各種UPS類型的定義及實際應用分析
2011/6/30 14:13:54 電源在線網
目前，市場上充斥著各種不同類型的UPS系統，其特性也各不相同�，F在，對于各種UPS類型給出明確的定義，分析每種系統的實際應用，并列出了各種系統的優缺點。
對于UPS的認識，人們還普遍認為只有兩種類型，即后備式UPS和在線式UPS。這兩個常用術語并不能正確地描述現有的UPS系統。在正確地了解不同類型的UPS拓撲結構后，就可以消除有關UPS系統的眾多錯誤觀點。UPS拓撲結構指的是UPS設計的基本特征。通常，不同廠商生產的機型在設計或拓撲結構上大同小異，但在性能特性方面卻相差巨大。
UPS 類型
目前有多種方法來設計 UPS 系統，不同方法設計的 UPS 有截然不同的性能特點。最常用的設計方案如下所示：
• 后備式
• 在線互動式
• 后備式-鐵磁共振
• 雙轉換在線式
后備式 UPS
后備式 UPS 是用于個人計算機的最常見的類型。在圖 1 所示的結構圖中，轉換開關設置為選擇濾波后的交 流輸入作為主電源（實線路徑），一旦主電源出現故障，就會切換到電池/逆變器作為備用電源。一旦發生這 種情況，轉換開關必須進行操作，將負載切換到電池/逆變器備用電源上（虛線路徑）。逆變器只在電源出現 故障時才啟動，因此稱作“后備式”。這種設計的主要優點是效率高、尺寸小和成本低。如果采用適宜的濾波 電路和浪涌保護電路，這些系統還可以提供適當的噪聲過濾和浪涌抑制功能。
在線互動式 UPS
圖 2 所示的在線互動式 UPS 是用于小企業、網站、部門服務器的最常見的設計。在此設計方案中，電池到 交流電源的轉換器（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反向操作逆變器，就會給電池充電。
一旦輸入電源出現故障，轉換開關就會打開，并通過電池向UPS輸出端供電。與后備式 UPS拓撲結構相比，由于逆變器始終打開且與輸出端保持連接，這種設計進一步增強了濾波效果，并降低了轉換瞬態過電壓。
另外，在線互動式設計方案通常會加入一個分接頭轉換變壓器。這樣，當輸入電壓發生變化時，通過調整變壓 器分接頭可以更好地調節電壓。在電壓較低的情況下，電壓調節是一項重要功能，否則 UPS 將轉換到電池 并最終無法供電。由于這種情況而頻繁地使用電池可能會導致電池過早損壞。然而，也可以按如下方式設計逆 變器，即當它出現故障時，仍然允許電源從交流輸入流向輸出，這樣，就消除了發生單點故障的可能性，并有 效地提供兩條獨立的電源路徑。這種 UPS 設計方案具有效率高、體積小、成本低和可靠性高的特點，并可 糾正過低或過高的市電電壓，因此在功率范圍 0.5-5kVA 的應用領域中占絕對優勢。
后備式-鐵磁共振 UPS
后備式-鐵磁共振 UPS 曾經是功率范圍 3-15kVA 的應用領域中使用最廣泛的 UPS 類型。此設計依賴于一個特殊的飽和變壓器，該變壓器具有三個線圈（電源連接）。主電源路徑通過交流輸入電源、轉換開關和變壓器，最后連接輸出端。當電源出現故障時，轉換開關將打開，逆變器將向輸出負載供電。
在后備式-鐵磁共振設計方案中，逆變器處于后備式模式，當輸入電源出現故障且轉換開關打開時，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節和輸出波形“修整”功能。鐵磁共振變壓器提供的對交流電源瞬態過電壓的保護與任何濾波器一樣，甚至更好。但鐵磁共振變壓器本身會產生嚴重的輸出電壓失真和瞬態過電壓，這可能造成比交流電源連接不當更嚴重的后果。即使這種UPS被設計為后備式UPS，鐵磁共振變壓器也會由于其本身的低效率而產生大量的熱量。另外，這些變壓器比常規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。
雖然該類設備具有轉換開關，逆變器在后備式模式下運作，并且在交流電源出現故障時表現出了轉換特征，后備式-鐵磁共振 UPS 系統常被視為在線裝置。圖3說明了后備式-鐵磁共振拓撲結構。
高可靠性和極好的線路濾波功能是這種設計的優勢。但是，這種設計的效率非常低，而且與某些發電機和新型的功率因數校正計算機一起使用時，還存在不穩定的問題，因此導致這種設計的普及性大大降低。
后備式-鐵磁共振UPS系統不再普遍使用的主要原因是在承載現代計算機電源負載時，這種系統可能根本不穩定。所有大型服務器和路由器均使用“功率因數校正”電源，這類電源從市電中只獲取正弦電流（非常類似 于白熾燈泡）。獲取這種平穩電流是通過電容器（“獲得”適用電壓的設備）實現的，鐵磁共振 UPS 系統 采用大量的變壓器，這些變壓器具有感應特性，即電流“滯后于”電壓。這兩種裝置組合起來就形成了“儲能”電路。儲能電路中的共振可能會產生高電流，而這種電流會危及所連接的負載的安全。
雙轉換在線式 UPS
這是 10kVA 以上功率范圍的電源最常用的UPS類型。在圖4 所示的雙轉換在線式UPS 的結構圖中，除了主電源路徑是逆變器（而非交流主電源）外，其余與后備式設計相同。
在雙轉換在線式設計中，輸入交流電發生故障并不會激活轉換開關，因為輸入交流電一直在給備用電池充電，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故障時，無需時間進行在線運行狀態轉換。在這一設計中，電池充電器和逆變器將轉換全部的負載功率，并由于產生了更多的熱量而導致效率降低。
這種 UPS 提供了非常理想的供電輸出性能。這一設計的可靠性高于其他設計，但功率部件的持續耗損降低了這種可靠性，而且在UPS的整個生命周期成本中，由于電源效率低下而消耗的電能占據了很大一部分。此外，大型電池充電器獲得的輸入電源通常是非線性的,可能對建筑供電系統產生干擾或導致備用發電機發生故障�！�
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