ＵＰＳ的电路特点及使用甄别

　（1） 电路各环节功能
　　· 充电器：当市电存在时，对蓄电池充电并浮充。
　　· ＤＣ—ＡＣ逆变器：当市电存在时，逆变器不工作；市电掉电时，由它将直流电压（电池供给）变成符合负载要求的交流电压，电压波形有方波、准方波、正弦波3种形式。
　　· 输出转换开关：当市电存在时，接通输入电源向负载供电；市电掉电时，断开电网接通逆变器，继续向负载供电。
　　· 智能调压：市电存在时，可调节并稳定输出电压。
　　（2） 后备式ＵＰＳ的性能特点 　
　· 电路简单，成本低，可靠性高；
　　· 由于输出有转换开关，受切换电流能力和动作时间的限制，当前面市的后备式ＵＰＳ多在2ｋＶＡ以下。
　　· 当市电存在时，效率高，可达98％以上；输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流，ＵＰＳ本身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真；输出能力强；输出电压稳定精度差，但能满足负载要求；整机要靠附加滤波电路提高ＵＰＳ双向抗干扰能力；
　　· 当市电掉电时，输出有转换时间，一般可做到4 ｍｓ左右，足以满足负载要求。
1.2　在线互动式
　　在线互动式的“在线”含意是变换器处于在线并联断续调整工作状态，同时兼顾了对电池的充电。该方式具有市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2。

　　（1） 电路各环节功能
　　· 输入开关：当市电掉电时（指电网失压），断开开关，防止逆变器向电网馈电。
　　· 智能调压：当市电存在时，可调节输出电压。
　　· ＤＣ／ＡＣ变换器：此变换器可双向变换。当市电存在时，变换方向是ＡＣ—ＤＣ，给电池充电并浮充；市电掉电后，变换方向为ＤＣ—ＡＣ，由电池供电，保持ＵＰＳ继续向负载供电。
　　（2） 在线互动式ＵＰＳ的性能特点
　　· 电路更简单，成本低，可靠性高。
　　· 逆变器同时有充电功能，省掉了一般双变换ＵＰＳ的附加充电器，其充电能力要比附加充电器强得多。当要求长延时供电时，无须再增加机外充电设备。
　　· 由于变换器与输出直接接在一起，没有转换开关的限制，所以输出功率可提高。
　　· 当市电存在时，效率高，可达98％以上；输入功率因数和输入电流谐波成份取决于负载电流，ＵＰＳ本身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真；输出电压稳定精度差，但能满足负载要求；因为变换器直接接在输出端，并且处在热调整状态，对输出电压尖峰干扰有滤波作用。
　　为了进一步改善在线互动式ＵＰＳ的功能，可在输入开关和智能调压之间串接一个电感，目的在于当市电掉电时，逆变器可立即向负载供电。因为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，避免了输入开关未断开时短路逆变器输出的危险。这样做可以使在线互动式的转换时间减小到0，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。但是，这样做却带来了降低ＵＰＳ输入功率因数的不良后果。
1.3　双变换在线式
　　（1） 电路各环节功能
　　当前，绝大多数在线式特别是大功率在线式ＵＰＳ，大都采用双变换电路结构，见图3。

　　图3中电路各环节功能如下：
　　· 变换器（Ⅰ）：该变换器为ＡＣ—ＤＣ单向变换。当市电存在时，它完成对电池的充电，并通过变换器（Ⅱ）向负载供电。该变换器多为不可控整流或可控整流电路；
 　　· 变换器（Ⅱ）：该变换器为ＤＣ—ＡＣ单向逆变。当市电存在时，它由变换器取（Ⅰ）得功率后再送到输出端，并保证向负载提供高质量的电源；当市电掉电时，由电池通过变换器（Ⅱ）向负载供电。
　　· 旁路开关：平时处在断开状态，当变换电路发生故障，或者当负载有冲击性（例如启动负载时）或故障过载时，变换器停止输出，旁路开关接通，由电网直接向负载供电，旁路开关多为智能型的功率容量很强的无触点开关。
　　（2） 双变换在线式ＵＰＳ的性能特点
　　· 因为不管市电有无，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。例如输出电压稳定精度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真度等指标，都是比较高的。
　　· 市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间。
 　　· 因为无论市电有无，全部负载功率都由逆变器供出，ＵＰＳ的功率余量有限，输出能力不理想，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ｋＶＡ数等。该电路应付冲击性负载的能力差。
　　· 由于变换器（Ⅰ）多为整流电路，对电网形成电流谐波干扰，输入功率因数低，经滤波后，最小的谐波电流成份在10％左右；而输入功率因数只有0.8左右，如果在变换器（Ⅰ）中使用功率因数校正技术，则可把输入功率因数提高到接近1，输入电流谐波成份也会大幅度降低。
　　· 在市电存在时，由于两个变换器都承担100％的负载功率，所以整机效率低，10ｋＶＡ以下的ＵＰＳ为80％左右，50 ｋＶＡ的可达85％～90％，100 ｋＶＡ以上的可达90％～94％。
1.4　双向变换串并联补偿在线式
　　该技术是由美国ＡＰＣ公司Ｓｉｌｃｏｎ首先提出并在三相大功率ＵＰＳ中形成产品的。同样是双变换电路结构，同样是在线工作，但由于它使用了串并联补偿原理，相对双变换在线式ＵＰＳ，Ｓｉｌｃｏｎ ＤＰ300Ｅ系列大功率ＵＰＳ在适应电网环境并且不干扰电网、在输出能力和可靠性等多项主要指标方面都有了新的突破。ＡＰＣ Ｓｉｌｃｏｎ称此电路结构为Ｄｅｌｔａ逆变技术，见图4。
　　（1） 各环节的功能
　　· 变换器（Ⅰ）：它是一组ＤＣ—ＡＣ和ＡＣ—ＤＣ双向变换器。它的输出变压器?高频?的副边串联在ＵＰＳ主电路中，其功能有3个：第一，对ＵＰＳ输入端进行输入功率因数补偿，是个正弦波电流源。第二，与变换器（Ⅱ）一起，完成对输入电压的补偿。当输入电压高于输出电压额定值时，变换器（Ⅰ）吸收功率，反极性补偿输入输出电压的差值；当输入电压低于输出电压额定值时，变换器（Ⅰ）输出功率，正极性补偿输入输出电压的差值。第三，与变换器（Ⅱ）一起完成对电池的充电功能。

　　· 变换器（Ⅱ）：该变换器同样是ＤＣ—ＡＣ和ＡＣ—ＤＣ双向变换器。它的功能有4个：第一，同变换器（Ⅰ）一起，完成对输入输出电压差值的补偿。第二，同变换器（Ⅰ）一起完成对电池的充电和电压浮充功能。第三，随时监测输出电压，保证输出电压的稳定，是个电压源，并对负载电流谐波成份进行补偿，使其不对电网产生影响。第四，当市电掉电时，全部输出功率由变换器（Ⅱ）给出，并且保证输出电压不间断，转换时间为0。
　　双向变换串并联补偿在线式ＵＰＳ在各种情况下的电流和功率传输见图5（这里假定ＵＰＳ效率为100％）。
　　（2） 双向变换串并联补偿在线式的性能特点
　　· 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。所以不管市电有无，都可以向负载提供高质量的电源。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。
　　· 市电掉电时，输出电压不受影响。没有转换时间。并且，当负载电流发生畸变时，也由变换器（Ⅱ）调整补偿掉，所以是典型的在线工作方式。
　　· 当市电存在时，变换器（Ⅰ）和（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（当输入电压处于上限和下限时）仅为输出功率的20％（相当于输入电压变化范围），所以功率强度很小（1／5），功率余量大，这就大大增强了ＵＰＳ的输出能力。与双变换在线式相比，过载能力增强（200％，1 ｍｉｎ），电流波峰系数大，可从容地对付冲击性负载，输出有功功率可以等于标定的ｋＶＡ值。
　　· 变换器（Ⅰ）同时完成了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。
　　· 在市电存在时，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％。

　　· 在市电存在的情况下（ＵＰＳ连续运行时间的99％是有市电的），变换器功率强度仅为设计值（变换器Ⅱ）的1／5，所以元器件乃至整机的寿命和可靠性大幅度提高。
2　实际甄别ＵＰＳ时遇到的一些问题
2.1　对常规指标的看法
　　所谓常规指标，是指诸如输出电压稳定精度、失真度、频率稳定精度、相位差（三相）、电压平衡度（三相）、转换时间（后备式ＵＳＰ以及在线式向旁路转换）、动态响应等指标。这些指标代表了ＵＰＳ输出电压的质量。事实上，当前各品牌的ＵＰＳ在这些指标方面都已达到了很高的标准，对满足负载的要求来说，已绰绰有余。然而，有些ＵＰＳ厂家却以这些指标的高标准作为自己品牌产品的质量标志，这对实际使用意义不大。
2.2　ＵＰＳ的输入输出能力是其品质的关键
　　作为一级供电设备，ＵＰＳ要能在复杂的电网环境下正常投入运行，不对电网造成干扰和破坏。当前有些ＵＰＳ还有很多不足之处，例如输入电压可变范围不够（±15％），不能适应我国电网电压变动幅度较大的实际情况；ＵＰＳ输入功率因数低（0.8左右），输入电流谐波大（≥10％），对电网电压有干扰和破坏作用；至于输出能力存在的局限性就更明显，如对特殊负载，诸如强容性负载、强感性负载、非周期性冲击负载、周期性冲击负载的承载能力就比电网的差很多。至于负载故障乃至人为误操作故障所造成的对ＵＰＳ输出的破坏，威胁就更大。
　　实际中，ＵＰＳ的损坏往往是在启动过程、上述特殊负载或故障中发生的。为此，使用者要用在前级附加交流稳压设备来解决ＵＰＳ（特别是大功率ＵＰＳ）不允许电网电压变化范围太大的问题。至于输入功率因数低和谐波电流大，只能无可奈何地任其存在了。在输出能力方面，ＵＰＳ厂家对负载提出了种种限制，例如输出电流峰值系数（一般不能超过3∶1）、非周期性冲击负载（增加ＵＰＳ配电容量）、负载功率因数（一般在0.8左右，使ＵＰＳ标定的ｋＶＡ≠ｋＷ）等，同真实的电网相比，这些限制是不应该有的。这些限制反映了ＵＰＳ输入输出能力的局限性。应该说，输出能力和可靠性才是ＵＰＳ硬件技术最关键的指标。 2.3　对转换时间的看法 　　有一种很广泛的说法，说在线式ＵＰＳ没有转换时间，没有转换时间的ＵＰＳ就计高一筹。其实，这是不客观的。
　　后备式ＵＰＳ只是在市电掉电一种情况下存在转换时间。而在线式ＵＰＳ不仅在逆变器故障时存在逆变27旁路的转换时间，还由于逆变器输出能力有局限，当负载故障、过载和启动时（存在冲击电流）也存在向旁路的转换时间。当负载输入端存在整流滤波电路（例如计算机）时，负载输入电流只在正弦波电压峰值时存在，电流脉冲宽度只有3～4ｍｓ（与负载量及电路参数有关），也就是说，每10ｍｓ期间就有6～7ｍｓ是断电的，每秒钟要断电100次。从这个意义上看，不间断电源是不存在的。问题在于ＵＰＳ转换时间的大小，一般计算机输入整流滤波电路的储能都可维持几十ｍｓ的向负载供电时间，而目前后备式ＵＰＳ的转换时间对负载基本上不造成任何影响，所以才可以说它是不间断的。
2.4　要注意考察ＵＰＳ的输入功率因数和输入电流谐波
　　双变换在线式ＵＰＳ的ＡＣ／ＤＣ变换器多为整流滤波电路。它的输入功率因数低，一般只在0.8左右；输入电流谐波大，可达30％，加专门滤波措施后，也仅能降到10％。输入功率因数低，意味着输入无功功率大；输入谐波电流则干扰破坏电网，特别是三相大功率ＵＰＳ。这两项指标不好的危害很大，能形成所谓的电力公害。它能使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热而加速绝缘老化；引起异步电动机转矩降低，振动加剧，噪声增大；引起继电器和自动装置误动作；高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射干扰；影响电能计量的精度等。所以，ＵＰＳ的输入功率因数和输入谐波电流应被视为重要性能指标之一，应该把输入功率因数＞0.95、输入电流谐波＜5％作为判定ＵＰＳ性能指标是否合格的标准之一。
2.5　如何认识ＵＰＳ的频率稳定度
　　ＵＰＳ输出的常规指标中有频率稳定精度一项，特别是双变换在线式ＵＰＳ，把此指标标定为＜±1％（甚至是0.1），但这只是在市电掉电后由电池供电时的情况。ＵＰＳ有99.99％的时间是在有市电的情况下运行的，这时ＵＰＳ无频率稳定可言。在线式ＵＰＳ为防止由逆变器转旁路时因逆变器输出短路而损坏，在正常运行时要求逆变器工作频率和相位都是要跟踪输入电网电压，所以标识ＵＰＳ频率稳定度的高指标是没有意义的。况且，一般电子设备在输入电源频率变化范围为±3％时丝毫不影响其正常工作。
2.6　ＵＰＳ的效率与可靠性
　　ＵＰＳ的工作效率高时，意味着节省电能，是绿色电源的标识之一。但还应该注意到效率与可靠性是密切相关的，效率高意味着电路技术先进、元器件选用得好、功率器件功率损耗小、功率强度小、发热量小，这必然会增强元器件乃至整机的寿命和可靠性。
2.7　输出能力与可靠性
　　输出功率因数、输出电流波峰系数、输出过载能力、输出不平衡负载的能力等指标，直接反映了ＵＰＳ的输出能力，对这些指标的限制，说明了ＵＰＳ输出能力的局限性和脆弱的一面，尽管在配置ＵＰＳ容量时尽可以使负载量满足ＵＰＳ的要求，甚至留出很大的余量，但这些指标却直接反映了ＵＰＳ的可靠性。过载能力强、允许输出电流波峰系数高、对负载功率因数限制小的ＵＰＳ，在同样电网环境和负载条件运行，其可靠性必然高，这是毋容置疑的道理。
　　表1是在市电存在的情况下对各类ＵＰＳ运行参数的比较。当市电掉电转为由电池供电时，各类ＵＰＳ都是由ＤＣ—ＡＣ逆变器供电，运行参数没有本质的区别。
　　由表1参数可以看出，在市电存在情况下，各类型ＵＰＳ在性能方面的差别还是比较明显的，我们把这种差别列在表2中（假定各类ＵＰＳ的元器件水平、工艺水平、电路设计水平是相同的）。