在線(xiàn)互動(dòng)式  UPS

圖  2  所示的在線(xiàn)互動(dòng)式  UPS  是用于小企業(yè)、網(wǎng)站、部門(mén)服務(wù)器的最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)方案中，電池到 交流電源的轉(zhuǎn)換器（逆變器）始終連接到UPS的輸出端。如果在輸入交流電源正常時(shí)反向操作逆變器，就會(huì)給電池充電。

一旦輸入電源出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)就會(huì)打開(kāi)，并通過(guò)電池向UPS輸出端供電。與后備式  UPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，由于逆變器始終打開(kāi)且與輸出端保持連接，這種設(shè)計(jì)進(jìn)一步增強(qiáng)了濾波效果，并降低了轉(zhuǎn)換瞬態(tài)過(guò)電壓。

另外，在線(xiàn)互動(dòng)式設(shè)計(jì)方案通常會(huì)加入一個(gè)分接頭轉(zhuǎn)換變壓器。這樣，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)整變壓 器分接頭可以更好地調(diào)節(jié)電壓。在電壓較低的情況下，電壓調(diào)節(jié)是一項(xiàng)重要功能，否則  UPS  將轉(zhuǎn)換到電池 并最終無(wú)法供電。由于這種情況而頻繁地使用電池可能會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)早損壞。然而，也可以按如下方式設(shè)計(jì)逆 變器，即當(dāng)它出現(xiàn)故障時(shí)，仍然允許電源從交流輸入流向輸出，這樣，就消除了發(fā)生單點(diǎn)故障的可能性，并有 效地提供兩條獨(dú)立的電源路徑。這種  UPS  設(shè)計(jì)方案具有效率高、體積小、成本低和可靠性高的特點(diǎn)，并可 糾正過(guò)低或過(guò)高的市電電壓，因此在功率范圍  0.5-5kVA  的應(yīng)用領(lǐng)域中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

圖  2 –  在線(xiàn)互動(dòng)式  UPS

后備式-鐵磁共振  UPS

后備式-鐵磁共振  UPS  曾經(jīng)是功率范圍  3-15kVA  的應(yīng)用領(lǐng)域中使用最廣泛的  UPS  類(lèi)型。此設(shè)計(jì)依賴(lài)于一個(gè)特殊的飽和變壓器，該變壓器具有三個(gè)線(xiàn)圈（電源連接）。主電源路徑通過(guò)交流輸入電源、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和變壓器，最后連接輸出端。當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將打開(kāi)，逆變器將向輸出負(fù)載供電。

在后備式-鐵磁共振設(shè)計(jì)方案中，逆變器處于后備式模式，當(dāng)輸入電源出現(xiàn)故障且轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，逆變器才 被激活。這種變壓器具有特殊的"鐵磁共振"功能，它能夠提供有限的電壓調(diào)節(jié)和輸出波形"修整"功能。鐵磁共振變壓器提供的對(duì)交流電源瞬態(tài)過(guò)電壓的保護(hù)與任何濾波器一樣，甚至更好。但鐵磁共振變壓器本身會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的輸出電壓失真和瞬態(tài)過(guò)電壓，這可能造成比交流電源連接不當(dāng)更嚴(yán)重的后果。即使這種UPS被設(shè)計(jì)為后備式UPS，鐵磁共振變壓器也會(huì)由于其本身的低效率而產(chǎn)生大量的熱量。另外，這些變壓器比常規(guī)的隔離變壓器體積大，因此后備式-鐵磁共振UPS通常非常龐大和笨重。

雖然該類(lèi)設(shè)備具有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，逆變器在后備式模式下運(yùn)作，并且在交流電源出現(xiàn)故障時(shí)表現(xiàn)出了轉(zhuǎn)換特征，后備式-鐵磁共振  UPS  系統(tǒng)常被視為在線(xiàn)裝置。圖3說(shuō)明了后備式-鐵磁共振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

高可靠性和極好的線(xiàn)路濾波功能是這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。但是，這種設(shè)計(jì)的效率非常低，而且與某些發(fā)電機(jī)和新型的功率因數(shù)校正計(jì)算機(jī)一起使用時(shí)，還存在不穩(wěn)定的問(wèn)題，因此導(dǎo)致這種設(shè)計(jì)的普及性大大降低。

后備式-鐵磁共振UPS系統(tǒng)不再普遍使用的主要原因是在承載現(xiàn)代計(jì)算機(jī)電源負(fù)載時(shí)，這種系統(tǒng)可能根本不穩(wěn)定。所有大型服務(wù)器和路由器均使用"功率因數(shù)校正"電源，這類(lèi)電源從市電中只獲取正弦電流（非常類(lèi)似 于白熾燈泡）。獲取這種平穩(wěn)電流是通過(guò)電容器（"獲得"適用電壓的設(shè)備）實(shí)現(xiàn)的，鐵磁共振  UPS  系統(tǒng) 采用大量的變壓器，這些變壓器具有感應(yīng)特性，即電流"滯后于"電壓。這兩種裝置組合起來(lái)就形成了"儲(chǔ)能"電路。儲(chǔ)能電路中的共振可能會(huì)產(chǎn)生高電流，而這種電流會(huì)危及所連接的負(fù)載的安全。

雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式  UPS

這是 10kVA  以上功率范圍的電源最常用的UPS類(lèi)型。在圖4 所示的雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式UPS  的結(jié)構(gòu)圖中，除了主電源路徑是逆變器（而非交流主電源）外，其余與后備式設(shè)計(jì)相同。

在雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)中，輸入交流電發(fā)生故障并不會(huì)激活轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，因?yàn)檩斎虢涣麟娨恢痹诮o備用電池充電，而由備用電池向輸出逆變器供電。所以，在輸入交流電源出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)需時(shí)間進(jìn)行在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

在這一設(shè)計(jì)中，電池充電器和逆變器將轉(zhuǎn)換全部的負(fù)載功率，并由于產(chǎn)生了更多的熱量而導(dǎo)致效率降低。

這種  UPS  提供了非常理想的供電輸出性能。這一設(shè)計(jì)的可靠性高于其他設(shè)計(jì)，但功率部件的持續(xù)耗損降低了這種可靠性，而且在UPS的整個(gè)生命周期成本中，由于電源效率低下而消耗的電能占據(jù)了很大一部分。此外，大型電池充電器獲得的輸入電源通常是非線(xiàn)性的,可能對(duì)建筑供電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾或?qū)е聜溆冒l(fā)電機(jī)發(fā)生故障。

Delta  轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式  UPS

圖  5  所示的UPS設(shè)計(jì)是一種更新的設(shè)計(jì)，這是10年前引入的技術(shù)，它克服了雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，適用于功率范圍  5kVA  到  1.6MW  的應(yīng)用領(lǐng)域。與雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)相似，Delta  轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式UPS始終由逆變器提供負(fù)載電壓。然而，附加的Delta  轉(zhuǎn)換器也向逆變器輸出供電。在交流電源出現(xiàn)故障或受到干擾的情況下，這種設(shè)計(jì)所表現(xiàn)出的行為與雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)完全相同。

了解  Delta  轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能量效率的一種簡(jiǎn)單方法是考察從大樓的第4層向第5層運(yùn)送包裹時(shí)所需的能量，如圖  6  所示。Delta  轉(zhuǎn)換技術(shù)運(yùn)送包裹所經(jīng)過(guò)的路程只是起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的差異量  (Delta)，因而大大節(jié) 省了能量。雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式  UPS  將交流電源轉(zhuǎn)換為直流，然后又從直流電能轉(zhuǎn)換為交流；而  Delta  轉(zhuǎn)換器將 電源從輸入移到輸出。

在  Delta  轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)中，Delta  轉(zhuǎn)換器具有雙重作用。第一個(gè)作用是控制輸入電源特性。它在輸入端獲取正弦電源，從而最大程度地減少反映到設(shè)備上的雜波。這就確保了高效率和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的兼容性，同時(shí)減少 了配電系統(tǒng)中的發(fā)熱和系統(tǒng)損耗。

Delta  轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式  UPS  提供了與雙轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)完全相同的輸出特性。然而，這兩種設(shè)計(jì)的輸入特性通常 并不相同。Delta  轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式設(shè)計(jì)提供了動(dòng)態(tài)控制的、功率因數(shù)校正的輸入，而不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)解決方案低效利 用濾波器組的問(wèn)題。它最大的優(yōu)點(diǎn)是能量損失大為降低。此外，輸入電源控制功能也使得  UPS  能夠與所有 發(fā)電機(jī)組兼容, Delta 轉(zhuǎn)換在線(xiàn)式技術(shù)是目前唯一一種受專(zhuān)利保護(hù)的核心  UPS  技術(shù)，因此大量的  UPS 供應(yīng)商還無(wú)法應(yīng)用該技術(shù)。

在穩(wěn)定的狀態(tài)下，與雙轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)相比，Delta  轉(zhuǎn)換器使得  UPS  能夠以高得多的效率向負(fù)載供電。

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