UPS装置是交流不停电电源系统的核心部件。根据所采用的逆变器不同，UPS装置一般有可控硅逆变器的交流不停电电源和电动发电机组逆变器的交流不停电电源。
（一）可控硅逆变器的交流不停电电源
图8-9 可控硅逆变器的交流不停电电源组成原理框图
UPS装置组成原理框图如图8-9所示。它一般由整流器、逆变器、旁路及调压变压器、逆止二极管、静态开关、手动旁路开关，控制及同步电路、信号及保护等部分组成。
1.整流器
当UPS输入交流电压或UPS负荷发生变化时，整流器能给逆变器提供一个稳定的直流电源。另外，整流器还有隔离作用，阻止厂用电系统的谐波分量侵入到UPS中，影响其输出电源的质量。
整流器原理接线如图8-10所示。它由整流变压器、整流电路、滤波电路、控制电路、保护设备、控制开关等部分组成。整流变压器采用y，d接线，抑制奇次谐波的干扰，其容量按UPS的输出容量选择。整流电路一般采用三相全波可控整流，通过对可控硅导通角的控制，实现对输出电压控制和稳定电流。滤波输出电路用来减少整流电路输出的谐波分量，又要防止谐波分量注入厂用电系统，对其他交流负荷产生干扰；滤波电路由电感线圈和多组电容器组成。控制电路用来控制整流电路中可控硅导通角，并随着输出量的变化调整导通角的大小；另外，控制电路还具备保护功能，防止整流电路因输入过高的脉冲电压，而突然加大输出的直流电压。
图8-10 整流器组成原理框图
正常运行时，UPS的逆变器电源由整流器提供，整流器输出直流电压略高于蓄电池组的直流电压，整流器输入交流电源带全部UPS负荷运行。
2.逆变器
逆变器把来自整流器输出的直流量或蓄电池组的直流量变换成正弦交流分量。它是UPS装置中的核心部件。利用不同的波形技术，采用不同的电子器件组成不同的控制电路，可构成各种各样的逆变电路。无论何种逆变器电路，一般由输入滤波电路、交变阶梯波形成电路、振荡器和输出滤波电路等部分组成。下面以二开关桥多脉宽阶梯调制逆变电路为例，说明逆变器的组成及其工作原理。
如图8-11所示，该逆变电路由三组晶闸管构成的逆变桥和三台输出变压器构成。每组逆变桥由四个晶闸管构成，与一台输出变压器相连。
晶闸管可以控制输出变压器T1～T3的一次侧输入电流产生的时间和方向。例如，在第一组逆变桥中，当晶闸管V1、V3导通，V2、V4关闭时，变压器T1一次侧电流由1端流向2端；当V1、V3关闭，V2、V4导通时电流方向相反。变压器T1一次侧产生跃变电流，则在其二次侧感应出方波电压U1，如图8-12（a）所示。
对三组逆变桥晶闸管的导通和关闭时间进行统一控制，使三台输出变压器二次侧感应的方波电压时间和极性如图8-12（a）～（c）所示。将这三台输出变压器的二次侧电压U1、U2和U3相加，便得到如图8-12（d）所示的交变电压阶梯波。再滤掉谐波分量取其基波，便可获得交流正弦波分量。由三组相同的逆变器，便得到三相交流电源。
UPS内设有本机振荡器，可产生50Hz的自振频率控制信号，去控制逆变器输出的交流频率。通过锁相回路，使本机振荡的频率和相位与旁路电源的一致，保证逆变器的输出交流与旁路变压器电源处于同步状态。
图8-11 逆变器电路原理图
图8-12 逆变电路输出变压器的输出波形
3.旁路变压器
当逆变回路故障时，由静态开关自动地将UPS负荷切换到旁路回路，由厂用电系统作为UPS负荷的备用电源。由于厂用电系统不可避免的存在着各种干扰（如雷电、电磁场的耦合等），且厂用电压存在波动。为确保UPS电源供电质量，不能直接把厂用电系统的交流接入带UPS负荷，应在旁路回路中进行隔离和调压，所以设置旁路变压器。
旁路变压器的稳压方式可采用感应式稳压、磁性稳压、外补偿式稳压或无触点式稳压等方式。隔离变压器稳压功能的设置，与所用电系统的电压波动范围有关，如厂用电系统的电压波动范围较小，能满足UPS负荷的要求，旁路变压器也可以不带稳压功能。
为防止一次侧的电磁干扰进入到二次侧，旁路变压器一般采用双屏蔽措施，即在变压器的一次和二次绕组间加一接地的屏蔽层，在二次绕组侧再加一层屏蔽，并将这第二屏蔽层引到负荷端，与负荷的接地点一起接地。
4.逆止二极管
阻止整流器输出直流电源与蓄电池组的直流电源并联，否则将产生环流。所以正常运行时，整流器输出直流电压略高于蓄电池组的直流电压，闭锁二极管截止。当图8-9中整流器输出电压消失或较低时，闭锁二极管才导通，逆变器由蓄电池组直流电源供电。
5.静态开关
将来自逆变器的交流电源和旁路变压器交流电源选择其一送至UPS负荷。它的动作条件是预先整定好的，要求切换时间不得大于5ms。目前，UPS用的静态开关有大功率晶体管、晶闸管、可关断晶闸管三种。晶闸管构成的静态开关接线，如图8-9所示。静态开关的切换有以下四种方式。
（1）同时切换。当负荷由逆变回路切换至旁路时，V1、V2立即关断，同时V3、V4导通。由于有续流特性，所以V1、V2直到负荷电流过零时才能真正关断。只要V3、V4的导通信号一发出，其立即导通。因此，在V1、V2没有真正关闭之前两个电源处于并联状态。如两个电源不同步，就会在电源间产生环流。(www.xing528.com)
（2）先断后投入方式。切换时，待V1、V2负荷电流过零真正关断后，再使V3、V4导通。这种方式避免了环流产生，但电源中断时间加长，很难满足小于5ms的要求。
（3）部分同时切换方式。切换时先发出V1、V2关断信号。经150～200μs短延时后，使V3、V4中的一个导通；待负荷电流过零时，再全部导通。这种切换方式不会产生环流，负荷断电的时间也很短。但控制回路较为复杂。
（4）先投后断方式。先投备用电源，后断开工作电源。这种方式对负荷来说无间断，但由于两电源并联有可能产生环流。如果同步锁相回路、静态开关的控制回路等可靠性很高，环流产生的几率将极少。即使产生环流，也不会损坏元件。这是一种理想的切换方式。
表8-5 手动旁路开关触点表
6.手动旁路开关
手动旁路开关接线如图8-9所示。当静态开关需用检修时，用手动旁路开关将静态开关退出运行，同时将UPS负荷从逆变回路手动切换到旁路回路，由旁路回路供电。在切换过程中，对UPS负荷的供电不间断。QK为手动旁路开关。表8-5为切换开关的触点表。从触点表看出，UPS在任何运行下，负荷都不会停电。
7.信号及保护回路
为了便于监视UPS装置的运行状态，UPS屏上应设置以下信号：
（1）整流器故障。
（2）逆变器故障。
（3）冷却系统故障。
（4）非同步运行。
（5）逆变运行。
（6）直流电压不正常。
（7）交流电压不正常。
（8）静态开关动作。
在UPS装置内配置以下保护：
（1）直流、交流回路暂态过电压保护。
（2）整流器输出端过电压保护。
（3）逆变器过负荷保护，逆变器直流输出低电压保护。
（4）“强迫风冷系统故障”指示灯或其他报警信号。
（5）手动旁路切换开关的热保护及指示灯信号。
（二）电动发电机组逆变器的交流不停电电源
电动发电机组逆变器的交流不停电电源如图8-13所示。它由两套逆变机组构成，每套逆变机组由电动发电机组构成。
正常运行时，一套逆变机组作为工作电源投入运行，带UPS负荷；另一套逆变机组作为备用。
当工作的一套逆变机组故障时，由380V保安段母线引接的备用电源（TM变压器降压输出电源）自动投入。同时备用逆变机组启动，借助手动同期装置与备用电源并列后，再将备用电源退出运行。
当工作的一套逆变机组检修时，先启动备用逆变机组，借助手动同期装置与工作的逆变机组并列后，在将工作的逆变机组退出运行。
图8-13 电动发电机组逆变器的交流不停电电源
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