UPS的輸出方式

1. 單進單出（1/1）

　　單進單出（1/1）UPS主要是用于小功率，如PC機、服務器、通信設備等等，只有這種UPS也才有后備式、準在線式和在線式之分，其容量大都在100VA~10kVA之間。

2.三進單出（3/1）

1.三進單出（3/1）UPS的應用

　　單進單出（1/1）UPS所以不能將容量做得太大，主要是考慮到對輸入三相電的平衡有影響。

2. 三進單出（3/1）UPS的優(yōu)缺點

　　三進單出（3/1）UPS的優(yōu)點是明顯的，即它可以將單相輸出功率平均分配到三相輸入電源上去，避免了三相輸入電流的不平衡；但它的缺點尤其是在容量較大時就顯得特別突出，圖1示出了三進單出（3/1）UPS的原理方框圖，圖中輸入電壓為3X380V/220V 50Hz，輸出為單相220V 50Hz，假如要求輸出功率為60kVA，那么分配到輸入三相上的功率分別各為20kVA（假如系統(tǒng)的效率是100%），這樣的分配乍看起來無可挑剔，也確實，在正常工作時不會出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

圖1 三進單出（3/1）UPS的原理方框圖

　　當逆變器過載或短路時，將自動把負載切換到旁路上去，一旦此種情況出現(xiàn)，UPS就會將負載切換到三相輸入的其中一相上去，假如是U_A相。原來這一相僅提供20kVA，而現(xiàn)在卻提要供60kVA以上，是原來容量的三倍多。這就會導致輸入斷路器開關的跳閘，造成全盤停電。

3.三進單出（3/1）UPS的增容改進方案

圖2 三進單出（3/1）UPS的改進方案{{分頁}}

　　圖2給出了三進單出（3/1）UPS的這個方案。由圖中可以看出，這只是一個典型的三進三出UPS。在輸出端線電壓U_ab=380V上接了一只380V變220V的單相變壓器，假如220V仍輸出60kVA，傳輸效率仍設為100%，于是分配在輸出U_a、U_b兩相上的功率均各為30kVA，而傳統(tǒng)雙變換UPS輸入U_A、U_B、U_C三相的功率仍各為20kVA。當由于某種原因而導致UPS轉(zhuǎn)由Bypass供電時，旁路開關S閉合，這時輸入電壓U_A和U_B共同向變壓器供電60kVA?？梢钥闯觯哼@時分配到該兩相上的功率各為30kVA，而不是像前面那樣把整個功率都壓在一相上。因此輸入電壓U_A和U_B上的供電功率比平時僅增加了50%，而不是200%，這就大大減輕了對輸入的壓力。

    30kVAX3=90kVA

　　僅僅是前者的50%；不僅如此，另外第三相U_c仍可以應用，即仍可作為20kVA的電源應用，其各項指標和可靠性也和整個UPS一樣。

　　就這樣，將對三進單出UPS的要求變成了對三進三出UPS的要求。

4. 三進三出

　　當代大功率UPS幾乎都是三進三出結構，傳統(tǒng)雙變換UPS結構都有輸出變壓器，因為它們的三相全橋變換輸出如果不用變壓器，就給不出三相四線制的輸出電壓。只有高頻機、單變換結構和Delta變換結構的UPS才可以省去變壓器。三進三出UPS的一個重要指標就是三相輸出電壓對100%不平衡負載的平衡能力，這也是近年來用戶向UPS提出的新要求。圖3示出了傳統(tǒng)三相全橋輸出電路結構示意圖，由圖中看出：輸出“D”形連接中每一相的電流都和輸入“Δ”連接變壓器的三相電流有關，由于原來三相全橋逆變器的控制是統(tǒng)一的，意味著三相全橋逆變器功率管的導通情況是一樣的。即使再加入了各相單獨調(diào)整措施，由于輸出變壓器的關系也互相影響。

圖3 傳統(tǒng)三相全橋輸出電路結構示意圖

1. 三單相全橋式結構

　　圖4示出了三單相全橋逆變器輸出結構示意圖，由于控制電路是按三相設計的，從總的效果看，還是標準的三相輸出。不過，由于采用了多一倍的功率管，造價就貴了。

圖4 三單相全橋逆變器輸出結構示意圖{{分頁}}

2. 均分變壓器式輸出結構

　　分布變壓器式輸出結構的原理就是在輸出變壓器上想辦法。圖5示出了均分輸出變壓器輸出結構示意圖，這種變壓器從原理上和結構上與普通“D-Y”三相變壓器沒有大的區(qū)別，只是將變壓器三個臂AB、BC、CA的次級繞組各分成相等的兩部分，每半個繞組的電壓都是110V，即：

　　U_AB的次級電壓：U_ab=1/2U_ab+1/2U_ab=220V                                    (1)

　　U_BC的次級電壓：U_bc=1/2U_bc+1/2U_bc=220V                                    (2)

　　U_BC的次級電壓：U_ca=1/2U_ca+1/2U_ca=220V                                    (3)

　　當組成三相輸出時，將各繞組進行適當?shù)慕徊娣峙涞礁飨嚯妷荷先ィ妷褐挡蛔?，如圖5所示：

　　U_A=1/2U_ab+1/2U_bc=220V                                               (4)

     U_B=1/2U_bc+1/2U_ca=220V                                               (5)

     U_C=1/2U_ca+1/2U_ab=220V                                               (6)

　　這樣的組合也仍然滿足：

    U_AB=U_BC=U_CA=380V                                                   (7)

圖5 均分輸出變壓器輸出結構示意圖{{分頁}}

　　由圖中還可以看出：每一相上的負載電流所流過的兩個繞組，是對應兩個初級繞組的，比如I_A所流過的兩個繞組電壓1/2U_ab和1/2U_bc是分別屬于初級的AB和BC兩個臂。也就是說：這個變壓器的功能是可以把一相的負載電流平均分配到輸入的兩個相上去，而這兩個臂上的電流又被分配帶三相全橋的三個臂上，這樣一來就把一相上的負載分配到逆變器的三個橋臂上去了。經(jīng)計算表明：這種結構在極端的情況下，比如一相滿載而其他兩相空載，在逆變器的三個橋臂上的最大不平衡度≤50%，這恰恰是電路所允許的界限。

　　這種結構的最大優(yōu)點就是比前者提高了可靠性，原因是：變壓器是由銅和鐵構成，其可靠性是半導體器件所無法比擬的。而且，只要將變壓器次極的繞組稍微變一下，就可將原來只允許三相負載的不平衡度為50%的UPS改為允許三相負載的不平衡度為100%的設備。

3.半橋式逆變器輸出結構

　　上面所討論的全橋式逆變器輸出結構有一個共同的要求，那就是必須有輸出變壓器，否則，就無法提供給用戶所需的3X280V/220V電壓。APC公司的SILCON UPS的三相半橋輸出結構就解決了上述的困難，如圖6所示。這種結構的橋臂和器件并未減少，只是三個橋臂各自是獨立的結構，并獨立的向負載輸出電壓。如圖6所示，該電路與全橋輸出結構相比，有幾個不同的特點：

　?、贌o輸出變壓器就已滿足了輸出3X280V/220V電壓的條件。零（地N）線上有著難以克服的高次諧波。

　?、诒仨氂脙山M電池：半橋結構省去了變壓器，卻增加了一組電池（在同等后備時間的情況下，雖然電池數(shù)量加倍，但容量要減半），改善了電池的工作條件。

　　③可容許100%三相負載不平衡。由于三個橋臂各自是獨立的結構，它們的輸出都單獨和零（地）線形成220V的輸出相電壓，故對要求220V供電的負載來說，在容量允許的前提下，可以隨便連接，不受是否平衡的限制。加之三相分別調(diào)節(jié)，故適應100%三相負載不平衡的能力很強。

圖6 三相半橋輸出結構原理圖