UPS電源從運作方式上可分為動態(tài)式和靜態(tài)式兩種。動態(tài)式UPS由整流器、電池、直流電動機、柴(汽)油機、飛輪和發(fā)電機組構成,是UPS的較早形式,具有穩(wěn)定可靠,維護技術比較簡單的優(yōu)點。但設備龐大笨重,效率低,噪聲大,目前已應用不多。通常人們所指的UPS大都指靜態(tài)式UPS,靜態(tài)式UPS采用了大功率逆變技術和強電流電子開關,實現(xiàn)大功率的電能轉換,更能適應于當今IT行業(yè)、自動化控制和精密儀器等的普遍應用。
靜態(tài)UPS可以以內部結構、輸出波形、容量、后備時間來分類,其中按照內部結構分為后備式、雙逆變在線式及在線互動式。以內部結構分類是現(xiàn)行最被接受的,并以此來判定不同品牌的UPS的優(yōu)劣,本文主要以該種方式來描述。
1、后備式
當市電正常供電時,直接供應給負載使用,同時有一回路經充電回路對電池組充電。若市電的電壓不穩(wěn)定或市電發(fā)生異常.則由UPS的變流器提供穩(wěn)定的電力給負載使用。多數此類產品的輸出波形皆為方波或階梯波。
后備式結構其內部電路設計上相當簡單,而且在實際上運作的過程中,交流輸入電源直接輸出至電源輸出端,幾乎沒有電力損耗,輸出效率可達98%以上。但在執(zhí)行一般性的電源輸出入動作時,當外部所提供的輸入電源品質不佳(電壓不穩(wěn)、頻率變動、雜波、扭曲等因素),在輸出端也會以同樣狀態(tài)來輸出電源。所以往往在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善,提高了UPS雙向抗*功能。其主要特點是:當UPS發(fā)現(xiàn)外部發(fā)生停電情形,切換至內部電池輸出電力的所需時間一般為4ms——10ms,對一般的計算機設備的工作不會造成影響。由于輸出有轉換開關,受切換電流能力和動作時間的限制,UPS工作時輸出波形大都為方波,供電質量相對較差。UPS輸出功率做大有一定困難,只適用于要求不高的場合,并且功率一般都較小,多在2kVA以下。但后備式UPS產品有著價格優(yōu)勢,比較便宜。
2、雙逆變在線式
在線式UPS電源一般采用雙變換模式。即使在電網電壓正常供電時,UPS的輸出,也是將外來電壓經過本身的加工轉換后再供給負載,也就是說,當市電正常供電時.市電經濾波回路及突波吸收回路后,分為兩個回路同時動作,其一是經由充電回路對電池組充電,另一個則是經整流回路,作為變流器的輸入,再經過變流器的轉換提供凈化過的交流電力給負載使用;此時若市電發(fā)生異常.變流器的輸入則改由電池組來供應,變流器持續(xù)提供電力,達到完全不斷電。
由此可知,不論市電電力質量如何,其輸出均是穩(wěn)定且純凈的正弦波電源。雙逆變在線式UPS電源的供電質量明顯優(yōu)于后備式UPS電源,因為它從根本上消除了來自電網的電壓波動和*對負載的影響,真正實現(xiàn)了對負載的無*、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉換時間。雙逆變在線式UPS的這種特點。使它比較適合于用外加電池或加裝優(yōu)質發(fā)電機的方法,改裝成長時間不間斷供電系統(tǒng),所以它多被用在供電質量要求很高的場所。但是無論市電有無,全部負載功率都由逆變器供出,UPS的功率余量有限,輸出能力不理想,所以對負載提出限制條件,例如輸出電流峰值系數(一般只達到3:1),過載能力、輸出功率因數(一般為0.8)、輸出有功功率小于標定的功率數,應付沖擊性負載的能力等;同時整流器多為整流電路,對電網形成電流諧波干擾,輸入功率因數低,經濾波后,最小的諧波電流成分在10%左右,而輸入功率因數只有O.8左右,如果在整流器中使用功率因數校正技術,則可把輸入功率因數提高到接近1,輸入電流諧波成分也會大幅度降低;還有在市電存在時,由于兩個逆變器都承擔100%的負載功率,所以整機效率低,10kVA以下的UPS為80%左右,50kVA的可達85%~90%,l00kVA以上的可達90%~92%。
3、在線互動式
介于后備式和在線式工作方式之間的UPS設備,當市電電源在約l50V~264V的范圍內,它向用戶提供經鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經變壓器抽頭調壓處理的一般市電電源對于這種UPS來說,僅僅當市電電源電壓低于150V或高于264V左右時,它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質量的正弦波”電源。
在線互動式集中了后備式UPS效率較高和在線式UPS供電質量高的優(yōu)點。其原理與后備式不斷電系統(tǒng)相去不遠,主要不同在于此類產品將充電回路與變流器整合為雙向轉換回路,采用了鐵磁諧波變壓器,可自動監(jiān)測輸入電壓是否符合于正常范圍內,如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供較穩(wěn)定之輸出電壓因此在線互動式UPS也有轉換時間,比后備式UPS短。同后備式UPS相比,在線互動UPS的保護功能較強,逆變器輸出電壓波形較好,一般為正弦波,逆變器與輸出直接接在一起,沒有轉換開關的限制,所以輸出功率可提高到5kVA~10kVA,而其最大的優(yōu)點是具有較強的軟件功能??紤]到與充電逆變器共用一個模塊,在給電池充電時,由逆變器產生的高頻成分很難濾掉,充電效果不是非常令人滿意,故不適合作長延時的UPS。在線互動式UPS價格遠遠低于在線式UPS,只比后備式UPS價格稍高,也是一種適合小型辦公或家庭使用的UPS,為了進一步改善在線互動式的功能,可在輸入開關和智能調壓之間串接一個電感,串聯(lián)電感對逆變輸出反饋到電網的電流有很強的抑制作用。避免了輸入開關未斷開時短路逆變器輸出的危險,當市電掉電時,逆變器可立即向負載供電,也可以使在線互動式的轉換時間減小到零,使其完全具備雙逆變在線式的轉換功能,同時還增加了整個UPS的抗*能力。但是,這樣做卻帶來了降低UPS輸入功率的不良后果。
4、雙逆變電壓補償在線式
雙逆變電壓補償技術也稱為Delta技術,是目前國際上最領先的技術。它成功地將交流穩(wěn)壓技術中的電壓補償原理運用到UPS的主電路中,當市電存在時,兩組逆變器只對輸入電壓與輸出電壓的差值進行調整和補償,逆變器承擔的最大功率僅為輸出功率的20%。這就增強了UPS的輸出能力和過載能力,不再對負載電流波峰系數予以限制,可從容地對付沖擊性負載,輸出有功功率可以等于標定的功率值??偠灾?,Delta技術的運用,不僅彌補了原來在線式的不足,還使得許多主要指標有了新的突破。
逆變電壓補償在線式同樣是雙逆變電路結構和在線工作,當市電存在時。整流器和變流器只對輸入電壓與輸出電壓的差值進行調整和補償,逆變器負擔的最大功率(當輸入電壓處于上限和下限時)僅為輸出功率的20%(相當于輸入電壓變化范圍),所以功率強度很小(1/5),功率余量大,這就大大增強了UPS的輸出能力,提高了整機效率(很大的功率范圍內都可達到96%),乃至元器件、整機的壽命和可靠性;與雙逆變在線式相比,過載能力增強(200%,lmin)。整流器同時完成了對輸入端的功率因數校正功能,使輸入功率因數等于l,輸入諧波電流降到3%以下。
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