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UPS不间断电源的分类

文章发布时间:2013-01-11 13:54来源:未知 作者:upsclan 关注次数:

不间断电源(UPS)
  
  本节提要:重,但阐述各种类型UPS的电路结构、工作原理及应用特点,由于篇幅限制,不便展开叙述,必要时请阅读专著。
  
  UPS的分类及主要技术指标
  
  UPS是UninterruptablePowerSystem(不间断电源系统)的缩写,是指当交流市电断电或其变化超出规定限额时仍能继续向负载提供电能的设备。这种不间断供电设备是伴随着计算机的出现而诞生的o
  
  UPS由20世纪60年代的旋转式发电机发展到今天具有一定智能化程度的静止式全电子化设备,经历了一段不平凡的时期。在过去的岁月里,UPS作为电源技术的一个独立领域发生了翻天覆地的变化,由当初单一的飞轮动态贮能式发展到今天的多类型多品种的静止变换式、动静结合式等类型;由当初的单一用户一一计算机到今天的多领域一一自动控制、通信、医药、农林、交通、航空、国防、教育、科研、金融等;由当初的维持(后备)时间几分钟到今天的几个小时甚至几十小时;由当初的单一机械式到今天几乎包容了当代全部电子技术(由微电子学到功率电子学、由线性电路到数字电路),由当初的分立元件发展到用计算机软件,UPS之间或UPS与计算机之间的联系由电信号通信到光纤通信,另外还包括化学电源、太阳能电源等。UPS己当之无愧地成为当代高科技的重要成员,现在已有了专门为UPS制定的标准。
  
  1.UPS的分类
  
  UPS大致可分为两大类:动态贮能式和静止变换式,前者是利用交流发电机实现不间断供电,后者是利用功率电子技术来实现。
  
  (1)动态贮能式UPS:所谓动态储能就是UPS的不间断供电能量是靠贮备的动能转化而来,这是最早的方案,如3-80所示。交流市电驱动交流电动机旋转,从而带动同轴的交流发电机和惯性飞轮同速旋转,由发电机向计算机供电。当市电波动时,由于飞轮的惯性对短时间的电压起

  伏和扰动毫无反应,从而保证了供电电压 的稳定'性;一旦市电断电,由于平时贮存在惯性飞轮中的动能,仍可不间断地带动发电机旋转,使发电机不间断地继续供电一段时间,这时计算机得以将现场数据保存起来。延长供电时间的长短,取决于惯性飞轮的重量。
  
  惯性飞轮对进一步延长发电机在市电断电时的继续供电时间已无能为力,图3-81又将上述方案推进了一步。在这里,当市电正常时,通过整流器将市电变成直流,一方面给蓄电池充电,一方面驱动与交流发电机同轴的直流电动机。当市电断电时,蓄电池贮存的化学能转化成电能,继续驱动电动机旋转从而保证了发电机不间断地供电。这种方案目前仍然有单位在使用,但由于转换效率太低,已无发展前途。针对上述两种方案的缺点就出现了目前更为实用的燃油发电式归S系统,这类UPS与静止变换式UPS并驾齐驱应用在各自的领域。
 

 

 (2)静止变换式归s:目前就大多数人的概念而言,凡说UPS均认为是静止变换式。图3-82所示的是众所周知的UPS经典方案主体框图。市电输入经整流器将交流电变成直流电,一方面为蓄电池组充电,另一方面为逆变器提供能量,逆变器再将直流电变成交流电,经转换开关送到负载。在逆变器发生故障时,另一路备用电源(Bypass)通过转换开关向负载供电。
 

  静止变换式U因就其工作方式而言,在初期分为后备式(或称离线式OFFLINE)和在线式(ONLINE)两种情况。不论是哪一种情况,在电路结构上大致相同。所不同的是:后备式UPS在市电正常时,工作在旁路(Bypass)状态,只有在市电异常时才启动逆变器。而在线式UPS不论市电是否正常,它都一直由逆变器供电,即按照"市电输人→整流(充电)→逆变→输出"的程序进行,只有在逆变器故障或过载时才改由旁路供电。
  
  由于后备式UPS在大多数情况下逆变器不工作,只走旁路,所以显得可靠性很高,由于使用后备式U囚的计算机一般对电网要求不高,所以后备式回S输出波形多为方波(准方波)或梯形波,故而成本较低,供电质量不太好。一般后备式回S的功率多在o.S-2kVA。人们常说的在线式U因多为双变换式(即交流变直流,再由直流变交流)的模式,因而效率较低,但供电质量较好。大功率UPS多是双变换式结构,目前的单机容量已经做到数百千伏安。
  
  脉宽调制(PWM)技术和电力晶体管Gm、功率MOS管、IGBT等功率器件已经被UPS普遍采用,提高了效率和可靠性。微处理器软硬件技术的引人,大大拓宽了UPS的功能。目前的智能化四S利用面板上的LED液晶显示和键盘可以进行"人机对话",自动地进行故障诊断,为维护人员和用户提供了方便。
  
  目前有不少UPS都是利用微处理器作为监控系统,也有的厂家利用软件代替硬件的功能,由于将数据以软件方式存入机器,在机器运输过程中的振动和平时的温度变化所造成硬件参数的变化都不会影响机器的性能和机器指标的精度。
  

  除了上述的后备式和双变换式UPS外,又出现了一种互动式(LINEINTERACTIVE)UPS,这种田S集中了后备式U因效率高、可靠性好和双变换式U西供电质量高的优点,其结构组成如图3-83所示。市电经交流稳压器进行调整后送到变压器飞的绕组3,通过转换开关S供电给负载。变压器绕组3与绕组2搞合接至双向逆变器给蓄电池GB充电。当市电中断后,逆变器又把蓄电池能量转换成交流电供电给负载。当转换开关S置1时,由市电直接供电。这种方案以SkVA以下为最多,所采用的交流稳压器多为用继电器转换变压器抽头方式实现,稳压精度约±S。
  
  近期又出现了所谓动静结合的UPS,如图3-84所示。该UPS是由燃油发电机和UPS组合而成,发电机是一台直流发电机,其输出和UPS的电池组相连,当市电中断后,UPS利用其内部的电池放电来维持输出,当蓄电池容量尚未耗尽时,燃油发电机自动起动给蓄电池充电和供UPS逆变器工作,由于发电机的油料在工作过程中可以添加,故市电停电时间再长也没有关系。
  
  在周围条件不允许电动机运行的地方,又需要UPS长时间供电,就出现了长延时UPS,实际上就是将普通四S内部的蓄电池取出来,外接充电器和蓄电池组。也有的UPS本身具有内部电池,其充电器也可以为外加电池充电。
  
  目前的UPS倾向于往高频化方向发展,这种回S电路方案的特点是省去了笨重的50Hz电源变压器,代之以高频变压器,如图3-85所示。它将输人的交流电压直接整流滤波,然后根据需要再由高频降压(或升压)电路将整流后的电压变换成蓄电池组所需的电压,为蓄电池组GB充电,再通过高频升压电路将蓄电池电压变换成逆变器所需的工作电压,再通过切换电路将交流电压输出,这类方案将UPS的体积和重量大大地减小了。

 

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