ＵＰＳ的電路特點及使用甄別

　（1） 電路各環節功能
　　· 充電器：當市電存在時，對蓄電池充電并浮充。
　　· ＤＣ—ＡＣ逆變器：當市電存在時，逆變器不工作；市電掉電時，由它將直流電壓（電池供給）變成符合負載要求的交流電壓，電壓波形有方波、準方波、正弦波3種形式。
　　· 輸出轉換開關：當市電存在時，接通輸入電源向負載供電；市電掉電時，斷開電網接通逆變器，繼續向負載供電。
　　· 智能調壓：市電存在時，可調節并穩定輸出電壓。
　　（2） 后備式ＵＰＳ的性能特點 　
　· 電路簡單，成本低，可靠性高；
　　· 由于輸出有轉換開關，受切換電流能力和動作時間的限制，當前面市的后備式ＵＰＳ多在2ｋＶＡ以下。
　　· 當市電存在時，效率高，可達98％以上；輸入功率因數和輸入電流諧波取決于負載電流，ＵＰＳ本身不產生附加輸入功率因數和諧波電流失真；輸出能力強；輸出電壓穩定精度差，但能滿足負載要求；整機要靠附加濾波電路提高ＵＰＳ雙向抗干擾能力；
　　· 當市電掉電時，輸出有轉換時間，一般可做到4 ｍｓ左右，足以滿足負載要求。
1.2　在線互動式
　　在線互動式的“在線”含意是變換器處于在線并聯斷續調整工作狀態，同時兼顧了對電池的充電。該方式具有市電掉電時的轉換時間短，對輸出電壓有濾波作用的特點。在線互動式ＵＰＳ電路結構見圖2。

　　（1） 電路各環節功能
　　· 輸入開關：當市電掉電時（指電網失壓），斷開開關，防止逆變器向電網饋電。
　　· 智能調壓：當市電存在時，可調節輸出電壓。
　　· ＤＣ／ＡＣ變換器：此變換器可雙向變換。當市電存在時，變換方向是ＡＣ—ＤＣ，給電池充電并浮充；市電掉電后，變換方向為ＤＣ—ＡＣ，由電池供電，保持ＵＰＳ繼續向負載供電。
　　（2） 在線互動式ＵＰＳ的性能特點
　　· 電路更簡單，成本低，可靠性高。
　　· 逆變器同時有充電功能，省掉了一般雙變換ＵＰＳ的附加充電器，其充電能力要比附加充電器強得多。當要求長延時供電時，無須再增加機外充電設備。
　　· 由于變換器與輸出直接接在一起，沒有轉換開關的限制，所以輸出功率可提高。
　　· 當市電存在時，效率高，可達98％以上；輸入功率因數和輸入電流諧波成份取決于負載電流，ＵＰＳ本身不產生附加輸入功率因數和諧波電流失真；輸出電壓穩定精度差，但能滿足負載要求；因為變換器直接接在輸出端，并且處在熱調整狀態，對輸出電壓尖峰干擾有濾波作用。
　　為了進一步改善在線互動式ＵＰＳ的功能，可在輸入開關和智能調壓之間串接一個電感，目的在于當市電掉電時，逆變器可立即向負載供電。因為串聯電感對逆變輸出反饋到電網的電流有很強的抑制作用，避免了輸入開關未斷開時短路逆變器輸出的危險。這樣做可以使在線互動式的轉換時間減小到0，使其完全具備雙變換在線式的轉換功能，同時還增加了整個ＵＰＳ的抗干擾能力。但是，這樣做卻帶來了降低ＵＰＳ輸入功率因數的不良后果。
1.3　雙變換在線式
　　（1） 電路各環節功能
　　當前，絕大多數在線式特別是大功率在線式ＵＰＳ，大都采用雙變換電路結構，見圖3。

　　圖3中電路各環節功能如下：
　　· 變換器（Ⅰ）：該變換器為ＡＣ—ＤＣ單向變換。當市電存在時，它完成對電池的充電，并通過變換器（Ⅱ）向負載供電。該變換器多為不可控整流或可控整流電路；
　　· 變換器（Ⅱ）：該變換器為ＤＣ—ＡＣ單向逆變。當市電存在時，它由變換器取（Ⅰ）得功率后再送到輸出端，并保證向負載提供高質量的電源；當市電掉電時，由電池通過變換器（Ⅱ）向負載供電。
　　· 旁路開關：平時處在斷開狀態，當變換電路發生故障，或者當負載有沖擊性（例如啟動負載時）或故障過載時，變換器停止輸出，旁路開關接通，由電網直接向負載供電，旁路開關多為智能型的功率容量很強的無觸點開關。
　　（2） 雙變換在線式ＵＰＳ的性能特點
　　· 因為不管市電有無，負載的全部功率都由變換器供給，所以可以向負載提供高質量的電源。例如輸出電壓穩定精度、頻率穩定度、輸出電壓動態響應、波形失真度等指標，都是比較高的。
　　· 市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉換時間。
　　· 因為無論市電有無，全部負載功率都由逆變器供出，ＵＰＳ的功率余量有限，輸出能力不理想，所以對負載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數（一般只達到3∶1）、過載能力、輸出功率因數（一般為0.8）、輸出有功功率小于標定的ｋＶＡ數等。該電路應付沖擊性負載的能力差。
　　· 由于變換器（Ⅰ）多為整流電路，對電網形成電流諧波干擾，輸入功率因數低，經濾波后，最小的諧波電流成份在10％左右；而輸入功率因數只有0.8左右，如果在變換器（Ⅰ）中使用功率因數校正技術，則可把輸入功率因數提高到接近1，輸入電流諧波成份也會大幅度降低。
　　· 在市電存在時，由于兩個變換器都承擔100％的負載功率，所以整機效率低，10ｋＶＡ以下的ＵＰＳ為80％左右，50 ｋＶＡ的可達85％～90％，100 ｋＶＡ以上的可達90％～94％。
1.4　雙向變換串并聯補償在線式
　　該技術是由美國ＡＰＣ公司Ｓｉｌｃｏｎ首先提出并在三相大功率ＵＰＳ中形成產品的。同樣是雙變換電路結構，同樣是在線工作，但由于它使用了串并聯補償原理，相對雙變換在線式ＵＰＳ，Ｓｉｌｃｏｎ ＤＰ300Ｅ系列大功率ＵＰＳ在適應電網環境并且不干擾電網、在輸出能力和可靠性等多項主要指標方面都有了新的突破。ＡＰＣ Ｓｉｌｃｏｎ稱此電路結構為Ｄｅｌｔａ逆變技術，見圖4。
　　（1） 各環節的功能
　　· 變換器（Ⅰ）：它是一組ＤＣ—ＡＣ和ＡＣ—ＤＣ雙向變換器。它的輸出變壓器高頻的副邊串聯在ＵＰＳ主電路中，其功能有3個：第一，對ＵＰＳ輸入端進行輸入功率因數補償，是個正弦波電流源。第二，與變換器（Ⅱ）一起，完成對輸入電壓的補償。當輸入電壓高于輸出電壓額定值時，變換器（Ⅰ）吸收功率，反極性補償輸入輸出電壓的差值；當輸入電壓低于輸出電壓額定值時，變換器（Ⅰ）輸出功率，正極性補償輸入輸出電壓的差值。第三，與變換器（Ⅱ）一起完成對電池的充電功能。

　　· 變換器（Ⅱ）：該變換器同樣是ＤＣ—ＡＣ和ＡＣ—ＤＣ雙向變換器。它的功能有4個：第一，同變換器（Ⅰ）一起，完成對輸入輸出電壓差值的補償。第二，同變換器（Ⅰ）一起完成對電池的充電和電壓浮充功能。第三，隨時監測輸出電壓，保證輸出電壓的穩定，是個電壓源，并對負載電流諧波成份進行補償，使其不對電網產生影響。第四，當市電掉電時，全部輸出功率由變換器（Ⅱ）給出，并且保證輸出電壓不間斷，轉換時間為0。
　　雙向變換串并聯補償在線式ＵＰＳ在各種情況下的電流和功率傳輸見圖5（這里假定ＵＰＳ效率為100％）。
　　（2） 雙向變換串并聯補償在線式的性能特點
　　· 因為變換器（Ⅱ）隨時監視控制輸出電壓，并通過變換器（Ⅰ）參與主回路電壓的調整。所以不管市電有無，都可以向負載提供高質量的電源。該電路輸出電壓穩定度、輸出電壓動態響應、波形失真等指標，都是比較高的。
　　· 市電掉電時，輸出電壓不受影響。沒有轉換時間。并且，當負載電流發生畸變時，也由變換器（Ⅱ）調整補償掉，所以是典型的在線工作方式。
　　· 當市電存在時，變換器（Ⅰ）和（Ⅱ）只對輸入電壓與輸出電壓的差值進行調整和補償，逆變器承擔的最大功率（當輸入電壓處于上限和下限時）僅為輸出功率的20％（相當于輸入電壓變化范圍），所以功率強度很小（1／5），功率余量大，這就大大增強了ＵＰＳ的輸出能力。與雙變換在線式相比，過載能力增強（200％，1 ｍｉｎ），電流波峰系數大，可從容地對付沖擊性負載，輸出有功功率可以等于標定的ｋＶＡ值。
　　· 變換器（Ⅰ）同時完成了對輸入端的功率因數校正功能，使輸入功率因數等于1，輸入諧波電流降到3％以下。
　　· 在市電存在時，由于兩個逆變器承擔的最大功率僅為輸出功率的1／5，所以整機效率在很大的功率范圍內都可達到96％。

　　· 在市電存在的情況下（ＵＰＳ連續運行時間的99％是有市電的），變換器功率強度僅為設計值（變換器Ⅱ）的1／5，所以元器件乃至整機的壽命和可靠性大幅度提高。
2　實際甄別ＵＰＳ時遇到的一些問題
2.1　對常規指標的看法
　　所謂常規指標，是指諸如輸出電壓穩定精度、失真度、頻率穩定精度、相位差（三相）、電壓平衡度（三相）、轉換時間（后備式ＵＳＰ以及在線式向旁路轉換）、動態響應等指標。這些指標代表了ＵＰＳ輸出電壓的質量。事實上，當前各品牌的ＵＰＳ在這些指標方面都已達到了很高的標準，對滿足負載的要求來說，已綽綽有余。然而，有些ＵＰＳ廠家卻以這些指標的高標準作為自己品牌產品的質量標志，這對實際使用意義不大。
2.2　ＵＰＳ的輸入輸出能力是其品質的關鍵
　　作為一級供電設備，ＵＰＳ要能在復雜的電網環境下正常投入運行，不對電網造成干擾和破壞。當前有些ＵＰＳ還有很多不足之處，例如輸入電壓可變范圍不夠（±15％），不能適應我國電網電壓變動幅度較大的實際情況；ＵＰＳ輸入功率因數低（0.8左右），輸入電流諧波大（≥10％），對電網電壓有干擾和破壞作用；至于輸出能力存在的局限性就更明顯，如對特殊負載，諸如強容性負載、強感性負載、非周期性沖擊負載、周期性沖擊負載的承載能力就比電網的差很多。至于負載故障乃至人為誤操作故障所造成的對ＵＰＳ輸出的破壞，威脅就更大。
　　實際中，ＵＰＳ的損壞往往是在啟動過程、上述特殊負載或故障中發生的。為此，使用者要用在前級附加交流穩壓設備來解決ＵＰＳ（特別是大功率ＵＰＳ）不允許電網電壓變化范圍太大的問題。至于輸入功率因數低和諧波電流大，只能無可奈何地任其存在了。在輸出能力方面，ＵＰＳ廠家對負載提出了種種限制，例如輸出電流峰值系數（一般不能超過3∶1）、非周期性沖擊負載（增加ＵＰＳ配電容量）、負載功率因數（一般在0.8左右，使ＵＰＳ標定的ｋＶＡ≠ｋＷ）等，同真實的電網相比，這些限制是不應該有的。這些限制反映了ＵＰＳ輸入輸出能力的局限性。應該說，輸出能力和可靠性才是ＵＰＳ硬件技術最關鍵的指標。 2.3　對轉換時間的看法 　　有一種很廣泛的說法，說在線式ＵＰＳ沒有轉換時間，沒有轉換時間的ＵＰＳ就計高一籌。其實，這是不客觀的。
　　后備式ＵＰＳ只是在市電掉電一種情況下存在轉換時間。而在線式ＵＰＳ不僅在逆變器故障時存在逆變27旁路的轉換時間，還由于逆變器輸出能力有局限，當負載故障、過載和啟動時（存在沖擊電流）也存在向旁路的轉換時間。當負載輸入端存在整流濾波電路（例如計算機）時，負載輸入電流只在正弦波電壓峰值時存在，電流脈沖寬度只有3～4ｍｓ（與負載量及電路參數有關），也就是說，每10ｍｓ期間就有6～7ｍｓ是斷電的，每秒鐘要斷電100次。從這個意義上看，不間斷電源是不存在的。問題在于ＵＰＳ轉換時間的大小，一般計算機輸入整流濾波電路的儲能都可維持幾十ｍｓ的向負載供電時間，而目前后備式ＵＰＳ的轉換時間對負載基本上不造成任何影響，所以才可以說它是不間斷的。
2.4　要注意考察ＵＰＳ的輸入功率因數和輸入電流諧波
　　雙變換在線式ＵＰＳ的ＡＣ／ＤＣ變換器多為整流濾波電路。它的輸入功率因數低，一般只在0.8左右；輸入電流諧波大，可達30％，加專門濾波措施后，也僅能降到10％。輸入功率因數低，意味著輸入無功功率大；輸入諧波電流則干擾破壞電網，特別是三相大功率ＵＰＳ。這兩項指標不好的危害很大，能形成所謂的電力公害。它能使由同一電網供電的變壓器、電動機、電容器等產生附加諧波損耗、過熱而加速絕緣老化；引起異步電動機轉矩降低，振動加劇，噪聲增大；引起繼電器和自動裝置誤動作；高次諧波對通信線路、測量儀器產生輻射干擾；影響電能計量的精度等。所以，ＵＰＳ的輸入功率因數和輸入諧波電流應被視為重要性能指標之一，應該把輸入功率因數＞0.95、輸入電流諧波＜5％作為判定ＵＰＳ性能指標是否合格的標準之一。
2.5　如何認識ＵＰＳ的頻率穩定度
　　ＵＰＳ輸出的常規指標中有頻率穩定精度一項，特別是雙變換在線式ＵＰＳ，把此指標標定為＜±1％（甚至是0.1），但這只是在市電掉電后由電池供電時的情況。ＵＰＳ有99.99％的時間是在有市電的情況下運行的，這時ＵＰＳ無頻率穩定可言。在線式ＵＰＳ為防止由逆變器轉旁路時因逆變器輸出短路而損壞，在正常運行時要求逆變器工作頻率和相位都是要跟蹤輸入電網電壓，所以標識ＵＰＳ頻率穩定度的高指標是沒有意義的。況且，一般電子設備在輸入電源頻率變化范圍為±3％時絲毫不影響其正常工作。
2.6　ＵＰＳ的效率與可靠性
　　ＵＰＳ的工作效率高時，意味著節省電能，是綠色電源的標識之一。但還應該注意到效率與可靠性是密切相關的，效率高意味著電路技術先進、元器件選用得好、功率器件功率損耗小、功率強度小、發熱量小，這必然會增強元器件乃至整機的壽命和可靠性。
2.7　輸出能力與可靠性
　　輸出功率因數、輸出電流波峰系數、輸出過載能力、輸出不平衡負載的能力等指標，直接反映了ＵＰＳ的輸出能力，對這些指標的限制，說明了ＵＰＳ輸出能力的局限性和脆弱的一面，盡管在配置ＵＰＳ容量時盡可以使負載量滿足ＵＰＳ的要求，甚至留出很大的余量，但這些指標卻直接反映了ＵＰＳ的可靠性。過載能力強、允許輸出電流波峰系數高、對負載功率因數限制小的ＵＰＳ，在同樣電網環境和負載條件運行，其可靠性必然高，這是毋容置疑的道理。
　　表1是在市電存在的情況下對各類ＵＰＳ運行參數的比較。當市電掉電轉為由電池供電時，各類ＵＰＳ都是由ＤＣ—ＡＣ逆變器供電，運行參數沒有本質的區別。
　　由表1參數可以看出，在市電存在情況下，各類型ＵＰＳ在性能方面的差別還是比較明顯的，我們把這種差別列在表2中（假定各類ＵＰＳ的元器件水平、工藝水平、電路設計水平是相同的）。