UPS常见结构和工作原理v教学案例.ppt

不间断UPS电源 交流不间断电源设备 有逆变器和UPS两种，小容量设备 可采用逆变器或UPS，大容量设备一般都采用UPSUPS是英文UninterruptiblePowerSystem的缩写，即不间断电源系统，但人们一般习惯 将其简称为UPS电源UPS电源不仅能提供不间断的交流电源，还具备对 交流市电电 源进行净化的功能UPS电源广泛应用于计算机机房、数据（网管）中心等场所在电信网络中，UPS电源设备 主要用于为数据网络设备 、智能网设备 、支撑系统、增值业务 系统、网管系统等供电第一节 UPS的分类 8.1 UPS的分类 对UPS的常见分类如下： 按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶梯波和正弦波 按输出电压 的相数可分为：单相和三相 按输入输出的方式可分为：单进单 出、三进单 出、三进三出 按不停电供电方式可分为：后备式、式和互动式第一节 UPS的分类 8.1 UPS的分类 对UPS的常见分类如下： 按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶梯波和正弦波 按输出电压 的相数可分为：单相和三相 按输入输出的方式可分为：单进单 出、三进单 出、三进三出 按不停电供电方式可分为：后备式、式和互动式。

第二节 常用UPS结构形式及特点 后备式电路结构框图 第二节 常用UPS结构形式及特点（1）功能部件 充电器：市电正常时，对蓄电池充电并浮充，如果是长延时UPS ，就要求它有较强的充电能力，或者外加相应容量的附加充电器 DC -AC 逆变器：市电正常时，逆变器不工作；市电掉电时，由它将直流电压（电池供给）变成符合负载要求的交流电压，电压波形有方波、准方波、正弦波三种形式 输出转换开关：市电正常时，接通输入电源向负载供电；市电掉电时，断开电网，接通逆变器，继续向负载供电2）性能特点 当市电正常时，效率高，可达98 以上 当市电正常时，输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电 流，UPS 本身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真 当市电正常时，输出能力强，对负载电 流波峰系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等都没有严格的限制 当市电正常时，输出电压精度和稳定度差，但能满足一般负载的供电要求 市电掉电时，输出有转换时间 ，一般可做到4-10ms 左右 当市电正常时，整机要靠附加滤波电路提高UPS 双向抗干扰功能 电路简单、成本低、可靠性高 输出转换开关受切换电流能力和动作时间的限制，UPS 输出功率做大有一定困难，一般多在2kVA 以下。

第二节 常用UPS结构形式及特点 8.2.2 传统 双变换 式 目前，大功率UPS 仍多采用传统双变换式电路结构，它属于串联功率调整传输方式图6.2是传统双变换式UPS 的电路结构框图它是式UPS 的最初形式，因此称之为传统 式它的基本设计思想是，市电存在时，将市电交流电通过整流滤波电路变换为 直流电，然后再将直流电通过DC /AC 逆变器变换成纯净稳 定的正弦波电压向负载供电后备电池接在直流母线上，市电掉电后，由电池逆变后给负载继续 供电下面，具体介绍其功能和特点第二节 常用UPS结构形式及特点 传统 双变换 式UPS的电路结构图 第二节 常用UPS结构形式及特点 （1） 功能部件 整流器：当市电存在时，实现AC/DC 的转换功能，一方面向DC / AC 逆变器提供能量，同时还向蓄电池充电由于整流电路把市电输入电流变成脉冲波，输入电流谐波成分大，造成输入功率因数低，因此需要附加奇次谐波滤波器在三相电路中，可增加一个输入隔离变压器，变压器的次级有两个匝数相同的绕组，一个采用三角形接法，另一个采用星型接法，将这两组分别整流，再配以相应的滤波器，就构成了12 脉冲整流为了进一步提高输入功率因数，减小对电网的污染，当前在中小功率的传统双变换UPS 中，开始使用高频整流（PFC）电路，可将输入功率因数提高到0.99。

第二节 常用UPS结构形式及特点 逆变器：完成DC/AC 的转换功能，向输出端提供高质量电源，无论由市电供电或转由电池供电，逆变器都工作在市电逆变和电池逆变这两种工作状态相互转换时，输出电压切换时间为 零在小功率单相双变换UPS 中，由于电池电压低，逆变器输出需要采用隔离变压器，把电压提升到负载所需要的额定电压220V 在三相大功率UPS 中，输出DC/AC 逆变器多采用全桥电路，除了提升电压的要求外，还因为全桥电路没有零电位输出，所以必须在逆变器输出端加隔离变压器，变压器初级为三角形接法，分别接在全桥电路的3 个桥臂的中点，次级则用星型接法，形成三相四线制电源供给负载 静态旁路开关：由正反极性并接的可控硅构成，当逆变器过载或发生故障时，逆变器切断输出，静态开关自动转换接通，由市电直接向负载供电静态开关为智能型大功率无触点开关，转换时间 在2-3ms 第二节 常用UPS结构形式及特点 （2）性能特点 不管有无市电，负载的全部功率都由DC / AC 逆变器提供；保证高质量的电源输出市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间 ，具备典型的式UPS 功能 由于负载功率100 都由逆变器负担，因而UPS的输出能力不理想，对负载 提出限制条件，如负载电 流峰值因数、过载能力和输出功率因数等。

输入可控整流器使UPS 输入功率因数低，一般为0.7-0.8 ，无功损耗大，输入电流谐波成分大于等于30%，对电网产生极大的污染当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术），可把输入功率因数提高到接近1 ，输入谐波电流也将降到5 以下；若在三相UPS 中用12 脉冲整流只能将输入功率因数做到0.95，电流谐波成分降至10 左右，且成本高 市电正常时，串联的两个变换器都承担100 的负载功率，所以UPS 整机效率低 第二节 常用UPS结构形式及特点 （2）性能特点 不管有无市电，负载 的全部功率都由DC / AC 逆变器提供；保证高质量的电源输出市电掉电时 ，输出电压 不受任何影响，没有转换时间 ，具备典型的式UPS 功能 由于负载 功率100 都由逆变器负担，因而UPS的输出能力不理想，对负载 提出限制条件，如负载电 流峰值因数、过载 能力和输出功率因数等 输入可控整流器使UPS 输入功率因数低，一般为0.7-0.8 ，无功损耗大，输入电流谐波成分大于等于30%，对电 网产生极大的污染当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术），可把输入功率因数提高到接近1 ，输入谐波电流也将降到5 以下；若在三相UPS 中用12 脉冲整流只能将输入功率因数做到0.95，电流谐波成分降至10 左右，且成本高。

市电正常时，串联的两个变换 器都承担100 的负载 功率，所以UPS 整机效率低 第二节 常用UPS结构形式及特点 （2）性能特点 不管有无市电，负载 的全部功率都由DC / AC 逆变器提供；保证高质量的电源输出市电掉电时 ，输出电压 不受任何影响，没有转换时间 ，具备典型的式UPS 功能 由于负载 功率100 都由逆变器负担，因而UPS的输出能力不理想，对负载 提出限制条件，如负载电 流峰值因数、过载 能力和输出功率因数等 输入可控整流器使UPS 输入功率因数低，一般为0.7-0.8 ，无功损耗大，输入电流谐波成分大于等于30%，对电 网产生极大的污染当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术），可把输入功率因数提高到接近1 ，输入谐波电流也将降到5 以下；若在三相UPS 中用12 脉冲整流只能将输入功率因数做到0.95，电流谐波成分降至10 左右，且成本高 市电正常时，串联的两个变换 器都承担100 的负载 功率，所以UPS 整机效率低 第三节 UPS电源系统的组成 UPS电源主要由7部分组成，即输入整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电 路、逆变器电路、静态开关电路、控制监测显 示及保护电 路。

1输入整流滤波电路 UPS电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均需要直流电，这就要求UPS电源内部必须有整流及滤波电路整流电路的主要功能是： （1）将交流电变换为 直流电； （2）具有输出电压 保持能力； （3）抑制电网的干扰信号 整流电路主要有单相半波、单相全波和单相桥式整流，三相半波、三相桥式（全波）整流及6脉冲整流，6相全波整流及12脉冲整流等滤波电路由一级或多级滤 波电路构成，其基本形式是在整流输出端加滤波电容或电感扼流线圈在UPS电源中常采用电容、电感组成的LC 滤波器第三节 UPS电源系统的组成 UPS电源主要由7部分组成，即输入整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电 路、逆变器电路、静态开关电路、控制监测显 示及保护电 路 1输入整流滤波电路 UPS电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均需要直流电，这就要求UPS电源内部必须有整流及滤波电路整流电路的主要功能是： （1）将交流电变换为 直流电； （2）具有输出电压 保持能力； （3）抑制电网的干扰信号 整流电路主要有单相半波、单相全波和单相桥式整流，三相半波、三相桥式（全波）整流及6脉冲整流，6相全波整流及12脉冲整流等。

滤波电路由一级或多级滤 波电路构成，其基本形式是在整流输出端加滤波电容或电感扼流线圈在UPS电源中常采用电容、电感组成的LC 滤波器第三节 UPS电源系统的组成 2功率因数校正电路在UPS电源中，交流输入市电经整流器整流后变换为 脉动直流，然后采用大容量的电容器进行滤波，在电容器充电期间势必会形成尖峰脉冲，引起电流波形畸变，从而导致功率因数下降，并产生高次谐波，对电网造成干扰功率因数校正电路的作用就是提高功率因数，降低谐波干扰，使输入电流成为与输入电压接近同相位的正弦波3蓄电池组蓄电池组是UPS的心脏，没有蓄电池组的UPS电源只能称作交流稳压稳频电源当市电正常时，蓄电池由整流器（独立充电器）对其充电，将电能转化为化学能而储存起来；当市电供应中断时，UPS电源由蓄电池向逆变器供电，此时蓄电池通过放电将化学能转化为电能，保证UPS电源输出的不中断目前UPS电源中广泛使用的是阀控密封式铅酸蓄电池4充电电路UPS中的充电器将蓄电池放电后损失的能量重新补充，在充电过程中，充电器的控制电路检测整个充电过程，一般在充电阶段是恒流充电过程，随着电池电压的上升，当蓄电池的电压达到浮充电压以后，充电器工作在恒压阶段，直到电池充满为止。

因此，充电电路的反馈回路一般有两个，一个作为电流反馈，另一个是电压反馈主电路一般采用开关型电路，其类型一般有两种：降压电路和升压电路第三节 UPS电源系统的组成 5逆变电 路 UPS逆变器的功能是将由市电整流所得的直流电压 或蓄电池电压变换 成交流电压 在后备式UPS中其逆变器输出波形一般为准方波，而在式UPS中其逆变器输出多为正弦脉宽调 制波（PWM），该波形经LC低通滤波器滤波得到标准正弦波 式UPS多采用桥式逆变器，根据要求的不同又分半桥逆变器和全桥逆变器 6静态开关电路 静态开关是UPS的保护设备 和供电转换 器件，它一方面保护UPS和负载 ，另一方面作为市电旁路供电和逆变器供电的转换 器件当UPS输出过载时 ，为了保护逆变器，通过静态开关将输出由逆变器切换到市电；当逆变器出现故障时，为了保证负载 不断电，通过静态开关将输出切换到市电小型UPS一般采用快速继电 器作为静态开关，大中型UPS 则采用一对反向并联的快速可控硅作为静态开关第三节 UPS电源系统的组成 7控制、监测 、显示及保护电 路 控制是UPS电源的神经中枢，其输出电压精度高低、波形失真度大小以及可靠性的高低均与控制电路密切相关。

控制电路主要有PWM 产生电路、闭环调压电 路、同步锁相电路等为了使UPS 电源可靠工作，它应具有较为 完善的保护电 路，一般的UPS 电源都具有电池电压过 低自动保护电 路、逆变器输出过载 或短路自动保护电 路、逆变器过压输 出自动保护电 路、市电输 入电压过 高自动保护电 路和UPS电源延迟启动自动保。