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双变换UPS不间断电源工作原理

文章发布时间:2013-05-11 11:37来源:未知 作者:upsclan 关注次数:

众所周知,UPS 的功能是确保负载供电的不间断,并改善供电电源质量,使市电电源的各种干扰与负载彻底隔离,保证在任何情况下均能供给负载稳定可靠的交流电源
  
       UPS已有近40年的应用历史,最初的UPS 产品主要用于大型计算机系统的供电,随着数字技术的发展,其应用范围逐渐扩大,在电信、金融、能源、交通、医药、教育、商业、工业、军事等各个领域都得到了广泛的应用。现在UPS已成为重要负载必不可少的配套电源系统。目前要求由UPS 供电的负载设备容量范围很宽,对电源的要求也不尽相同,因此,不可能由采用同一种电路技术和系统结构的UPS为各种负载设备供电。在这种情况下,出现了各种各样不同的UPS产品和UPS供电系统,分别用于不同的应用场合。
  
       根据IEC62040-3标准规定,UPS有三种基本的系统结构形式, 即冷备用UPS (passive standby UPS)、市电交互UPS (line interactive UPS)和变换UP

S(double conversion UPS)。
  
       这些UPS系统各有其优缺点,其中变换UPS是被公认为性能最好、可靠性最高的一种UPS,适用于各种应用场合。因而也是应用最多的一种UPS。在电信系统中应用的大中型UPS几乎全部是变换UPS。 为了进一步提高UPS系统的可用度,可以采用多个变换UPS单机系统构成各种类型的冗余UPS系统,以确保在一个单机系统故障或进行维护保养时UPS仍能不间断地为负载供电。

 

  本文介绍变换UPS的单机系统和各种冗余系统的结构、特点及应用趋势。

 

  1  变换UPS单机系统结构

 

  1.1  系统组成和工作方式
  
       变换UPS系统如图1所示,由整流器/充电机、逆变器 蓄电池和转换开关组成。其特点是整流器/充电机-逆变器串联连接在交流输入电源和负载之间,无论交流输入电源正常与否,负载始终由逆变器供电。

 

  这种UPS有三种工作方式:正常方式、储能方式和旁路方式。

 

  (1) 正常方式
  
       交流输入电源经整流器/充电机-逆变器的组合电路,进行了整流(AC/DC)和逆变(DC/AC)两次变换,负载由逆变器供电,由于负载所需的全部功率经过了两次变换,因此这种UPS称为变换UPS

 

  (2) 储能方式
  
       当交流输入电源电压超出预定的容限或故障时,由蓄电池放电供给逆变器直流电,使逆变器继续运行,不间断地供给负载交流电源

 

  当交流输入电源恢复正常时,UPS恢复正常工作方式,如果交流输入电源长时间停电,UPS将继续在储能方式下运行,直到蓄电池的储能用完。为了保护交流输入电源长时间停电,一般应配置备用柴油发电机组。

 

  (3) 旁路方式
  
       变换UPS一般都有静态旁路开关,在下列情况下可以通过静态开关自动地将负载从逆变器暂时转换到旁路电源

 

  (1)UPS内部故障

 

  (2)负载电流瞬变(出现浪涌或故障电流)

 

  (3)UPS过载

 

  (4)蓄电池放电至终止电压
  
       为了保证在逆变器和旁路电源之间不间断地进行负载转换UPS的逆变器必须与旁路电源同步,以便采取先合后断的转换方式,即逆变器和旁路电源有短暂的一段时间并联,然后断开其中一个电源 。另外还有一个称为维修旁路的电路,在UPS需要维修时通过维修旁路手动以先合后断的方式将负载换到旁路电源
  
       将负载从一个电源转换到另一个电源供电的开关称为负载转换开关。UPS的负载转换开关的种类很多,图1采用的是由机械开关K2、K4和静态开关组成的混合转换开关。在从UPS向旁路电源进行转换时,静态开关首先接通,然后K4接通,K2断开。因此静态开关只是瞬时承受负载。这种转换开关既有转换速度开的优点,又有优良的隔离性能,而且可靠性高。

 

双变换UPS系统

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