UPS不间断电源.doc

引言
变换主电路对电能实现变换。现在人们概念中的UPS均是静止式UPS。静止式UPS的经典方案如图1-2所示,其原理是:电网正常时,市电经整流器变成直流,再经逆变器将直流变成交流,后经转换开关送给负载;在电网异常时,由蓄电池给逆变器提供直流电能,经逆变器变成交流后送给负载;当整流器、逆变器或蓄电池等单元出现故障时,可经过转换开关将市电旁路给负载。
图1-1 动态UPS结构图
对静止型UPS而言,按其工作方式又可分为在线式(online)和后备式(offline)两种,但无论是后备式还是在线式UPS,其基本结构大体相同,只是在工作方式上和为负载供电的质量上有一定的差异。下面就图1-2来简要说明在线式和后备式UPS的异同点,同时说明在线式和后备式的含义。
(1)在线式UPS工作过程
在线式UPS的工作过程是,电网正常供电时,交流电经输入变压器后,一方面经充电器给蓄电池充电,另一方面经整流器变成直流后送至逆变器,经逆变器变成交流后再通过输出变压器,最后经转换开关(K接4点)送给负载。此时的电能流向如下:
电网输入变压器整流滤波逆变器输出变压器转换开关负载
充电器蓄电池组
旁路
B
转换开关K
变压器
逆变器
整流器
变压器
A A
电网 A
△

充电器
蓄电池

图1-2 经典型UPS结构框图
电网供电异常时(过压、欠压、断电),保护电路(图1-2中未画出)将切断输入市电与UPS的联系,让蓄电池为逆变器提供直流电能,此时的能量流向如下:
蓄电池组逆变器输出变压器转换开关负载
由上述可见,在线式UPS就是指电网正常供电时,电网一方面对蓄电池充电,另一方面经过UPS内部处理和变换后再送给负载;电网停电或供电异常时,由蓄电池向逆变器提供电能,保证负载供电不间断。在电网供电转为电网中断、蓄电池供电时,负载供电没有任何中断。当然,这是UPS内部无任何故障时的情况。若
UPS内部任何一个单元出现故障,则控制电路可使转换开关由K接A点转换为B点,即实现旁路输出。这样的转换一是有转换时间(供电有间断),二是此时市电必须不中断,否则负载供电就无保障了。为了使转换过程不影响负载工作,应该使转换时间尽可能短,考虑到较大的滤波电容的储能作用,转换时间一般应小于3ms。目前,功率稍大一些的UPS为了缩短转换时间,大都采用静态无触点电子开关,这就大大缩短了转换时间。
(2)后备式UPS工作过程
后备式UPS的工作过程是:电网供电正常时,电网一方面经变压器至充电器给蓄电池组充电;另一方面经变压器和旁路开关(K接B点)送给负载。此时的电能流向如下:
电网变压器转换开关负载
充电器蓄电油组
供电异常时,控制电路立即切断电网与负载的联系,同时起动逆变器并使K由接B转为接A,继续由蓄电池提供电能向负载供电。此时的电能流向如下:
蓄电池组逆变器输出变压器转换开关负载
这时的能量流向和在线式是一样的,只是转换为蓄电池输送电能这个过程和在线式UPS有区别,即在线式UPS当电网异常转为蓄电池提供电能时不存在转换时间,而后备式UPS存在一定的转换时间,这种转换时间和在线式UPS中的转换旁路时间一样,一般希望其愈短愈好。
通过上述可见,后备式UPS就是指电网正常供电时,电网通过旁路开关直接送给了负载,同时也给UPS的蓄电池充电。送给负载的是没有经过UPS加工和处理的电网的电,供电质量明显不及在线式UPS的供电质量好。在电网供电出现异常时,才启动UPS内部的逆变器工作,将蓄电池提供的直流电能变成交流电能后送给负载。
后备式UPS和在线式UPS虽然其基本结构大致一样,但在电网正常供电时,在线式UPS的输出较后备式UPS的输出交流电质量好,这主要是说在线式UPS的输出是稳压、稳频的,而后备式UPS最多对输出采取粗稳压而没有稳频等其他处理功能。不但如此,在电网供电异常、蓄电池组开始向逆变器提供能量时,在线式UPS没有转换时间,后备式UPS是有一定的转换时间的。因此从工作方式和供电质量上看,电网供电时和电网供电转为蓄电池组提供电能的转换过程,在线式UPS的性能优于后备式。有的后备式UPS的生产厂家加了电网滤波装置,有的在输出变压器上增加了一些抽头,以实现对输出的简单稳压,使其产品的性能有所改善,但终究和在线式还有一定差距。但后备式UPS约造价低于在线式UPS,因此小容量的后备式UPS也得到了广泛的应用。
本设计技术参数
本文设计的是静止型不间断电源,而在线式和后备式相比,有着明显的优势,所以本文设计在线式的UPS。其技术性能如下:
输入电压:三相四线制380V、50Hz交流电压
输入电压范围:380V土10%
输入频率范围:50Hz土5%
输出电压:单相220V、5