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UPS电源类型介绍

      近几年来,随着人们对生活品质要求的提高,家庭、办公室、工厂等均朝着信息化、自动化的方向发展。与此同时,人们对高品质电力的需求也在日益增加。在电子技术、控制技术发展的影响下,一些新兴技术也不断应用到UPS产品中去,UPS一直在稳步向追求产品的高可用性、高稳定性方向发展。今天,UPS功能已经从最初单纯的供电发展到今天的功能并举。现在的UPS不仅可以在计算机无人值守时定时开机关机,也可以在市电发生异常后通知计算机,还可以事先约定的顺序关机,甚至还拥有通过联网及远程通讯进行远程监控的能力,网络化、特色化、智能化成为了发展方向。
从技术上讲,目前,UPS可以分为四类:后备式(OFF LINE)、在线互动式(INTERACTIVE)、Delta变换和在线式(ON LINE)四种类型。

后备式UPS电源
      后备式UPS电源是一种价格低廉,仅能满足一般客户要求的普及型UPS电源。由于性能的限制,出于市场的考虑,容量一般只有0.5-2KVA左右。后备式UPS电源的功率变换主回路的构成比较简单,主要由滤波电路和电池充电与逆变电路组成,滤波电路可对市电中的干扰起到一定的抑制作用。市电正常时,UPS一方面通过滤波电路向用电设备供电,另一方面通过充电回路给后备电池充电,当电池充满时,充电回路停止工作,在这种情况下,UPS的逆变电路不工作。当市电发生故障,逆变电路开始工作,后备电池放电,在一定时间内维持UPS的输出。可见UPS存在一个从市电供电到电池供电的转换过程,这种转换一般是通过继电器来实现,因此会有转换时间,切换期间UPS的输出会出现瞬间掉电的现象。不过转换时间很短,一般只有几个ms,并不会影响到普通计算机的正常工作,但对于服务器等高端设备来说,后备式UPS的供电质量是远远不够的。出于成本考虑,后备式UPS电源工作在逆变状态时输出电压波形失真比较大,普通后备式UPS输出波形是方波或梯形波,部分高档产品的可以实现准正弦波输出。后备式UPS电源由于在市电供电时不使用变换器,因此具有很高的效率,这一点是显而易见的。

在线互动式UPS电源
      在线互动式UPS电源也称之为准在线式UPS电源,市电供电在220V±20%时,UPS认为电网基本正常,交流电通过工频变压器直接输送给负载;当市电超出上述范围,但在150-276V之间时,UPS通过逻辑控制,驱动继电器动作,使工频变压器抽头升压或降压,然后向负载供电。若市电低于150V或高于276V,UPS将启动逆变器工作,由电池逆变向负载供电。在市电在150-276V之间时,身兼充电器/逆变器的变换器同时还给电池充电,处于热备份状态,一旦市电异常,马上就转换为逆变状态,为负载供电。因此在线互动式UPS与后备式UPS的区别是,变换器时刻处于热备份状态,市电/逆变切换时间比后备式要短。相对在线式UPS而言,它的电路实现简单,带来的是生产成本的降低和可靠性的提高,另一方面这类产品在市电供电时也不存在AC/DC、DC/AC的转换,使整机效率有所提高。但是,在电网电压正常时,由于它是直接通过工频变压器供电给负载,所以负载使用的同样是充斥着谐波和尖峰的交流电,不利于高端设备的使用,市电逆变切换时,也存在切换时间。

Delta UPS电源 
      Delta UPS是一种将串联交流稳压技术与脉宽调制技术相结合所制备的产品,它是利用小功率(设计容量为20%UPS的标称输出功率)经位于主供电通道上的补偿变压器对不稳定的市电电源的电压执行一定数量级电压调整的电压补偿型的交流稳压电源(最大的输出电压调节量小于+/-15%UPS的标称输出电压)。如图所示,它主要由分别位于主供电通道和交流旁路供电通道上的静态开关STS1和STS2,补偿变压器和两个具有四象限控制特性的Delta 变换器和主变换器,电池组等部件组成。其电池组采用双极性配置法。

      Delta UPS实际相当于一台串联调控型的交流稳压电源,它的主要功能是对市电进行稳压处理,将原来不稳定普通市电电源变成电压稳压精度为380V+/-1%的交流稳压电源。除此之外,对于来自市电网的频率波动、电压谐波失真和传导干扰等无实质性改善。其控制原理与利用“伺服电机”来调节碳刷的位置来进行“电压补偿”的“全自动补偿方式”交流稳压电源的控制原理没有实质性的变化。其重大改进是采用高频脉宽调制技术和利用双向能量传递特性的“四象限”变换器(Detla变换器和主输出变换器)来取代于产生机械磨损的伺服电机和碳刷调节系统。
在线式UPS电源 
      在线式UPS电源一般采用双变换模式。市电正常供电时,交流输入经AC/DC变换转换成直流,一方面给蓄电池充电,另一方面给逆变器供电,逆变器自始至终都处于工作状态,将直流电压经DC/AC逆变成交流电压给用电设备供电。
在线式UPS具有极其优越的电气特性:
(1) 具有微处理器控制的电压负反馈电路,可使输出电压稳定精度高达±0.5--±1%;
(2) 利用锁相同步电路确保UPS的输出频率在同步窗口内锁相同步,当超出同步窗口时,UPS处于本机振荡状态,输出频率精度可达到50Hz±0.1%;
(3) 在线式UPS普遍采用正弦脉宽调制(SPWM)技术,输出的波形失真度一般在3%以下。带峰值比(crest ratio)3:1负载时,失真度不超过5%;
(4) 由于采用了AC/DC、DC/AC双变换设计,可完全消除来自于市电电网的任何电压波动、波形畸变、频率波动及干扰产生的任何影响。UPS逆变器向负载提供毫无干扰的高质量的纯洁正弦波电源;


      综上所述,目前只有在线式UPS同时具有以上4种优异特性的高质量电源,艾默生网络能源全系列方案均为纯在线式UPS,方案最大的特色在于不需要并联盘,这样可以降低因并联盘故障而造成的断电率,提升整体供电系统的故障间隔(MTBF)。其中,全系列单机的平均故障间隔(MTBF)可达到一百万小时以上,再加上并联使用所得到的N+1保护,非常适合ISP、IDC超大容量用户以及要求i99.999%电力系统可用度的用户。为了符合目前网络管理智能化的趋势,一些产品还新增了HTTP支援,只要将UPS连接上网,就可以在任何地点通过网络查看系统状态,一旦出现什么问题,维修人员可以在第一时间从网上了解机器状况及Alarm信息。随着信息时代的到来,网络对数据的安全和可靠性要求达到前所未有的高度,可以断言,在线式UPS必将成为电信运营商的首选。


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