【正文】 被動(dòng)后備式UPS是最基本的不間斷電源形式。當(dāng)市電降低到UPS預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，被動(dòng)后備式UPS開啟DCAC逆變器，逆變器由內(nèi)部蓄電池組供電。這一轉(zhuǎn)換過程的時(shí)間通常是幾十個(gè)毫秒，時(shí)間長短取決于UPS對于市電供電不足的反應(yīng)快慢。 (a)市電正常時(shí)被動(dòng)后備式UPS的工作原理圖 (a)Passive Standby UPS Running Principle when Normal AC Supply(b)過壓、欠壓和功率不足時(shí)被動(dòng)后備式UPS的工作原理圖(b) Passive Standby UPS Running Principle when over/under voltage or Power Loss圖11被動(dòng)后備式UPS的工作原理圖Figl1Passive Standby UPS Running Principle(LineInteractive)在線互動(dòng)式UPS的工作原理和被動(dòng)后備式UPS的工作原理大致相同，但前者比后者增加了多接頭電壓可調(diào)式自藕變壓器，如圖12(a)和圖12(b)所示。 (a)市電正?；蛏杂胁▌?dòng)時(shí)在線互動(dòng)式UPS的工作原理圖 (a) LineInteractive UPS Running Principle when Normal AC Supply or Small over/under Voltage Condition(b)市電大幅波動(dòng)時(shí)在線互動(dòng)式UPS的工作原理圖(b) LineInteractive UPS Running Principle when Large over/under Voltage Condition 圖12在線互動(dòng)式UPS的工作原理圖Fig 12 LineInteractive UPS Running Principle 在線互動(dòng)式UPS允許輸入電壓在小范圍內(nèi)波動(dòng)，無論電壓偏高還是偏低，只要在變壓器允許的范圍之內(nèi)，UPS就不會(huì)切換成蓄電池逆變供電，以節(jié)省有限的蓄電池能量。(Double Conversion ) 雙轉(zhuǎn)換式UPS又稱為在線式(Online) UPS，之所以稱為在線式，是因?yàn)闊o論市電質(zhì)量如何，用電設(shè)備的供電都要經(jīng)過逆變器，也就是說，逆變器始終處于工作狀態(tài)，如圖13所示。即使在市電電網(wǎng)完全正常的情況下，整流器的輸出電壓直接驅(qū)動(dòng)逆變器。 雙轉(zhuǎn)換式UPS通常用于要求電氣隔離的環(huán)境和對功率浮動(dòng)敏感的設(shè)備。雙轉(zhuǎn)換式UPS的價(jià)格比較昂貴，常用于工業(yè)設(shè)備、數(shù)據(jù)中心等電力環(huán)境嘈雜的大型負(fù)載。如果市電電網(wǎng)供電不足，蓄電池組可以維持電壓的穩(wěn)定性，這時(shí)候整流器不起作用。 雙轉(zhuǎn)換式UPS經(jīng)過ACDC和DCAC兩次變換之后，在輸入電網(wǎng)和電器設(shè)備間樹立了一道隔離護(hù)欄，使得電器設(shè)備不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。 圖13雙轉(zhuǎn)換式UPS結(jié)構(gòu)圖Fig 13 Structure of Double Structure UPS UPS逆變電源的發(fā)展趨勢和數(shù)字化控制的意義 UPS逆變電源正朝著高頻化、冗余并聯(lián)化、綠色化和智能化的方向發(fā)展。開關(guān)器件的更新?lián)Q代，使得器件轉(zhuǎn)換時(shí)間不斷縮短，器件承載的電流強(qiáng)度不斷增加。 (2)冗余并聯(lián)化: UPS的一個(gè)發(fā)展方向就是并聯(lián)，多臺(tái)UPS逆變電源并聯(lián)運(yùn)行給負(fù)載供電。多臺(tái)UPS并聯(lián)工作，既可以隨意配置UPS的總功率，也提高了系統(tǒng)的可靠性。同樣可以保證負(fù)載的正常運(yùn)作。輸入端高效的濾波電路和輸入功率因數(shù)校正電路，有效地抑制了電路本身的諧波信號，改善電網(wǎng)電力污染。將微處理器應(yīng)用在UPS逆變電源中，為UPS提供了很多智能化的監(jiān)控和檢測，例如實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障處理、遠(yuǎn)程遙控等。 傳統(tǒng)的UPS控制電路采用模擬電路為主的元器件，存在以下不足之處。 (2).模擬器件容易產(chǎn)生老化，相同器件一致性差，器件的性能容易隨著溫度的變化而變化。(4).以模擬器件為主的電路需要調(diào)整參數(shù)。采用高性能DSP設(shè)計(jì)電路的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面?？梢栽贒SP中植入逆變控制算法，高效智能的控制算法取代了原先繁雜的硬件模擬電路。(2).輸出信號質(zhì)量穩(wěn)定。(3).DSP通過ADC接口與系統(tǒng)相連，采集系統(tǒng)電壓、電流、相位等參數(shù)，通過GPIO和PWM發(fā)出控制信號，控制開關(guān)器件，維持系統(tǒng)運(yùn)作?？梢园严到y(tǒng)監(jiān)控模塊嵌入在DSP中，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可以記錄下運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)系統(tǒng)的各種信息，方便維護(hù)人員排查檢修。DSP芯片自帶了多種通信接口，容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的聯(lián)機(jī)監(jiān)控和調(diào)試，易于實(shí)現(xiàn)UPS網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行。詳細(xì)介紹了各類不同UPS的運(yùn)行原理和各自優(yōu)缺點(diǎn)。在線式UPS的系統(tǒng)框圖如圖21所示。同時(shí)，整流之后的直流電經(jīng)過降壓處理還可以為蓄電池組充電。另一種是采用隔離變壓器，把市電降壓之后再用二極管橋式整流。濾波電路可以抑制整流之后的交流信號，將帶有波紋的直流信號變成平滑的直流信號。 (2)功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)PF ( Power Factor)指的是交流輸入有功功率P和視在功率S的比值， 即: 在UPS系統(tǒng)中，交流輸入信號經(jīng)過整流后，直接加到濾波電容和蓄電池兩端。這就在電容器和充電器間形成了脈沖電流，導(dǎo)致了高次諧波的形成，使得功率因數(shù)下降，對電網(wǎng)造成干擾。在市電正常時(shí)，通過直流電對蓄電池組充電，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。當(dāng)UPS正常工作時(shí)，蓄電池組是按照連續(xù)浮充的方式充電的，整流器和蓄電池組并聯(lián)工作。除此之外，浮充充電的方式還可以改善UPS的瞬態(tài)響應(yīng)。 (4)充電電路 UPS的充電分為兩個(gè)階段，在充電初期采用恒流充電的方式，當(dāng)蓄電池組的電壓達(dá)到浮充電壓之后，充電器改成恒壓充電的方式。充電方式的切換是由控制芯片完成的。通常，充電器的工作式獨(dú)立于逆變器的，只要UPS的電源接通，充電電路就處于工作狀態(tài)，開始為蓄電池充電。逆變之后的交流電消除了市電的尖峰、浪涌、諧波干擾等不穩(wěn)定因素。(6)靜態(tài)開關(guān)電路靜態(tài)開關(guān)作為旁路供電和逆變供電的切換裝置，不僅起到了轉(zhuǎn)換的作用，還對負(fù)載和逆變器起到了有效的保護(hù)作用。如果逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，為了保護(hù)負(fù)載，靜態(tài)開關(guān)也會(huì)將負(fù)載供電切換到市電。 (7)微處理器微處理器是UPS的核心，在整個(gè)UPS中起到了控制的作用，是整部機(jī)器的控制中心。DSP的I/0通道作為各種開關(guān)量的控制端，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)開關(guān)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常運(yùn)作。 (8)人機(jī)交互 人機(jī)交互作為可視化界面，方便用戶操作UPS設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取UPS的工作狀態(tài)，設(shè)定UPS的工作模式。軟啟動(dòng)過程結(jié)束后，系統(tǒng)開始正常工作。同時(shí)，市電經(jīng)過整流和濾波之后，送至蓄電池充電電路，給蓄電池充電，蓄電池電壓不提供給逆變器。DSP控制器不斷地采集輸入和輸出端電壓的幅度和頻率，并根據(jù)算法實(shí)時(shí)修正輸出信號的波形。UPS將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換成正弦信號輸出，負(fù)載端用電的能量全部來自于蓄電池存儲(chǔ)的能量。通常情況下，逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員即時(shí)修復(fù)。在市電出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)迅速將逆變器的供電轉(zhuǎn)換成蓄電池供電，UPS的輸出不會(huì)有任何間斷。本章對在線式UPS系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。對這些組成部分進(jìn)行了簡要介紹。最后指出逆變器、可控硅和同步鎖相在UPS系統(tǒng)中的重要作用。功率因數(shù)低的電器設(shè)備，不僅不利于電網(wǎng)傳輸功率的充分利用，而且往往這些電器設(shè)備的輸入電流諧波含量較高，實(shí)踐證明，較高的諧波會(huì)沿輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，影響其它用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此防止和減小電流諧波對電網(wǎng)的污染，抑制電磁干擾，已成為全球性普遍關(guān)注的問題。 諧波的產(chǎn)生及危害目前比較流行的AC→DC的方法如下：圖31 全波整流電路 fullwave rectifier circuit(1)電容輸入式濾波電路適用小功率電源中。(2)接濾波電路的目的是消除電壓紋波。使用這種電路的結(jié)果是雖然輸入電壓是正弦波，但輸入電流波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀。大量的諧波電流分量倒流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染，一方面產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，反過來使電網(wǎng)電壓也發(fā)生畸變；另一方面，會(huì)造成電路故障使變電設(shè)備損壞。 功率因數(shù)的定義功率因數(shù)的定義：線性電路的功率因數(shù)習(xí)慣定義為cosφ,φ為正弦電壓與正弦電流之間的相位差。功率因數(shù)（Power Factor）：PF定義：PF=有功功率/視在功率=P/VI在AC/DC電路中，輸入電壓為正弦波，輸入電流為非正弦波，電流有效值。 提高功率因數(shù)的方法(1).無源功率因數(shù)校正 采用無源功率因數(shù)校正時(shí)，在輸入端加入電感量很大的低頻電感，以使減小濾波電容充電的尖峰電流，增加二極管的導(dǎo)通時(shí)間?？煽啃愿撸求w積大，笨重，校正的效果不理想。(2).有源功率因數(shù)校正器 有源PFC技術(shù)是在整流器和濾波電容之間增加一個(gè)DC/DC開關(guān)變換器。有源PFC的主要優(yōu)點(diǎn)：可得到較高的功率因數(shù)，~。（THD：總諧波畸變） BOOST型PFC電路的分析功率因數(shù)校正器主要有兩個(gè)功能：首先控制電感電流波形，使它能跟蹤輸入電壓的波形，從而得到高功率因數(shù)；同時(shí)，它必須為后一級電路提供平滑的直流電壓。電感電流經(jīng)過霍爾元件采樣后與參考信號進(jìn)行比較，送入到電流控制環(huán)中以實(shí)現(xiàn)電感電流能時(shí)刻跟蹤，在穩(wěn)定工作時(shí)，電壓控制環(huán)的輸出基本不變，所以乘法器的輸出也基本上是和輸入電壓成比例的波形，這樣就實(shí)現(xiàn)了輸入電流對輸入電壓的跟蹤。(1)傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正都是用模擬控制的方法，運(yùn)用專用芯片3854等，外圍再加上運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)模擬PI調(diào)節(jié)器，這種方法需要外接電阻電容，運(yùn)放等元件，電路較復(fù)雜。(2)通過高性能的數(shù)字信號處理芯片，我們可以用數(shù)字控制代替模擬控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，它的電路簡單，PI控制在芯片內(nèi)部用軟件實(shí)現(xiàn)，升級方便。工作原理：輸出電壓，輸入電壓和輸入電流經(jīng)隔離采樣后送到DSP的ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，這些值在一定時(shí)間經(jīng)過一系列數(shù)字PI控制后，給全比較單元產(chǎn)生一個(gè)新的比較值，該比較值將在下一個(gè)開關(guān)周期改變PWM波形的占空比，這樣就達(dá)到了控制輸出電壓為400V和控制輸入電流為正弦波的目的。霍爾電壓元件的原理：當(dāng)電流流過霍爾元件時(shí)，在它的副邊會(huì)產(chǎn)生與原邊電流一定比例的電流。電壓霍爾元件的原理：將大電阻串入電壓霍爾元件的原邊，得到原邊電流，該電流能在副邊產(chǎn)生一定比例的副邊電流，副邊電流流過電阻產(chǎn)生的壓降能夠反映主電路的電壓值。2. 一次側(cè)與二次側(cè)電路間完全隔離。4. 線性度好，工作頻帶寬，過載能力強(qiáng)，尺寸小。15V；測量精度：≤177。應(yīng)用電路圖如下：RO+15VV+AC/DC逆變器RmUHT+HT 15VV 圖34霍爾集成器件電壓測量電路 Hall39。工作電源：穩(wěn)壓177。此型號傳感器采用完全絕緣式外殼封裝，測量頻率范圍寬，相應(yīng)速度快。s integrated device electric current measures the circuit經(jīng)過霍爾元件的隔離與運(yùn)放的處理后，送入到DSP的AD轉(zhuǎn)換的電壓不但滿足0—15V的范圍；還與主電路隔離了，因此提高了整個(gè)電路的抗干擾能力。2）功率管S工作在恒定頻率下，頻率為，它遠(yuǎn)大于輸入電壓的頻率。4）功率開關(guān)管為理想模型，導(dǎo)通時(shí)電阻為零，關(guān)斷時(shí)電阻為無窮大。在此選擇BOOST作為功率因數(shù)校正的主電路，采用電流連續(xù)工作方式，使用平均電流控制。當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，=0；當(dāng)S關(guān)斷時(shí)，=1；。）為了獲得電路連續(xù)狀態(tài)方程，我們可以對（1）式中各變量的傅立葉系數(shù)寫成：式中下標(biāo)（l）表示該變量的低頻分量；下標(biāo)（h）表示該變量的高頻分量。（是連續(xù)導(dǎo)電模式電感的臨界值。當(dāng)功率因數(shù)校正電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，輸入平均電流應(yīng)當(dāng)跟隨輸入電壓，它的波形為，所以電感電流為。這時(shí)有 () （35）為電