸出輸入交流輸出交流輸入整流器逆變器蓄電池負(fù)載（四）UPS的分類結(jié)構(gòu) 1、動(dòng)態(tài)UPS 換流器換流器DC電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)AC

4、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)載負(fù)載電池組電池組市電市電電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)負(fù)載載飛飛輪輪市電市電 2、靜止式UPS 靜止式（靜態(tài)）UPS與動(dòng)態(tài)（旋轉(zhuǎn)式）UPS相比較而言，沒有電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和飛輪之類旋轉(zhuǎn)體，它通過由功率半導(dǎo)體器件組成的電能變換主電路對(duì)電能實(shí)現(xiàn)變換?，F(xiàn)在人們概念中的UPS均是靜止式UPS。對(duì)靜止型的UPS而言，人們習(xí)慣上按其工作方式進(jìn)行分類，一類為在線式，一類為后備式。但無(wú)論是后備式還是在線式UPS，其基本結(jié)構(gòu)大體相同，只是在工作方式上和為負(fù)載供電的質(zhì)量上有一定的差異。 （1）在線式UPS 在線式UPS由整流濾波電路、逆變器、輸出變壓器及濾波器、靜態(tài)開關(guān)、充電電路、蓄電池組和控制監(jiān)測(cè)、顯

5、示告警及保護(hù)電路組成，原理框圖如圖所示。在線式UPS的輸出電壓波形通常為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。 整整流流濾濾波波逆逆變變器器輸輸出出變變壓壓器器及及濾濾波波器器充充電電電電路路蓄蓄電電池池組組靜靜態(tài)態(tài)開開關(guān)關(guān)控控制制、監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)、顯顯示示、告告警警及及保保護(hù)護(hù)電電路路U UP PS S輸輸出出市電市電輸入輸入 （2）后備式UPS 后備式UPS原理框圖如圖所示，從結(jié)構(gòu)上看，后備式UPS與在線式UPS的差別是：沒有輸入整流濾波器，逆變器只由蓄電池供電，市電正常時(shí)，逆變器不工作。輸出沒有濾波器，輸出電壓波形一般為方波。市電正常時(shí)輸出變壓器起交流穩(wěn)壓的作用。逆逆變變器器輸輸出出變變壓壓器器充充電電電電路路蓄蓄電電

6、池池組組轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開開關(guān)關(guān)控控制制、監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)、顯顯示示、告告警警及及保保護(hù)護(hù)電電路路U UP PS S輸輸出出市市電電輸輸入入 （3）在線式UPS和后備式UPS的比較 后備式UPS和在線式UPS雖然其基本結(jié)構(gòu)大致一樣，但在市電正常供電時(shí)，在線式 UPS的輸出較后備式UPS的輸出交流電質(zhì)量好，這主要是說(shuō)在線式UPS的輸出是穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的，而后備式UPS最多對(duì)輸出采取粗穩(wěn)壓而沒有穩(wěn)頻等其他處理功能。不但如此，在市電供電異常、蓄電池組開始向逆變器提供能量時(shí)，在線式UPS沒有轉(zhuǎn)換時(shí)間，后備式UPS是有一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間的。因此從工作方式和供電質(zhì)量上看，市電供電時(shí)和市電供電轉(zhuǎn)為蓄電池組提供電能的轉(zhuǎn)換過程，在線式

7、UPS的性能優(yōu)于后備式。有的后備式 UPS的生產(chǎn)廠家加了電網(wǎng)濾波裝置，有的在輸出變壓器上增加了一些抽頭，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓，使其產(chǎn)品的性能有所改善，但終究和在線式還有一定差距。但后備式UPS的造價(jià)低于在線式UPS，因此小容量的后備式UPS也得到了廣泛的應(yīng)用。 （4）三端口式UPS 在線式UPS要經(jīng)過直流變交流和交流變直流的兩次電能變換，因而整機(jī)效率變低了，可靠性也因變換環(huán)節(jié)多而下降，三端口式結(jié)構(gòu)UPS則力求通過改變經(jīng)典式UPS的結(jié)構(gòu)來(lái)改善上述不足。 三端口式UPS與在線式UPS相比較，具有整機(jī)效率高、可靠性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，但也存在體積大、重量重、有可聞噪聲、小容量產(chǎn)品價(jià)格

8、偏高等一些缺點(diǎn)。 123456ABCD654321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:6-Jun-2003 Sheet of File:C :Program FilesDesign Explorer 99 SEExam plesM yDesign5.ddbDrawn B y:旁路穩(wěn)壓器雙向變換器轉(zhuǎn)換開關(guān)蓄電池組市電三繞組變壓器（五）UPS的主要電氣技術(shù)指標(biāo)1、輸入電壓允許范圍：UPS電源生產(chǎn)商根據(jù)市電電網(wǎng)的一般變化范圍和內(nèi)部整流電路型式而確定的。若供電電壓較穩(wěn)定且又接近額定值的使用場(chǎng)合可選用輸入電壓允許范圍較窄的UPS，這樣有利于提高運(yùn)行的可靠性；若市電電壓不

9、穩(wěn)定，可將輸入電壓范圍適當(dāng)放寬，可避免在運(yùn)行中出現(xiàn)市電供電與逆變器供電的頻繁切換。2、輸入功率因數(shù)：定義為輸入有功功率與視在功率之比。UPS的功率因數(shù)低，則與UPS相連接的導(dǎo)線、熔斷器、備用發(fā)電機(jī)組等電力設(shè)施的容量都要加大。目前，采用有源功率因數(shù)校正的UPS功率因數(shù)可達(dá)到0.99以上。3、輸入電流諧波成分：定義為339次奇次電流諧波的有效值之和與基波電流有效值之比。在選用三相大功率UPS時(shí)要注意此項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣。輸入電流諧波較大，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，干擾其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。4、頻率跟蹤范圍：當(dāng)交流供電時(shí)，UPS的輸出頻率跟隨輸入交流頻率變化的范圍。若UPS只在市電下運(yùn)行，因市電的頻率比較穩(wěn)

10、定，所以這項(xiàng)指標(biāo)要求不必過高。若市電異常時(shí)，由油機(jī)為UPS供電，則UPS的頻率跟蹤范圍可適當(dāng)放寬到4%。5、頻率跟蹤速率：UPS輸出頻率跟隨交流輸入頻率變化的快慢，有Hz/S表示。頻率跟蹤速率快的UPS由逆變切換到旁路時(shí)負(fù)載斷電的可能性會(huì)小得多。6、輸出電壓穩(wěn)壓精度：指在UPS輸入電壓下限值測(cè)量額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓，在輸入電壓上限時(shí)測(cè)量其空載電壓。二者與額定輸出電壓的差值再與額定電壓之比。選擇UPS時(shí)，此項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)負(fù)載的輸入電壓適應(yīng)范圍而定。7、輸出電壓波形失真度：輸出電壓諧波總體有效值與輸出電壓有效值之比。一般用失真度儀或電力諧波分析儀直接測(cè)得。8、逆變、旁路切換時(shí)間：當(dāng)逆變器故障或負(fù)載出

11、現(xiàn)過載時(shí)，UPS將負(fù)載切換到旁路由市電供電所用的時(shí)間。9、轉(zhuǎn)換效率：指在額定輸入電壓、輸出額定負(fù)載時(shí)，輸出的有功功率與輸入有功功率（不含電池充電功率）之比。10、輸出功率因數(shù)：用來(lái)衡量UPS對(duì)感性、容性等非線性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。11、輸出電流峰值系數(shù)：定義為整流非線性電路脈沖電流的峰值與其基波電流的有效值之比。衡量UPS對(duì)整流非線性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。12、過載能力：過載能力主要取決于整流器與逆變器的功率設(shè)計(jì)余量。衡量的標(biāo)準(zhǔn)是在一定的過載容量下連續(xù)運(yùn)行且不轉(zhuǎn)旁路的最長(zhǎng)時(shí)間。13、并機(jī)輸出電流不均衡度：14、輸出電壓不平衡度：考核三相UPS電源在其三相負(fù)載不平衡狀態(tài)下，三相輸出電壓的不平衡度。此項(xiàng)指標(biāo)

12、規(guī)定在100%不平衡負(fù)載下測(cè)量。15、UPS電源的保護(hù)功能：包括輸出短路保護(hù)、輸出過載保護(hù)、過溫保護(hù)、電池欠壓保護(hù)、輸出過欠壓保護(hù)、抗雷擊浪涌能力等。二、不間斷電源的構(gòu)造與組成 （一）正弦脈寬調(diào)制電路 習(xí)慣上人們稱對(duì)逆變器主電路實(shí)施控制的電路為逆變控制電路，而將控制電路對(duì)主電路實(shí)施的控制方式叫逆變控制方式。逆變控制方式有多種，但在UPS中所使用的主要有三種。即波形疊加法，脈沖寬度調(diào)制（PWM）法、PWM加波形疊加混和法，但用得最廣泛的是PWM法中的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）法。 1、單脈沖PWM 所謂單脈沖PWM法，就是用一個(gè)矩形波脈沖去等效交流電的半周，再用同樣的矩形波脈沖等效交流電的另一個(gè)半

13、周，通過調(diào)整矩形波的脈寬來(lái)穩(wěn)定輸出電壓，通過調(diào)整矩形波的中心距離來(lái)調(diào)整和穩(wěn)定輸出頻率。 2、多脈沖PWM 多脈沖PWM法就是用多個(gè)等寬度矩形脈沖去等效交流的正半周，再用同樣多個(gè)等寬矩形波脈沖去等效交流電的負(fù)半周，通過矩形波的調(diào)整去調(diào)整和穩(wěn)定輸出電壓，而通過調(diào)整矩形脈沖的中心距離來(lái)調(diào)整和穩(wěn)定輸出頻率。 用多脈沖PWM法比較單脈沖PWM法輸出所含諧波更容易濾出，但每周期內(nèi)開關(guān)器件通斷次數(shù)過多會(huì)造成控制復(fù)雜和過多的能量損耗。 3、SPWM PWM法是在周期不變的條件下，通過改變脈沖波形的寬度來(lái)抑制諧波和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。而SPWM法就是在PWM法基礎(chǔ)上，使每一個(gè)輸出電壓脈沖在一個(gè)特定時(shí)間間隔內(nèi)，能

14、量等效于正弦波在該時(shí)間內(nèi)包含的能量。N=12時(shí)的SPWM波用模擬電路產(chǎn)生SPWM波用單片計(jì)算機(jī)產(chǎn)生SPWM波 隨著微型計(jì)算機(jī)和微型處理器的發(fā)展和應(yīng)用，原UPS中許多由硬件實(shí)現(xiàn)的部分，現(xiàn)在都可以用單片計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)正半周SPWM波關(guān)于限/2對(duì)稱的特點(diǎn)，可以只列出四分之一周期的脈沖寬度，其他四分之三周期則通過變換查表方法而從列出的表中獲得，這可節(jié)省大量的內(nèi)存空間。 二、單相全橋式逆變器 單相正弦波逆變器電路如圖所示。功率開關(guān)管VT1VT4構(gòu)成全橋電路的兩個(gè)橋臂，輸出電感L與電容C組成高頻濾波器。全橋逆變器的直流供電來(lái)自前級(jí)DC/DC高頻變換器。 EVT1VT2VT4VT3D1D2D3D4CC0

15、LI01I02AC輸出三、三相逆變器 三相逆變器電路原理如圖（a）所示。從原理圖中可以看出其三相輸出的任意一相與中性線N的工作方式與半橋式變換電路基本相同。輸出三相電壓之間的相位差是通過三相逆變器每個(gè)橋臂上功率開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間差來(lái)決定的。其三相輸出電壓波形如圖（b）所示。 E1VT1VT3VT2VT4D1D3D4D2VT5VT6E2D5D6L0L0L0CCCL1L2L3N（a） 三相逆變器原理電路 （b） 三相輸出電壓波形與相位（c） 半橋單相逆變器工作原理 四、不間斷電源系統(tǒng) UPS通常包括幾部分：輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池組、逆變電路、控制電路、靜態(tài)開關(guān)電路、充電電路、監(jiān)測(cè)

16、顯示及保護(hù)電路等。 1、輸入整流濾波電路 UPS中，常用的整流電路有單相不可控和可控整流電路、三相不可控和可控整流電路。濾波器可分為電容輸入或電感輸入兩種。電容輸入濾波器輸出電壓較高，但要求變壓器輸出的峰值電流較大，且負(fù)載調(diào)整率較差。電感輸入濾波器輸出特性較好，但需要較大的扼流圈且成本較高。目前UPS中通常采用電容和電感組成的LC濾波器。 2、功率因數(shù)校正電路 UPS中，交流市電經(jīng)整流后都采用大電容進(jìn)行濾波而且整流電路輸出端還可能并聯(lián)有蓄電池。在電容器或蓄電池充電期間將形成脈沖電流。該電流將產(chǎn)生高次諧波電流并導(dǎo)致功能因數(shù)下降。功率因數(shù)校正電路可使電網(wǎng)輸入電流變?yōu)橄螺斎腚妷和辔坏恼也ā?3、

17、蓄電池組 蓄電池組是UPS的心臟。市電正常時(shí)，蓄電池充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并貯存起來(lái)。市電中斷時(shí)，UPS蓄電池中的電量維持逆變器工作。目前中小型UPS中廣泛使用閥控鉛蓄電池。長(zhǎng)延時(shí)（4h或8h）UPS中，蓄電池的成本甚至超過主機(jī)的成本，正確使用維爐蓄電池組，對(duì)延長(zhǎng)蓄電池使用壽命關(guān)系極大，使用正確，閥控鉛蓄電池的壽命可達(dá)10年以上。 4、控制電路 UPS輸出電壓的精度、波形失真度以及工作可靠性均與控制電路密切相關(guān)。控制電路主要有SPWM（PWM）產(chǎn)生電路、閉環(huán)調(diào)壓電路、同步鎖相電路等。 5、充電電路 UPS中，一般充電電路都是獨(dú)立工作的，也就是說(shuō)，即使不用逆變器，只要將交流電源接通，充電電路就

18、開始工作。充電過程中，首先采用恒流充電，當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到浮充電壓后，即轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池被充足，因此，充電電路一般有兩個(gè)反饋同路，一個(gè)作電流反饋，另一個(gè)作電壓反饋。主電路一般采用開關(guān)型整流電路，為了縮短充電時(shí)間，各種快速充電電路在UPS中也得到了應(yīng)用。 6、逆變電路 逆變器的作用是將市電整流后的直流電或蓄電池電壓變換成交流電壓。在后備式UPS中，逆變器輸出電壓波形一般為準(zhǔn)方波，在在線式UPS中，逆變器輸出電壓波形多為正弦脈寬調(diào)制波（SPWM），該波形經(jīng)LC低通濾波器濾波后，可得到標(biāo)準(zhǔn)正弦波。 7、靜態(tài)開關(guān)電路 靜態(tài)開關(guān)的作用是保護(hù)UPS和負(fù)載，并實(shí)現(xiàn)市電旁路供電和逆變器供電的轉(zhuǎn)換。UPS

19、過載時(shí)，為了保護(hù)逆變器，當(dāng)市電正常時(shí)，UPS通過靜態(tài)開關(guān)將輸出由逆變器轉(zhuǎn)換到市電；逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證負(fù)載不斷電，UPS的輸出也通過靜態(tài)開關(guān)切換到市電。由于UPS內(nèi)部一般都有同步鎖相電路，同時(shí)靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，因此在轉(zhuǎn)換過程中不會(huì)出現(xiàn)供電間斷。小型UPS一般采用快速繼電器作為靜態(tài)開關(guān)，大中型UPS則采用反向并聯(lián)的快速晶閘管作靜態(tài)開關(guān)。 8、監(jiān)測(cè)、顯示及保護(hù)電路 為了使UPS可靠工作，還應(yīng)具有較完善的保護(hù)電路，一般的UPS中都有如下保護(hù)電路：電池電壓過低自動(dòng)保護(hù)電路；逆變器輸出過載或短路自動(dòng)保護(hù)電路；逆變器過壓自動(dòng)保護(hù)電路；市電電壓過高自動(dòng)保護(hù)電路；UPS延遲啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)電路等。為了隨

20、時(shí)掌握和了解工作狀態(tài)和運(yùn)行情況，UPS中還設(shè)有監(jiān)測(cè)電路、顯示電路及報(bào)警電路。五、靜態(tài)開關(guān)無(wú)論是后備式結(jié)構(gòu)還是在線式結(jié)構(gòu)的UPS，都配置有市電直接供電的開關(guān)，即靜態(tài)開關(guān)。市電靜態(tài)開關(guān)在后備式UPS 中的作用是：當(dāng)市電正常時(shí)，該開關(guān)接通并同時(shí)斷開逆變器的輸出開關(guān)，當(dāng)市電異常時(shí)，該開關(guān)將市電與輸出斷開并將該逆變器的輸出接通到輸出端。市電靜態(tài)開關(guān)在在線式UPS中的作用是：逆變器輸出正常時(shí)，該開關(guān)斷開市電并接通逆變器輸出開關(guān)，當(dāng)逆變器輸出異常時(shí)或?qū)嵭袘?yīng)急人工檢修時(shí)，該開關(guān)接通市電開關(guān)并斷開逆變器輸出開關(guān)。當(dāng)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的UPS電源以并聯(lián)輸出方式為負(fù)載設(shè)備供電時(shí)，同樣是通過各自輸出端的靜態(tài)開關(guān)為負(fù)載供電

21、。如并聯(lián)供電中的某臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)其輸出端的靜態(tài)開關(guān)將斷開，以避免影響其他UPS和負(fù)載設(shè)備的正常下作。靜態(tài)開關(guān)的質(zhì)量、切換性能的優(yōu)劣以及在UPS電源整機(jī)中的工作環(huán)境（主要指散熱）是否能滿足其要求，將直接影響UPS的可靠性。所以靜態(tài)開關(guān)是UPS電源中的重要部件。以上的靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換在線路的轉(zhuǎn)接關(guān)系上是完全正確的，但在轉(zhuǎn)換的瞬間存在兩方面的問題：其一是轉(zhuǎn)換瞬間市電供電和逆變器供電可能產(chǎn)生間斷；其二是轉(zhuǎn)換瞬間市電和逆變器輸出的波形不一致而導(dǎo)致環(huán)流的出現(xiàn)，環(huán)流過大可能使轉(zhuǎn)換開關(guān)損壞，嚴(yán)重時(shí)危及逆變器。1、靜態(tài)開關(guān)的種類 （1）機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)）機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān) 機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)的執(zhí)行元件多為繼電器或接觸器等

22、電磁元件，其特點(diǎn)是控制線路簡(jiǎn)單、故障率低，但切換時(shí)間長(zhǎng)、開關(guān)壽命較短。在小型UPS中一般采用快速繼電器較多。（2）電子式轉(zhuǎn)換開關(guān)）電子式轉(zhuǎn)換開關(guān) 電子式轉(zhuǎn)換開關(guān)的執(zhí)行元件為雙向可控硅或由兩只反向并聯(lián)的單向可控硅組成，其特點(diǎn)是開關(guān)速度快、無(wú)觸點(diǎn)火花，但控制電路較機(jī)械式復(fù)雜、抗沖擊能力較差，功率大時(shí)通態(tài)損耗不容忽視。大中型UPS中一般采用較多。（3）混合式轉(zhuǎn)換開關(guān)）混合式轉(zhuǎn)換開關(guān) 鑒于機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)相電子式轉(zhuǎn)換開關(guān)的特點(diǎn)，人們?cè)趯?shí)踐中將二者并聯(lián)使用，這就是混合式轉(zhuǎn)換開關(guān)?；旌鲜睫D(zhuǎn)換開關(guān)在開通時(shí)，先令電子式轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作，然后再令機(jī)械式轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作，在關(guān)斷時(shí)則反之。這樣就使混合式轉(zhuǎn)換開關(guān)兼有機(jī)械式和電

23、子式的優(yōu)點(diǎn)，也正因?yàn)槿绱怂粡V泛用于大功率UPS產(chǎn)品中。2、電子式靜態(tài)開關(guān) 工作原理較為簡(jiǎn)單，當(dāng)其輸入端為正弦波電壓正半周時(shí)，品閘管VS1的柵極觸發(fā)脈沖使VS1正向?qū)ㄏ蜇?fù)載R提供正半周供電。當(dāng)輸入端電壓為負(fù)半周時(shí)，晶閘管VS2承受正向陽(yáng)極電壓，VS1在反向陽(yáng)極電壓下關(guān)斷，VS2的柵極觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，VS2正向?qū)?，?fù)載R上流過與正半周相反的電流。 VS1VS2G1G2R輸入S2S1R旁路逆變NS2S1R自動(dòng)旁路逆變器N檢修旁路S電子式靜態(tài)開關(guān)原理 靜態(tài)開關(guān)的并聯(lián) UPS的檢修旁路開關(guān) 3、靜態(tài)開關(guān)的不間斷切換條件靜態(tài)開關(guān)切換時(shí)，要求備用電源與逆變器輸出必須同步，同步的內(nèi)容包括頻率、相位和幅值

24、。（1）備用電源的頻率，必須與逆變時(shí)輸出電源的頻率同步，一般允許誤差20%；（2）備用電源的電壓幅度必須與逆變用輸出電壓的幅度相差不多，一般允許誤差10%；（3）備用電源的相位與逆變電輸出電壓的相位差必須在7.2%以內(nèi)。4、靜態(tài)開關(guān)的安全轉(zhuǎn)換條件 在轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)v1與v2相互切換時(shí)，要求v1與v2最好先實(shí)現(xiàn)同步然后再切換。但是，即便是UPS中設(shè)置了鎖相同步環(huán)節(jié)，也很難實(shí)現(xiàn)v1與v2的完全同步，于是仍有可能出現(xiàn)切換瞬間的環(huán)流或切換瞬間負(fù)載端呈現(xiàn)很高的感應(yīng)電壓。無(wú)論是出現(xiàn)環(huán)流或負(fù)載端呈現(xiàn)高壓均可造成轉(zhuǎn)換開關(guān)及逆變器的損壞，因此在轉(zhuǎn)換瞬間最好是負(fù)載電流過零。以上兩個(gè)條件就是實(shí)現(xiàn)市電與UPS逆變器輸出

25、相互安全轉(zhuǎn)換的條件 K2K1+_V1RV2+_圖3-39 市電與逆變器輸出轉(zhuǎn)換的等效電阻5、靜態(tài)開關(guān)的同步切換和非同步切換 （1）同步切換方式 對(duì)于采用接觸器和電子開關(guān)的系統(tǒng)中，從交流旁路供電至逆變器供電切換操作，應(yīng)先合逆變器的輸出接觸器 ，再在電流過零點(diǎn)上將處于交流旁路通道上的靜態(tài)開關(guān)中的晶閘管關(guān)斷，采用這種“先合后斷”的切換控制方式，可以確保上述兩種交流電源產(chǎn)生重疊向負(fù)載供電的最長(zhǎng)時(shí)間，被控制在50Hz的半個(gè)周波之內(nèi)（即小于10ms）；當(dāng)由于逆變器故障需關(guān)閉逆變器時(shí)，由控制電路在向逆變器本身及位于逆變器供電通道上的輸出接觸器發(fā)出“關(guān)斷”命令信號(hào)的同時(shí)，也向位于交流旁路通道上的靜態(tài)開關(guān)發(fā)出“

26、閉合”命令。 對(duì)于都采用電子式開關(guān)的系統(tǒng)中，在滿足安全切換條件下進(jìn)行切換，即滿足同步和電流過零兩個(gè)條件。 （2）不同步切換方式 當(dāng)交流旁路電源電壓與逆變器輸出電壓之間的相位差超差（一般UPS允許的最大相位差在3.615之間）或上述兩種電壓間的瞬態(tài)電壓差過大（如超過25V以上）時(shí)，靜態(tài)開關(guān)邏輯控制電路會(huì)發(fā)出禁止切換命令。在這種情況下，由市電交流旁路供電至逆變器供電的切換操作只能采取不同步切換方式，以免在執(zhí)行切換操作的瞬間因環(huán)流過大而引發(fā)事故，如燒毀靜態(tài)開關(guān)中的晶閘管或逆變器中的末級(jí)驅(qū)動(dòng)晶體管模塊。 當(dāng)UPS從逆變器供電向市電交流旁路供電切換時(shí)，是采用“先斷開后接通”的控制方式來(lái)執(zhí)行切換操作的。即

27、先讓位于逆變器供電通道上的接觸器斷開，然后在經(jīng)過0.2s0.8s的時(shí)間延遲后，才讓處于市電交流旁路通道上的靜態(tài)開關(guān)中的晶閘管導(dǎo)通。因此，當(dāng)UPS在執(zhí)行不同步切換操作時(shí)，對(duì)用戶的供電而言，它有可能會(huì)叫現(xiàn)0.2s0.8s的供電中斷。 三、不間斷電源的使用與維護(hù) （一）使用方法 當(dāng)采用單臺(tái)UPS電源供電時(shí)，由于其平均無(wú)故障工作時(shí)間是個(gè)有限值，一般規(guī)定在10萬(wàn)小時(shí)左右，但這只是平均值，所以還是會(huì)發(fā)生由于UPS電源本身的故障而中斷供電的現(xiàn)象。采用雙機(jī)熱備份的冗余技術(shù)可使供電系統(tǒng)的可靠性得到很大的提高。 UPS電源熱備份方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。 1、雙機(jī)串聯(lián)熱備份 如圖所示為雙機(jī)串聯(lián)熱備份工作方式。這

28、種串聯(lián)方式將處于熱備份的UPS輸出電壓連接到主機(jī)UPS電源的旁路輸入端。 UPS主機(jī)正常工作時(shí)負(fù)擔(dān)全部負(fù)載功率，當(dāng)UPS主機(jī)發(fā)生故障時(shí)便自動(dòng)切換到旁路狀態(tài)，由UPS備機(jī)的輸出電壓通過UPS主機(jī)旁路輸出繼續(xù)為負(fù)載供電。當(dāng)市電中斷時(shí)，備機(jī)與主機(jī)都處于電池工作狀態(tài)，由于UPS主機(jī)承擔(dān)全部負(fù)載所以其備用電池先放電到終止電壓，而后自動(dòng)切換到旁路工作狀態(tài)，由備用UPS的電池為負(fù)載供電。用于雙機(jī)串聯(lián)熱備份使用中的兩臺(tái)UPS電源的交流輸入必須來(lái)自同一相交流市電，這樣才能使UPS主機(jī)正常工作，而且確保UPS主機(jī)在同頻率、同相位條件下進(jìn)行旁路切換。UPS主機(jī)逆變器的靜態(tài)開關(guān)是影響串聯(lián)熱備份供電系統(tǒng)可靠性的重要部分

29、，此靜態(tài)開關(guān)一旦發(fā)生故障則主、備用UPS電源均無(wú)法為負(fù)載供電。 UPS備機(jī)UPS主機(jī)旁路輸入主路輸入旁路輸入主路輸入輸出輸出負(fù)載市電2、雙機(jī)并聯(lián)冗余供電用于這種雙機(jī)并聯(lián)中的UPS電源必須具有并機(jī)功能，兩臺(tái)UPS電源中的并機(jī)控制電路通過并機(jī)信號(hào)線來(lái)調(diào)整輸出電壓的頻率、相位及幅度，使其滿足并聯(lián)輸出的要求。這種并聯(lián)方式主要是為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，而不是用于供電系統(tǒng)的擴(kuò)容。所以這種并聯(lián)使用方式必須保證供電系統(tǒng)具有50%的冗余度，也就是負(fù)載的總?cè)萘坎灰^其中一臺(tái)UPS電源的額定輸出容量，當(dāng)其中一臺(tái)UPS電源發(fā)生故障時(shí)，可由另一臺(tái)UPS電源來(lái)承擔(dān)所有負(fù)載的供電。這種兩臺(tái)冗余并聯(lián)供電的UPS電源，由于

30、其輸出容量只是額定容量的50，所以兩臺(tái)UPS電源始終在低效率下運(yùn)行。 UPS2輸出UPS1旁路旁路主路主路市電負(fù)載并機(jī)線3、無(wú)并機(jī)接口直接并聯(lián)使用在單機(jī)運(yùn)行時(shí)具有其他普通UPS一樣的功能。只要將參與并機(jī)的UPS單機(jī)調(diào)試好，即可直接并機(jī)運(yùn)行，幾臺(tái)并聯(lián)的UPS可共用一組備用電池。圖（a）是采用并機(jī)柜來(lái)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)UPS的冗余并聯(lián)，通過并機(jī)柜的控制使負(fù)載均分。當(dāng)其中一臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)，全部負(fù)載將自動(dòng)轉(zhuǎn)由另一臺(tái)UPS供電，并機(jī)柜上具有自動(dòng)旁路轉(zhuǎn)換功能。圖（b）是主從并聯(lián)熱備份的連接方法。UPS主機(jī)承擔(dān)全部負(fù)載供電，備機(jī)UPS處于熱備份狀態(tài)，當(dāng)UPS主機(jī)發(fā)生故障或市電中斷電池放電結(jié)束時(shí)，自動(dòng)切換到備機(jī)UP

31、S供電，市電恢復(fù)后或主機(jī)UPS修復(fù)后，自動(dòng)切換柜將負(fù)載自動(dòng)恢復(fù)到由主機(jī)UPS供電狀態(tài)。為了減少切換次數(shù)，可將自動(dòng)切換柜設(shè)計(jì)為無(wú)主備工作方式，即先有輸出電壓的UPS為主機(jī)，當(dāng)主機(jī)故障退出系統(tǒng)后，另一臺(tái)UPS即成為主機(jī)，修復(fù)后的UPS重新接入系統(tǒng)時(shí)自動(dòng)切換柜將不再切換，仍保持原有供電狀態(tài)。 UPS2輸出UPS1旁路市電負(fù)載并機(jī)柜輸出1輸出2UPS備機(jī)輸出UPS主機(jī)旁路市電負(fù)載自動(dòng)轉(zhuǎn)換柜主路主路主輸出備輸出并機(jī)柜并聯(lián)冗余系統(tǒng) 帶有自動(dòng)轉(zhuǎn)換柜的并聯(lián)熱備份系統(tǒng) （二）日常維護(hù)要求 1、中小容量UPS充電電路 中小容量的UPS電源的備用電池組的電壓一般為48Vl20V。此種UPS的充電器采用降壓充電方法，

32、如圖所示。交流輸入電源經(jīng)過充電器變換后，輸出與蓄電池組浮充電壓相等的穩(wěn)定直流電壓為蓄電池組充電。當(dāng)電池組電壓較低時(shí)充電器可采用晶閘管或DC/DC斬波變換方式降低并穩(wěn)定充電電壓。由于交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后的直流電壓高于電池組電壓，所以必須在電池組的輸出端與直流主回路之間串連二極管或晶閘管，如圖中晶閘管D。 D整流器直流輸出去DC/ACDC/DC充電器交流輸入電池組 2、大中型UPS充電電路 電路如圖所示。由于圖中的備用電池組電壓較高，略低于交流輸入經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，所以充電器輸入端經(jīng)二極管整流后，再通過DC/DC斬波器少最降壓后可供電池組充電。這樣可使充電電路更為簡(jiǎn)單，效率也有所提高。如果充電器的輸入整流電路采用晶閘管控制，則充電電路更為簡(jiǎn)單。當(dāng)轉(zhuǎn)換為備用電池組供電時(shí)，可直接通過二級(jí)管或晶閘管D為PWM正弦波逆變器供電。由于電池組電壓較高，可與后級(jí)正弦波逆變器輸入端有較合適的電壓匹配。這種電池組充放電電路簡(jiǎn)單，效率高。 D整流器直流輸出去DC/AC充電器交流輸入電池組斬波器 3、蓄電池維護(hù)要求 （1）保持環(huán)境溫度 UPS電源及其備用電池組的周圍工作環(huán)境溫度不宜超過30oC，當(dāng)電池工作環(huán)境溫廢超過而35oC時(shí)，由于電池內(nèi)部損耗增加，電池本身的“存儲(chǔ)壽命”將會(huì)縮短。解決