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2023-06-15
不间断电源的作用及使用方法
【摘要】：图6.19UPS 基本结构原理图图3-50模型残余油状态图6.20具有旁路开关的UPS 系统为保证市电异常或逆变器故障时负载供电的切换，实际的UPS 产品中多数都设置了旁路开关，如图6.20 所示。图3-51模型加大水驱速度后残余油状态图6.21用柴油发电机作为后备电源的UPS在市电断电时由于由蓄电池提供电能，供电时间取决于蓄电池容量的大小，有很大的局限性。
不间断电源（Uninterruptible Power Supply—UPS）是当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。广义地说，UPS 包括输出为直流和输出为交流两种情况，目前通常是指输出为交流的情况。UPS 是恒压恒频（CVCF）电源中的主要产品之一，广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求高的场合，例如用于银行、证券交易所的计算机系统，Internet 中的服务器、路由器等关键设备，各种医疗设备，办公自动化（Office Automation，OA）设备，工厂自动化（Factory Automation，FA）机器等。
（1）UPS 基本结构和工作原理
图6.19 给出了UPS 最基本的结构。其基本工作原理是：当市电正常时，市电经整流器整流为直流给蓄电池充电，可保证蓄电池的电量充足；当市电异常乃至停电时，由蓄电池向逆变器供电，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒压恒频交流电继续向负载供电，因此从负载侧看，供电不受市电停电的影响。在市电正常时，负载也可以由逆变器供电，此时负载得到的交流电压比市电电压质量高，即使市电发生质量问题（如电压波动、频率波动、波形畸变和瞬时停电等）时，也能获得正常的恒压恒频的正弦波交流输出，并且具有稳压、稳频的性能，因此也称为稳压稳频电源。
图6.19 UPS 基本结构原理图
图6.20 具有旁路开关的UPS 系统
为保证市电异常或逆变器故障时负载供电的切换，实际的UPS 产品中多数都设置了旁路开关，如图6.20 所示。市电与逆变器提供的CVCF 电源由转换开关S 切换；若逆变器发生故障，可由开关自动切换为市电旁路电源供电。只有市电和逆变器同时发生故障时，负载供电才会中断。还需注意的是，在市电旁路电源与CVCF 电源之间切换时，必须保证两个电压的相位一致，通常采用锁相同步的方法。
在市电断电时由于由蓄电池提供电能，供电时间取决于蓄电池容量的大小，有很大的局限性。为了保证长时间不间断供电，可采用柴油发电机（简称油机）作为后备电源，如图6.21 所示。图6.21中，一旦发生市电停电，则蓄电池投入工作之后，即启动油机，由油机代替市电向整流器供电；市电恢复正常后，再重新由市电供电。蓄电池只需作为市电与油机之间的过渡，容量可以比较小。
（2）UPS 的主电路结构
容量较小的UPS 主电路如图6.22 所示。整流部分使用二极管整流器和直流斩波器（用作PFC），可获得较高的交流输入功率因数。由于逆变器部分使用IGBT 并采用PWM 控制，可获得良好的控制性能。
图6.22 小容量UPS 主电路
使用GTO 的大容量UPS 主电路如图6.23 所示。逆变器部分采用PWM 控制，具有调节电压和改善波形的功能。为减少GTO 的开关损耗，应采用较低的开关频率。为了减少输出电压中所含的低次谐波，逆变器的PWM 控制采用消除3 次谐波的方式。而且将电角度相差30°的两台逆变器用多绕组输出变压器合成，消除了5 次、7 次谐波。此时输出电压中所含的最低次谐波为11 次，从而使交流滤波器小型化。
图6.23 大功率UPS 主电路
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