UPS常見結(jié)構(gòu)和工作原理課件

不間斷UPS電源

交流不間斷電源設(shè)備有逆變器和UPS兩種，小容量設(shè)備可采用逆變器或UPS，大容量設(shè)備一般都采用UPS。UPS是英文Uninterruptible

Power

System的縮寫，即不間斷電源系統(tǒng)，但人們一般習(xí)慣將其簡稱為UPS電源。UPS電源不僅能提供不間斷的交流電源，還具備對交流市電電源進行凈化的功能。UPS電源廣泛應(yīng)用于計算機機房、數(shù)據(jù)（網(wǎng)管）中心等場所。在電信網(wǎng)絡(luò)中，UPS電源設(shè)備主要用于為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能網(wǎng)設(shè)備、支撐系統(tǒng)、增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)等供電。第一節(jié)UPS的分類8.1UPS的分類對UPS的常見分類如下：按輸出波形分為：方波（準(zhǔn)正弦波）、階梯波和正弦波。按輸出電壓的相數(shù)可分為：單相和三相。按輸入輸出的方式可分為：單進單出、三進單出、三進三出。按不停電供電方式可分為：后備式、在線式和在線互動式。第一節(jié)UPS的分類8.1UPS的分類對UPS的常見分類如下：按輸出波形分為：方波（準(zhǔn)正弦波）、階梯波和正弦波。按輸出電壓的相數(shù)可分為：單相和三相。按輸入輸出的方式可分為：單進單出、三進單出、三進三出。按不停電供電方式可分為：后備式、在線式和在線互動式。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點后備式電路結(jié)構(gòu)框圖第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點（1）功能部件①充電器：市電正常時，對蓄電池充電并浮充，如果是長延時UPS，就要求它有較強的充電能力，或者外加相應(yīng)容量的附加充電器。②DC-AC逆變器：市電正常時，逆變器不工作；市電掉電時，由它將直流電壓（電池供給）變成符合負(fù)載要求的交流電壓，電壓波形有方波、準(zhǔn)方波、正弦波三種形式。③輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)：市電正常時，接通輸入電源向負(fù)載供電；市電掉電時，斷開電網(wǎng)，接通逆變器，繼續(xù)向負(fù)載供電。（2）性能特點①當(dāng)市電正常時，效率高，可達98％以上。②當(dāng)市電正常時，輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負(fù)載電流，UPS本身不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)和諧波電流失真。③當(dāng)市電正常時，輸出能力強，對負(fù)載電流波峰系數(shù)、浪涌電流系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等都沒有嚴(yán)格的限制。④當(dāng)市電正常時，輸出電壓精度和穩(wěn)定度差，但能滿足一般負(fù)載的供電要求。⑤市電掉電時，輸出有轉(zhuǎn)換時間，一般可做到4-10ms左右。⑥當(dāng)市電正常時，整機要靠附加濾波電路提高UPS雙向抗干擾功能。⑦電路簡單、成本低、可靠性高。⑧輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)受切換電流能力和動作時間的限制，UPS輸出功率做大有一定困難，一般多在2kVA以下。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點8.2.2．傳統(tǒng)雙變換在線式目前，大功率UPS仍多采用傳統(tǒng)雙變換在線式電路結(jié)構(gòu)，它屬于串聯(lián)功率調(diào)整傳輸方式。圖6.2是傳統(tǒng)雙變換在線式UPS的電路結(jié)構(gòu)框圖。它是在線式UPS的最初形式，因此稱之為傳統(tǒng)在線式。它的基本設(shè)計思想是，市電存在時，將市電交流電通過整流濾波電路變換為直流電，然后再將直流電通過DC/AC逆變器變換成純凈穩(wěn)定的正弦波電壓向負(fù)載供電。后備電池接在直流母線上，市電掉電后，由電池逆變后給負(fù)載繼續(xù)供電。下面，具體介紹其功能和特點。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點（1）功能部件①整流器：當(dāng)市電存在時，實現(xiàn)AC/DC的轉(zhuǎn)換功能，一方面向DC/AC逆變器提供能量，同時還向蓄電池充電。由于整流電路把市電輸入電流變成脈沖波，輸入電流諧波成分大，造成輸入功率因數(shù)低，因此需要附加奇次諧波濾波器。在三相電路中，可增加一個輸入隔離變壓器，變壓器的次級有兩個匝數(shù)相同的繞組，一個采用三角形接法，另一個采用星型接法，將這兩組分別整流，再配以相應(yīng)的濾波器，就構(gòu)成了12脈沖整流。為了進一步提高輸入功率因數(shù)，減小對電網(wǎng)的污染，當(dāng)前在中小功率的傳統(tǒng)雙變換UPS中，開始使用高頻整流（PFC）電路，可將輸入功率因數(shù)提高到0.99。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點②逆變器：完成DC/AC的轉(zhuǎn)換功能，向輸出端提供高質(zhì)量電源，無論由市電供電或轉(zhuǎn)由電池供電，逆變器都在線工作。在市電逆變和電池逆變這兩種工作狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換時，輸出電壓切換時間為零。在小功率單相雙變換UPS中，由于電池電壓低，逆變器輸出需要采用隔離變壓器，把電壓提升到負(fù)載所需要的額定電壓220V。在三相大功率UPS中，輸出DC/AC逆變器多采用全橋電路，除了提升電壓的要求外，還因為全橋電路沒有零電位輸出，所以必須在逆變器輸出端加隔離變壓器，變壓器初級為三角形接法，分別接在全橋電路的3個橋臂的中點，次級則用星型接法，形成三相四線制電源供給負(fù)載。③靜態(tài)旁路開關(guān)：由正反極性并接的可控硅構(gòu)成，當(dāng)逆變器過載或發(fā)生故障時，逆變器切斷輸出，靜態(tài)開關(guān)自動轉(zhuǎn)換接通，由市電直接向負(fù)載供電。靜態(tài)開關(guān)為智能型大功率無觸點開關(guān)，轉(zhuǎn)換時間在2-3ms。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點（2）性能特點①不管有無市電，負(fù)載的全部功率都由DC/AC逆變器提供；保證高質(zhì)量的電源輸出。市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉(zhuǎn)換時間，具備典型的在線式UPS功能。②由于負(fù)載功率100％都由逆變器負(fù)擔(dān)，因而UPS的輸出能力不理想，對負(fù)載提出限制條件，如負(fù)載電流峰值因數(shù)、過載能力和輸出功率因數(shù)等。③輸入可控整流器使UPS輸入功率因數(shù)低，一般為0.7-0.8，無功損耗大，輸入電流諧波成分大于等于30%，對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的污染。當(dāng)然，若使用高頻整流技術(shù)（功率因數(shù)校正技術(shù)），可把輸入功率因數(shù)提高到接近1，輸入諧波電流也將降到5％以下；若在三相UPS中用12脈沖整流只能將輸入功率因數(shù)做到0.95，電流諧波成分降至10％左右，且成本高。④市電正常時，串聯(lián)的兩個變換器都承擔(dān)100％的負(fù)載功率，所以UPS整機效率低。第二節(jié)常用UPS結(jié)構(gòu)形式及特點（2）性能特點①不管有無市電，負(fù)載的全部功率都由DC/AC逆變器提供；保證高質(zhì)量的電源輸出。市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉(zhuǎn)換時間，具備典型的在線式UPS功能。②由于負(fù)載功率100％都由逆變器負(fù)擔(dān)，因而UPS的輸出能力不理想，對負(fù)載提出限制條件，如負(fù)載電流峰值因數(shù)、過載能力和輸出功率因數(shù)等。③輸入可控整流器使UPS輸入功率因數(shù)低，一般為0.7-0.8，無功損耗大，輸入電流諧波成分大于等于30%，對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的污染。當(dāng)然，若使用高頻整流技術(shù)（功率因數(shù)校正技術(shù)），可把輸入功率因數(shù)提高到接近1，輸入諧波電流也將降到5％以下；若在三相UPS中用12脈沖整流只能將輸入功率因數(shù)做到0.95，電流諧波成分降至10％左右，且成本高。④市電正常時，串聯(lián)的兩個變換器都承擔(dān)100％的負(fù)載功率，所以UPS整機效率低。第三節(jié)UPS電源系統(tǒng)的組成UPS電源主要由7部分組成，即輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池組、充電電路、逆變器電路、靜態(tài)開關(guān)電路、控制監(jiān)測顯示及保護電路。1．輸入整流濾波電路UPS電源內(nèi)部蓄電池、逆變器及控制電路均需要直流電，這就要求UPS電源內(nèi)部必須有整流及濾波電路。整流電路的主要功能是：（1）將交流電變換為直流電；（2）具有輸出電壓保持能力；（3）抑制電網(wǎng)的干擾信號。整流電路主要有單相半波、單相全波和單相橋式整流，三相半波、三相橋式（全波）整流及6脈沖整流，6相全波整流及12脈沖整流等。濾波電路由一級或多級濾波電路構(gòu)成，其基本形式是在整流輸出端加濾波電容或電感扼流線圈。在UPS電源中常采用電容、電感組成的L·C濾波器。第三節(jié)UPS電源系統(tǒng)的組成UPS電源主要由7部分組成，即輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池組、充電電路、逆變器電路、靜態(tài)開關(guān)電路、控制監(jiān)測顯示及保護電路。1．輸入整流濾波電路UPS電源內(nèi)部蓄電池、逆變器及控制電路均需要直流電，這就要求UPS電源內(nèi)部必須有整流及濾波電路。整流電路的主要功能是：（1）將交流電變換為直流電；（2）具有輸出電壓保持能力；（3）抑制電網(wǎng)的干擾信號。整流電路主要有單相半波、單相全波和單相橋式整流，三相半波、三相橋式（全波）整流及6脈沖整流，6相全波整流及12脈沖整流等。濾波電路由一級或多級濾波電路構(gòu)成，其基本形式是在整流輸出端加濾波電容或電感扼流線圈。在UPS電源中常采用電容、電感組成的L·C濾波器。第三節(jié)UPS電源系統(tǒng)的組成5．逆變電路UPS逆變器的功能是將由市電整流所得的直流電壓或蓄電池電壓變換成交流電壓。在后備式UPS中其逆變器輸出波形一般為準(zhǔn)方波，而在在線式UPS中其逆變器輸出多為正弦脈寬調(diào)制波（PWM），該波形經(jīng)LC低通濾波器濾波得到標(biāo)準(zhǔn)正弦波。在線式UPS多采用橋式逆變器，根據(jù)要求的不同又分半橋逆變器和全橋逆變器。6．靜態(tài)開關(guān)電路靜態(tài)開關(guān)是UPS的保護設(shè)備和供電轉(zhuǎn)換器件，它一方面保護UPS和負(fù)載，另一方面作為市電旁路供電和逆變器供電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)UPS輸出過載時，為了保護逆變器，通過靜態(tài)開關(guān)將輸出由逆變器切換到市電；當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障時，為了保證負(fù)載不斷電，通過靜態(tài)開關(guān)將輸出切換到市電。小型UPS一般采用快速繼電器作為靜態(tài)開關(guān)，大中型UPS則采用一對反向并聯(lián)的快速可控硅作為靜態(tài)開關(guān)。第三節(jié)UPS電源系統(tǒng)的組成7．控制、監(jiān)測、顯示及保護電路控制是UPS電源的神經(jīng)中樞，其輸出電壓精度高低、波形失真度大小以及可靠性的高低均與控制電路密切相關(guān)?？刂齐娐分饕蠵WM產(chǎn)生電路、閉環(huán)調(diào)壓電路、同步鎖相電路等。為了使UPS電源可靠工作，它應(yīng)具有較為完善的保護電路，一般的UPS電源都具有電池電壓過低自動保護電路、逆變器輸出過載或短路自動保護電路、逆變器過壓輸出自動保護電路、市電輸入電壓過高自動保護電路和UPS電源延遲啟動自動保護電路等保護電路。為了隨時掌握和了解UPS工作狀態(tài)和運行情況，UPS電源一