雙變換UPS的系統結構

本文介紹雙變換UPS的單機系統和各種冗余系統的結構、特點(diǎn)及應用趨勢。

1　 雙變換UPS單機系統結構

1.1  系統組成和工作方式
　　
雙變換UPS系統如圖1所示，由整流器／充電機、逆變器　蓄電池和轉換開(kāi)關(guān)組成。其特點(diǎn)是整流器/充電機-逆變器串聯(lián)連接在交流輸入電源和負載之間，無(wú)論交流輸入電源正常與否，負載始終由逆變器供電。

這種UPS有三種工作方式：正常方式、儲能方式和旁路方式。

（1） 正常方式
　　
交流輸入電源經(jīng)整流器／充電機－逆變器的組合電路，進(jìn)行了整流（AC/DC）和逆變（DC/AC）兩次變換，負載由逆變器供電，由于負載所需的全部功率經(jīng)過(guò)了兩次變換，因此這種UPS稱(chēng)為雙變換UPS。

（2） 儲能方式
　　
當交流輸入電源電壓超出預定的容限或故障時(shí)，由蓄電池放電供給逆變器直流電，使逆變器繼續運行，不間斷地供給負載交流電源。

當交流輸入電源恢復正常時(shí)，UPS恢復正常工作方式，如果交流輸入電源長(cháng)時(shí)間停電，UPS將繼續在儲能方式下運行，直到蓄電池的儲能用完。為了保護交流輸入電源長(cháng)時(shí)間停電，一般應配置備用柴油發(fā)電機組。

（3） 旁路方式
　　
雙變換UPS一般都有靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)，在下列情況下可以通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)自動(dòng)地將負載從逆變器暫時(shí)轉換到旁路電源：

（1）UPS內部故障

（2）負載電流瞬變（出現浪涌或故障電流）

（3）UPS過(guò)載

（4）蓄電池放電至終止電壓
　
為了保證在逆變器和旁路電源之間不間斷地進(jìn)行負載轉換，UPS的逆變器必須與旁路電源同步，以便采取先合后斷的轉換方式，即逆變器和旁路電源有短暫的一段時(shí)間并聯(lián)，然后斷開(kāi)其中一個(gè)電源 。另外還有一個(gè)稱(chēng)為維修旁路的電路，在UPS需要維修時(shí)通過(guò)維修旁路手動(dòng)以先合后斷的方式將負載換到旁路電源。
　　
將負載從一個(gè)電源轉換到另一個(gè)電源供電的開(kāi)關(guān)稱(chēng)為負載轉換開(kāi)關(guān)。UPS的負載轉換開(kāi)關(guān)的種類(lèi)很多，圖1采用的是由機械開(kāi)關(guān)K2、K4和靜態(tài)開(kāi)關(guān)組成的混合轉換開(kāi)關(guān)。在從UPS向旁路電源進(jìn)行轉換時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)首先接通，然后K4接通，K2斷開(kāi)。因此靜態(tài)開(kāi)關(guān)只是瞬時(shí)承受負載。這種轉換開(kāi)關(guān)既有轉換速度開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)，又有優(yōu)良的隔離性能，而且可靠性高。

1.2  雙變換UPS系統的優(yōu)點(diǎn)

（1） 負載與交流輸入電源的干擾完全隔離。交流輸入電源的干擾不會(huì )影響關(guān)鍵負載。

（2） 負載始終由逆變器提供高質(zhì)量的電源，在交流輸入電源正常時(shí)，逆變器由整流器供電，交流輸入電源故障時(shí)，逆變器由與整流器并聯(lián)浮充的蓄電池供電，在此過(guò)程中沒(méi)有電路的轉換，沒(méi)有任何供電中斷或輸出電壓的瞬時(shí)下降。

（3） 當交流輸入電源的電壓在規定的范圍內波動(dòng)時(shí)，整流器能正常工作，不需要蓄電池放電；當交流輸入電源的頻率在負載要求的指標范圍以?xún)然蛞酝獠▌?dòng)時(shí)，只要交流輸入電源的電壓在規定的范圍內，整流器仍能正常工作（整流器能適應很寬的輸入電源頻率變化），不需要蓄電池放電。需要說(shuō)明的是，當交流輸入電源的頻率在負載要求的指標范圍以?xún)葧r(shí)，UPS系統輸出頻率跟蹤交流輸入電源的頻率（內同步）；當交流輸入電源的頻率在負載要求的指標范圍以外時(shí)，UPS系統輸出頻率跟蹤內部頻率基準（外同步）。無(wú)論運行在內同步或外同步，逆變器需要的直流電源都來(lái)自整流器，一般只有當交流輸入電源電壓超出規定的范圍或故障時(shí)，UPS才轉入儲能方式，由蓄電池放電供給逆變器。因此，蓄電池放電的幾率相對較?。ū绕渌魏蜺PS的蓄電池放電的幾率都?。?，故可延長(cháng)蓄電池的壽命。

（4） 允許的交流輸入電壓變化范圍較寬（

（5） 輸出頻率穩定度高（內同步時(shí)，