开关电源设计与应用ppt课件.ppt

第7章UPS电路原理与应用7.1UPS的电路结构及性能特点为达到不间断供电的基本目的，在技术比较成熟的各类UPS中，就其主电路结构和不停电供电运行机制方面主要有四大类形式：7.1.1后备式UPS后备式UPS是UPS的基本形式，经多年发展，其技术和产品都比较成熟。后备式UPS电路结构见图7-1所示。后备式UPS的性能特点7.1.2在线互动式UPS在线互动式的“在线”的含意是DC/AC变换器一直处于通电工作状态，同时兼顾了对电池的充电。该方式具有输入供电掉电时的转换时间短、对输出电压有滤波作用的特点。在线互动式UPS电路结构见图7-2。在线互动式UPS的性能特点为了进一步改善在线互动式UPS的功能，有的产品在智能调压前部串接一个大电感，目的在于当输入供电掉电时，通过串联电感对逆变输出反馈到电网的电流有很强的抑制作用，避免了输入未断开时短路逆变器输出的危险，使得逆变器可立即向负载供电。这样做可以使在线互动式的转换时间减小到零，使其完全具备双变换在线式的转换功能，同时还增加了整个UPS的抗干扰能力。7.1.3双变换在线式1．电路各部分功能大多数在线式特别是大功率在线式UPS，都采用双变换电路结构，电路结构如图7-3所示。双变换在线式UPS的性能特点(1)不论输入供电有无，负载的全部功率都由变换器供给，所以可以向负载提供高质量的电源。(2)此类UPS的各项技术指标，如输出电压稳定精度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真度等，都是比较高的。(3)输入供电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间。(4)无论输入供电有无，全部负载功率都由逆变器供出，但是UPS的功率容量有限，带负载能力不理想，所以对负载提出限制条件，例如输出电流峰值系数(一般只达到3∶1)、过载能力、输出功率因数(一般为0.8)、输出有功功率小于标定的kAV数等。(5)由于变换器Ⅰ为整流电路，对电网形成电流谐波干扰，输入功率因数低，经滤波后，最小的谐波电流成分在10%左右，而输入功率因数只有0.8左右。(6)此类UPS的新产品在变换器Ⅰ中使用了功率因数校正技术，可把输入功率因数提高到接近1，输入电流谐波成分也大幅度降低。(7)在输入供电存在时，由于两个变换器都承担100%的负载功率，所以整机效率低，10 kVA以下的UPS为80%左右，50 kAV的可达85%～90%，100 kAV以上的可达90%～94%。7.1.4双向变换串/并联补偿在线式双向变换串/并联补偿在线式UPS是双变换电路结构，在线工作，但由于使用了串/并联补偿原理，相对双变换在线式UPS而言，在适应电网环境、不干扰电网、输出能力和可靠性等多项主要指标方面都有了新的突破，电路结构如图7-4所示。2．双向变换串/并联补偿在线式的性能特点(1)因为变换器Ⅱ随时监视控制输出电压，并通过变换器Ⅰ参与主回路电压的调整，所以不管有无输入供电，都可以向负载提供高质量的电源。(2)该电路输出电压稳定度、输出电压动态响应、波形失真等指标都是比较高的。输入供电掉电时，输出电压不受影响，没有转换时间。(3)当负载电流发生畸变时，也由变换器Ⅱ调整补偿掉，是典型的在线工作方式。(4)当输入供电存在时，变换器Ⅰ和变换器Ⅱ只对输入电压与输出电压的差值进行调整和补偿，逆变器承担的最大功率仅为输出功率的20%，所以这种类型的UPS功率容量很小，为输出功率的1/5左右，功率裕量大，这就极大地增强了UPS的输出能力。(5)与双变换在线式相比，过载能力增强，可达200%/1 min,电流波峰系数大，可应用于冲击性负载，输出有功功率等于标定的kAV值。(6)变换器Ⅰ同时具有对输入端的功率因数校正功能，使输入功率因数等于1，输入谐波电流降到3%以下。在输入供电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，所以整机效率在很大的功率范围内都可达到96%。(7)在输入供电存在的情况下，UPS连续运行时间的99%是有输入供电的，变换器功率强度仅为设计值的1/5，所以元器件乃至整机的寿命和可靠性大幅度提高。尽管UPS技术发展很快，但是上述四种结构的UPS均有广泛应用，这种现象是在对UPS使用要求不断提高和UPS技术不断进步的过程中形成的，如果从技术先进性、主要性能指标(对电网的适应能力，输出能力和可靠性)的优劣、输出功率等级、生产成本、不同的使用场合等方面作一综合性的比较，可以肯定，虽然这四种类型的UPS将并存下去，但必会在使用过程中不断改进技术，提高性能。7.2.1新型UPS电源电路针对传统UPS电路的缺点，本节提出一种新型UPS电路。与一般UPS电路不同，这种主电路均采用双向拓扑，其工作原理是：(1)当电网正常时，输入电压一路直接向负载供电，另一路经双向功率变换器全控整流后再由双向DC/DC电路降压，给蓄电池充电。(2)当电网出现故障时，旁路