UPS的輸出方式

1. 單進(jìn)單出（1/1）

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

2.三進(jìn)單出（3/1）

1.三進(jìn)單出（3/1）UPS的應(yīng)用

　　單進(jìn)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(jìn)單出（3/1）UPS的優(yōu)缺點(diǎn)

　　三進(jìn)單出（3/1）UPS的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)尤其是在容量較大時就顯得特別突出，圖1示出了三進(jìn)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(shí)，在正常工作時不會出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

圖1 三進(jìn)單出（3/1）UPS的原理方框圖

　　當(dāng)逆變器過載或短路時，將自動把負(fù)載切換到旁路上去，一旦此種情況出現(xiàn)，UPS就會將負(fù)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(dǎo)致輸入斷路器開關(guān)的跳閘，造成全盤停電。

3.三進(jìn)單出（3/1）UPS的增容改進(jìn)方案

圖2 三進(jìn)單出（3/1）UPS的改進(jìn)方案{{分頁}}

　　圖2給出了三進(jìn)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(jìn)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(shè)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(dāng)由于某種原因而導(dǎo)致UPS轉(zhuǎn)由Bypass供電時，旁路開關(guān)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(yīng)用，即仍可作為20kVA的電源應(yīng)用，其各項(xiàng)指標(biāo)和可靠性也和整個UPS一樣。

　　就這樣，將對三進(jìn)單出UPS的要求變成了對三進(jìn)三出UPS的要求。

4. 三進(jìn)三出

　　當(dāng)代大功率UPS幾乎都是三進(jìn)三出結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)雙變換UPS結(jié)構(gòu)都有輸出變壓器，因?yàn)樗鼈兊娜嗳珮蜃儞Q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(jī)、單變換結(jié)構(gòu)和Delta變換結(jié)構(gòu)的UPS才可以省去變壓器。三進(jìn)三出UPS的一個重要指標(biāo)就是三相輸出電壓對100%不平衡負(fù)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(jié)構(gòu)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(guān)，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(dǎo)通情況是一樣的。即使再加入了各相單獨(dú)調(diào)整措施，由于輸出變壓器的關(guān)系也互相影響。

圖3 傳統(tǒng)三相全橋輸出電路結(jié)構(gòu)示意圖

1. 三單相全橋式結(jié)構(gòu)

　　圖4示出了三單相全橋逆變器輸出結(jié)構(gòu)示意圖，由于控制電路是按三相設(shè)計的，從總的效果看，還是標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)示意圖{{分頁}}

2. 均分變壓器式輸出結(jié)構(gòu)

　　分布變壓器式輸出結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖，這種變壓器從原理上和結(jié)構(gòu)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(dāng)組成三相輸出時，將各繞組進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕徊娣峙涞礁飨嚯妷荷先?，但電壓值不變，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(jié)構(gòu)示意圖{{分頁}}

　　由圖中還可以看出：每一相上的負(fù)載電流所流過的兩個繞組，是對應(yīng)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(fù)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(fù)載分配到逆變器的三個橋臂上去了。經(jīng)計算表明：這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是比前者提高了可靠性，原因是：變壓器是由銅和鐵構(gòu)成，其可靠性是半導(dǎo)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(fù)載的不平衡度為50%的UPS改為允許三相負(fù)載的不平衡度為100%的設(shè)備。

3.半橋式逆變器輸出結(jié)構(gòu)

　　上面所討論的全橋式逆變器輸出結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)就解決了上述的困難，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)的橋臂和器件并未減少，只是三個橋臂各自是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，并獨(dú)立的向負(fù)載輸出電壓。如圖6所示，該電路與全橋輸出結(jié)構(gòu)相比，有幾個不同的特點(diǎn)：

　?、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。

　　②必須用兩組電池：半橋結(jié)構(gòu)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。

　?、劭扇菰S100%三相負(fù)載不平衡。由于三個橋臂各自是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，它們的輸出都單獨(dú)和零（地）線形成220V的輸出相電壓，故對要求220V供電的負(fù)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(yīng)100%三相負(fù)載不平衡的能力很強(qiáng)。

圖6 三相半橋輸出結(jié)構(gòu)原理圖