山顿SD系列 UPS电源采用双转换纯在线式的架构,该架构能够阻隔异常电源对负载的冲击,同时还能保证输出的稳定\可能,让负载安全的运行,是 能有效解决所有电源问题的 架构设计,为用户提供电源规划的弹性和更安全的保障. 技术特点●小型化，低噪音采用先进的控制技术和制造工艺，大大提升产品的功率密度，减小产品占地面积，在 的办公空间里，为您节省宝贵空间。同时机器运行噪音低，维护您安静的工作环境。● 的功能设计 直流启动功能，让您在没有市电供应的情况下，也能使用UPS。 技术指标 接近1的输入功因，大幅度的减少了对市电电网的污染，提高电网的利用率，是真正的绿色电源。
一、引言
UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源系统，是一种含有储能装置（通常为蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒电压、恒频率输出的不间断电源系统。主要应用于要求设备24小时供电的场合，如通讯设备、计算机网络系统或其它电力电子设备等。当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内储能装置的电能，通过逆变转换的方式向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
二、UPS系统介绍及过程分析
图1是个非常典型的UPS在地铁中的应用，从上图中可以明显看到，该系统包含配电柜、UPS电源和外置维护开关，终端负载为各机电系统，如信号系统、通信系统、综合监控系统、自动售检票系统、自动列车监控系统等子系统。配电柜的作用是对用电设备进行配电和控制，在电路出现过载、短路和漏电时，配电柜还可以进行断电保护；外置维护开关主要是在维护检测过程中闭合，旁路掉UPS的电路，使电能从外置维护开关的电路上通过，实现了在保证后端负载能够得到正常供电的情况下不影响对设备的维护；在市电异常，配电柜断电的情况下，UPS电源通过储能装置给后端的设备供电。 UPS的内部结构如图2，主要由五部分组成：电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流能量的功能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。
下面结合UPS的内部结构，分析市电供电和断电两种状态下UPS的工作过程：
1、市电正常时，交流电通过主电输入端口，交流电输入经整流滤波变换成直流后，再通过SPWM逆变器逆变，然后交流电供给输出，最后通过逆变静态开关切换到用户负载，形成整个供电的通路。在UPS系统中，之所以在市电供电的情况下还需经过整流、逆变等电路，而不是直接由市电给后端的用户负载供电，其目的是提高供电、用电的质量。同时，通过整流后的直流也给予电池组充电，详细过程见图3，工作路线见图中的标示。
2、当市电异常（断电）时，主电输入端口已经没有电能输入，而是由电池输入，通过SPWM逆变器逆变出交流电供给输出，通过逆变静态开关切换到输出给用户负载，完成整个供电的通路。详细过程见图4，工作路线见图中的标示。
初的UPS输出逆变器都是带有输出变压器的。应该说，采用输出变压器是UPS逆变器输出电路形式所决定的，而变压器的存在却是弊大于利。逆变器电路技术演变过程的一个显着的表现形式是：是否必须用变压器，如何配置变压器，是否可能去掉变压器。
图1是20世纪70年代生产的第一代三相UPS的典型电路结构形式.
图1所示的UPS包括一个由降压式自耦变压器绕组供电的二极管全波整流器和一个与整流器相并联的、由自耦变压器的辅助二次侧绕组供电的可控硅电池充电器。当电网停电时静态开关可将电池组连接到直流母线上供电。
逆变器由4个三相逆变器以全波方式运行（按照基波频率进行换向），每一个三相逆变器都与变压器的一次侧绕组相连接（三角形连接），再把这些二次侧绕组开放式变压器（Open Phase Transbers）的二次侧以一定方式进行连接，以获得合成的输出电压。这4个变压器被分为两组，每一组都包含一个星形和一个Z形（曲折星形）的二次侧绕组，这两个二次侧绕组之间具有30°相位差。这一特殊的连接可消除n=6k±1（k为奇数）次的电压谐波，这等效于12脉冲整流器中的两个移相式绕组在变压器一次侧中可抵消5、7次谐波。对于在变压器一次侧绕组中每相可能出现的3次和3n次电流谐波，由一次侧绕组的三角形接线方式来抵消。因此，输出端首先需要滤除的谐波为第11次谐波。输出电压的调整是通过移动两组变压器之间的相位（0<φ<180°）来完成的。由于首先需要滤除的是第11次谐波，所以输出滤波器的尺寸较小，这使得逆变器对负载变化的动态响应特性加快。
以可控硅（晶闸管）为基本功率器件的电路存在着换相安全和功率损耗的问题，为减少电路的能量损失和改善控制功能，下一代系统开始使用一种新的脉冲电路，每个晶闸管都有其相应的灭弧电路。整个设备仅需两个变压器，如图2所示。为消除n=6k±1（k为奇数）次的谐波，只需要一组相位相差30°的逆变器，而这30°的相移是预先设置好的，并在每台变压器一次侧以“脉冲宽度调节”的方式（PWM）来实现对电压的调整。为达到预期的输出电压，可以将上述换向电路应用于每周期6次固定换向的基本脉宽调制电路（PWM）。
变压器的数量从4个减少到2个，但为了能进一步减少变压器的数量，就不得不提高逆变电路的性能，以便通过优化PWM就能达到目的，而无需再使用两组变压器的耦合方式。以前使用两组移相30°的变压器是为了减小低次谐波（5、7次），因为他们的幅值较大，要滤除他们比较困难。只用一个变压器的UPS如图3所示。电路中，变压器的二次侧绕组为曲折星形连接，每个逆变器以基波的7倍频率来斩波直流电压。这种斩波方式称为固定频率斩波，在设计时以尽可能减小输出电压的失真度以及减小滤波器的尺寸为目标。输出电压的调整是通过移动两组逆变器桥之间的相位进行的。
自20世纪80年代起，UPS逆变器开始只含有一个变压器。同时，随着功率半导体器件的革新，双极型功率晶体管以及电子控制级的IGBT等功率半导体器件的出现，逆变电路中的可控硅器件被取代（见图4和图5），但UPS带输出变压器的这种情况仍在继续且一直持续到二十一世纪伊始，其间虽然在1995年出现了无变压器的逆变器结构，然而此类产品仅适用于功率小于等于30kVA的UPS。造成这一情形的主要原因是功率半导体器件换向时的损耗较大，而较高的耐压要求又使得人们很难在不用变压器的条件下成功地制作出大容量的逆变器。
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图4的逆变器采用IGBT器件，变压器二次侧绕组采用星形连接。每个一次侧绕组都连接到两个逆变器支路的中点，组成实际上是三个单相全控制的逆变器桥。因此，在二次侧绕组上得到的电压是独立进行调节的，这可有效地确保输出电压的良好平衡，而不管三相负载电流是否处于平衡状态。使用桥式组件的连接方式可使每个支路的变换频率相对于标称变换频率减小1/2，这样每个支路都只在正弦波的1/2个周期内工作。
图5只有一个逆变器（三相全桥），此变压器的耦合方式采用一次侧三角形/二次侧曲折星形连接。这种连接方式可实现两个额外的功能。首先，它可以实时（即刻、瞬间）地调节每相的输出电压，而各相输出电压都与逆变器的逆变支路相对应。此外，变压器二次侧的Z形连接所吸收的负载3n次谐波电流传送到变压器的一次侧绕组，使这些谐波电流只在一次侧绕组内流动，这样，可降低IGBT的换向电流，从而减少了换向损耗。
以上所述就是逆变器中的变压器是如何逐步发展演变的过程。
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