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主流UPS系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

Tag：UPS系統(tǒng)  
    隨著時間的推移，業(yè)內(nèi)的UPS產(chǎn)品類型逐漸增多。不同類型的UPS適合不同的用途，沒有一種類型的UPS適合所有的應(yīng)用領(lǐng)域。

    現(xiàn)在，APC白皮書對于每種UPS類型都給出了明確的定義，深入分析每種系統(tǒng)的實際應(yīng)用，并列出各種系統(tǒng)的優(yōu)缺點。借助于這些信息，您可以做出明智的決策，選擇適合自己需要的UPS拓撲結(jié)構(gòu)。

    UPS類型

    •后備式

    •在線互動式

    •后備式-鐵磁共振

    •雙轉(zhuǎn)換在線式

    •Delta轉(zhuǎn)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。轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)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(xiàn)故障，就會切換到電池/逆變器作為備用電源。一旦發(fā)生這種情況，轉(zhuǎn)換開關(guān)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(xiàn)故障時才啟動，因此稱作“后備式”。這種設(shè)計的主要優(yōu)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(tǒng)還可以提供適當?shù)脑肼曔^濾和浪涌抑制功能。

    在線互動式UPS

    在線互動式UPS是用于小企業(yè)、網(wǎng)站、部門服務(wù)器的最常見的設(shè)計。在此設(shè)計方案中，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反向操作逆變器，就會給電池充電。 

    一旦輸入電源出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)換開關(guān)就會打開，并通過電池向UPS輸出端供電。與后備式UPS拓撲結(jié)構(gòu)相比，由于逆變器始終打開且與輸出端保持連接，這種設(shè)計進一步增強了濾波效果，并降低了轉(zhuǎn)換瞬態(tài)過電壓。

    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類型。此設(shè)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(zhuǎn)換開關(guān)和變壓器，最后連接輸出端。當電源出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)換開關(guān)將打開，逆變器將向輸出負載供電。

    在后備式-鐵磁共振設(shè)計方案中，逆變器處于后備式模式，當輸入電源出現(xiàn)故障且轉(zhuǎn)換開關(guān)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(diào)節(jié)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(tài)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(chǎn)生嚴重的輸出電壓失真和瞬態(tài)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(shè)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(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。
雙轉(zhuǎn)換在線式UPS

    這是10kVA以上功率范圍的電源最常用的UPS類型，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)計相同。

    在雙轉(zhuǎn)換在線式設(shè)計中，輸入交流電發(fā)生故障并不會激活轉(zhuǎn)換開關(guān)，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(xiàn)故障時，無需時間進行在線運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

    在這一設(shè)計中，電池充電器和逆變器將轉(zhuǎn)換全部的負載功率，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)計的可靠性高于其他設(shè)計，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性的,可能對建筑供電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾或?qū)е聜溆冒l(fā)電機發(fā)生故障。

    Delta轉(zhuǎn)換在線式UPS

    這是10年前引入的技術(shù)，它克服了雙轉(zhuǎn)換在線式設(shè)計的缺點，適用于功率范圍5kVA到1.6MW的應(yīng)用領(lǐng)域。與雙轉(zhuǎn)換在線式設(shè)計相似，Delta轉(zhuǎn)換在線式UPS始終由逆變器提供負載電壓。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)計所表現(xiàn)出的行為與雙轉(zhuǎn)換在線式設(shè)計完全相同。

    UPS類型總結(jié) 

    UPS的特性(如效率)是由您選擇的UPS類型決定的。由于技術(shù)應(yīng)用和生產(chǎn)質(zhì)量對于特性(如可靠性)的影響更大，因此，除了考慮設(shè)計特性之外，還必須對以下因素進行評估。

    適用電源功率

    范圍(kVA)

    電壓調(diào)節(jié)功能單位功率

    成本/VA

    效率逆變器是否

    始終運行

    后備式0-0.5低低非常高否

    在線互動式0.5-5依賴于設(shè)計中非常高依賴于設(shè)計

    后備式-鐵磁共振3-15高高低-中否

    雙轉(zhuǎn)換在線式5-5000高中低-中是

    Delta轉(zhuǎn)換在線式

    5-5000高中高是

    各種類型UPS的工業(yè)應(yīng)用

    隨著時間的推移，目前業(yè)內(nèi)的UPS產(chǎn)品逐漸包括上述各種類型的設(shè)計。

    不同UPS類型具有不同的特性，這使得它們能夠適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。APC產(chǎn)品系列反映了這種多樣性，如下表所示：
    不同類型的UPS適合不同的用途，沒有一種類型的UPS適合所有的應(yīng)用領(lǐng)域。本文的目的是比較目前市場上不同UPS拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。

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