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UPS电路结构形式与性能特点

  用什么样结构形式的UPS,是使用者在选用时要考虑的首要因素,所以弄清各种类型UPS的结构形式和性能特点,正确评价其优缺点,就成为UPS厂商、经营者和用户必须关注的问题。

  一、后备式结构(包括后备方波和后备正弦波) UPS
  在市电正常时,逆变器不工作,市电电压经智能调压后直接送负载,所以它有下列特点:
  1:常规输出电性能指标取决于智能调压,指标比较差,220Vac±10%,但能满足负载要求;
  2:在市电失压和恢复的过程中,输出电压存在切换过程,一般可控制在10ms以内,不影响负载供电;
  3:逆变器只在市电异常时电池供电才投入运行,市电正常时,它处在后备状态。因此整机输出能力强。

  二、在线互动式UPS
  它的工作过程与后备式相近,一般是智能结构,由MCU控制, 与后备式无本质的区别,差别在于双向变换器取代后备式的逆变器和充电器,市电正常时,AC/DC变换给电池充电。市电异常时,DC/AC向负载供电。它同样具有后备式电路简单、可靠性较高和输出能力强的特点,市电一电池转换时,输出电压的切换时间也比较短(一般小于4ms),适用于小功率UPS用户。

  三、三端口式UPS
  它在主电路中串联有工频电感L,逆变器也是双向工作,输入输出电压的关系是 Uin一 UL= Uout,三者之间有相位差。通过改变逆变器中电流的幅值和相位,就可改变电感L上的电压幅值和相位,以便在输人电压变化过程中,保持输出电压的稳定。特殊的结构形式决定了它的特点:

  1:逆变器处于在线工作方式,随时监视并参与对输出电压的调整,保证输出电压稳定,当市电失压时,断电时输出电压切换时间为其输入切换开关动作时间,输出能力强,稳态精度好,但输入电压范围较小。

  2:由于输入输出电压之间是通过改变相位关系来调整的,所以输入功率因数低, 当输入电压高和轻载时呈感性,输入电压低和重载时呈容性

  3:由于输人输出电压有相位差,UPS旁路时会出现间断,所以三端口式也只能适于小功率UPS用户。

  四、双变换在线式(按照结构可以分类为高频线式UPS和工频线式UPS)
  第一个变换器(AC/DC)通常为整流或可控整流电路,将交流转换成直流并向电池充电,同时向第二个变换器提供100%负载功率的直流电能,第二个变换器(DC/AC)为逆变器,它把直流电能转变为符合负载要求的交流电,当市电失压时,直流电能由电池供给。双变换在线式UPS应用广泛,特别是大功率UPS,多采用这种形式,它的特点如下:

  1:在线式正弦波输出UPS,由于在线式UPS无论是在市电供电正常时,还是在市电供电中断期间,它对负载(微型计算机)的供电均是由UPS的逆变器提供的。正因为如此,这就从根本上完全消除了来自市电的任何电压波动和干扰对负载工作的影响,真正实现了对负载的无干扰稳压供电。显然这点不是任何一种抗干扰交流稳压电源所能解决的。目前,市场上销售的在线式UPS,当外界市电电压变化范围为180V-250V时,一般它的输出电压稳定精度可达220V ± 3%,正弦波的工作频率稳定度为50HZ±1%,甚至更高。波形失真度均在<3%范围内。当市电供电中断时,在线式UPS能实现对负载的真正不间断(零间断)供电。

  2:在线式UPS同后备式UPS相比,它有优良的输出电压瞬态特性。一般在0~50%,50~100%负载加载或100%~50%,50%~0负载减载时,它的输出电压变化范围≤5%,这种变化的持续时间一般为小于100ms。在线式UPS一般采用20kHZ左右的PWM脉冲宽度调制技术,所以噪音都比较小,一般噪音小于50dB。

  3:工频在线式UPS的控制线路设计中,由于采用了输入变压器、输出变压器及光电耦合器件等技术手段,这样它将"强电"驱动部分与"弱电"控制线路部分从电的角度隔离开来,因而线路工作的可靠性得到了较大的提高,这种UPS技术成熟,故障率一般很低。所以中大型UPS(一般6k以上)用户最好采用工频在线式UPS。而对一般小型系统UPS用户可采用高频在线式UPS,因为高频在线式UPS采用高频变换技术,成本相对较低,但可靠性比工频在线式UPS略微差点,EMI干扰较大。

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