本文主要簡單介紹典型傳統UPS基本原理，可供掌握UPS設備現場維護要點的學習參考。UPS設備的本質類似變頻電源電路的設計，變頻電源又稱交一直一交變頻電源，通過AC-DC和DC-AC兩次電能變換，效率稍低，但前級市電的干擾不會影響后級，輸出波形好。變頻電源是通過控制功率開關器件的通斷，將工頻交流電先通過整流器轉換成直流電，然后再通過逆變器轉換成頻率、電壓一定范圍內可調節的交流電輸出的電能控制裝置，多用于交流電機的變頻調速，不需要配蓄電池組。而UPS是不間斷電源，作為用電設備的高質量高可靠、綠色電源，當電網停電時通過電池逆變方式輸出固定幅值頻率的交流電源，需要配置蓄電池組。

1.UPS系統基本組成

傳統工頻UPS系統一般UPS主要包括由整流模塊（REC）和逆變模塊（INV）、旁路靜態開關和逆變靜態開關、輸出隔離變壓器、蓄電池組以及輸入輸出配電開關等組成，開關是主路輸入空開、旁路輸入空開、維修旁路空開、輸出空開以及蓄電池開關等。系統組成如圖1-1所示，其中，空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，深圳論壇空間 香港主機，逆變模塊進行DC/AC變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經過隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時通過逆變向負載供電。輸入電源也可以通過旁路靜態開關從旁路回路向負載供電，另外對負載供電不間斷而對UPS內部進行維修時，可使用維修旁路開關Q3.

圖1-1  UPS原理框圖

2. Buck-Boost電路介紹

      2.1 Buck-Boost電路

圖2-1 典型buck-boost原理電路

工作過程：

1. 當功率管導通時，等效如圖a，二極管D截止，電感L儲能，感應電壓為上正下負，電容用自己儲能向負載放電。

2. 當功率管截止時，等效如圖b，二極管D導通，電感中電流不能反向，電感兩端產生自感電動勢為下正上負。電感儲能向電容充電和向負載放電。

3. 控制電路根據輸出電壓和電流的變化，控制功率管的導通和關斷時間，就可以控制輸出電壓的大小。

2.2  UPS中典型PFC主功率模塊圖

APFC技術的核心是引進電壓和電流反饋，以構成一個雙閉環控制系統，外環穩定輸出電壓，內環實現輸入電流調控和整形，使之成為與電壓同相位的標準正弦波，以提高入端功率因數，例圖說明其主要功能：市電供電時作整流升壓電路，并進行輸入功率因數校正；電池供電時作DC/DC升壓，PFC模塊電路工作原理圖如：

圖2-2  PFC主功率模塊原理圖

工作原理：主電路采用PFC主電路結構，同時兼作電池供電時的DC/DC升壓主電路。正負半周分別控制。控制電路由硬件構成，一般采用PFC專用芯片UC3854AN.

市電輸入正半周時，上部分正半周PFC電路工作；市電輸入負半周時，下部分負半周PFC電路工作，在UC3854AN芯片內部電流環的調節下，輸入電流跟蹤輸入電壓呈正弦波形，且與輸入電壓同相； 在UC3854AN芯片內部電壓環的調節下，使輸出電壓穩定電壓。

電池輸入時，正半周PFC電路工作在直流BOOST電路狀態；負半周電路工作在BUCK/BOOST電路狀態。使輸出電壓仍穩定電壓不變。

3.整流器基本原理

3.1三相全橋整流

對于中大功率UPS，早期一般采用晶閘管整流電路完成整流，該變換器由于輸入電流不連續，功率因數較低，需要輸入側加LC二階濾波器以濾除電流諧波，這就增加了變換器的體積及成本，另一種形式采用IGBT及功率二極管組成Vienna整流器拓撲結構來確保輸入的高功率因數。SCR整流電路一般有6脈沖和12脈沖整流。如圖3-6為SCR整流原理示意圖及采用三相SCR全橋整流電路6脈沖整流器圖，SCR觸發脈沖順序：1－2－3－4－5－6－1.

圖3-1 6脈沖SCR全橋整流原理圖

12脈沖整流器采用了兩個6脈沖整流器，其中一個6脈沖整流器的輸入經過了一個30度移相的移相變壓器。如圖3-2所示，圖中“負載”所指為“電池及逆變器”。

圖3-2  12脈沖整流器原理示意圖

4. 逆變器基本原理

4.1  SPWM波