4. UPS电源工作原理和硬件构成（五）课件讲解.pptx

铁道信号自动控制专业教学资源库《铁路信号电源设备维护》德修身技立业

铁道信号自动控制专业教学资源库逆变器德修身技立业

逆变器推挽变换器采用电源控制组件IC发出方波控制脉冲使UPS工作，在变压器输出端有一个与输出电压成正比的反馈信号回送给IC，使其根据输入端电压的变化和输出负载的变化来调整控制脉冲的宽度，以保证输出电压稳定在设计范围内。准方波输出电压波形的采用又引出另一个误会，有不少工程师和用户在对输出电压的测量中发现原来应该220V的电压变成了难以相信的值，或者是170V，或者是190V等。于是就怀疑UPS的正确性，甚至认为UPS出了故障。实际上问题就出在测量表上，普通的电压表大都是在正弦波失真很小（比如5%）的情况下给测量值定义的，而且这些表也不是测量的有效值。准方波是失真非常大的正弦波，普通表根本无法用，只有用可以测有效值的仪表才行

逆变器桥式变换器功率晶体管由基极驱动电路提供激励信号，VT1、VT4和VT2、VT3在分别获得激励信号后，进入轮流导通或截止状态。从而在变压器初级和次级分别产生交流电压u1和u2。经过L、C滤波电路的作用使负载取得正弦电压。逆变电路输出电压中除了基波外还含有一定的谐波成分，若要得到正弦输出电压，在次级输出电路中，必须设置滤波器。

逆变器正弦波形成方法我们希望UPS输出50HZ正弦交流电，所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多，主要有以下两种：①阶梯波逆变器②正弦脉宽调制（SPWM）逆变器

逆变器①阶梯波逆变器由于逆变电路得到矩形波相对容易，利用不同相位的矩形波叠加的方式得到一个近似正弦波的阶梯波，阶梯越多，其所含正弦分量就越多。矩形波叠加组成阶梯波示意图

逆变器②正弦脉宽调制（SPWM）逆变器早期UPS产生正弦波的方法比现在要复杂很多，由于早期的逆变器功率器件和技术所限，只能产生方波或准方波，而后再利用庞大的滤波器将它们滤成正弦波，后来为了减小滤波器的体积和重量，从电路上采取了多个方波叠加成阶梯波的方法，虽然减小了滤波器，却增加了逆变器的数量，UPS的体积、重量仍然很大，同时也使得噪声大、效率低等。高频大功率器件的出现使UPS发生了根本的变化，正弦脉宽调制(PWM)技术就是在这样的条件下产生的。这种方法是通过频率较高的等幅三角波（载波）与可调幅度的50Hz的正弦波组合，产生与正弦波等效的而脉冲宽度不等的矩形波，称为正弦调制。

正弦调制法与三角波的合成波对此波形加低通滤波器就形成正弦波

UPS冗余备份★在未明确之前，UPS禁止直接并联使用！对供电质量要求很高的计算中心、网管中心，为确保对负载供电的万无一失，需要采用如下几种具有“容错”功能的冗余供电系统。1）主机-从机型“热备份”冗余供电系统：其结构形式是将主机UPS的交流旁路连接到从机UPS的逆变器电源输出端，万一主机UPS出故障时，改由从机UPS带载。这种冗余工作方式由于没有“扩容”功能和可能出现主机向从机切换时4毫秒的供电中断，而使得其应用范围有限。2）“1+1”型直接并机冗余供电系统：它是通过将两台具有相同功率的UPS的输出置于同幅度、同相位和同频率的状态而直接并联起来。正常工作时，由两台UPS各承担1/2负载电流，万一其中一台UPS出现故障时，由剩下的一台UPS来承担全部负载。这种并机系统的平均故障工作时间MTBF是单机UPS的7-8倍，从而大大提高系统的可靠性。3）“N+1”型直接并联冗余供电系统：对于某些型号的UPS，可以将多台UPS以“N+1”冗余方式直接并机工作。正常工作时，N+1台UPS同时提供负载电流，当其中一台出现故障时，由剩下的N台UPS承担全部负载。因此，N+1冗余供电系统能承受的总负载为N台UPS容量之和。注意：随着多机并机系统中的N数量增大，并机系统的MTBF值会逐渐下降。因此，在条件允许时，应尽可能减少多机并机系统中的UPS单机的数量。

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