传统式双变换UPS结构

　　这是一种应用历史最长，人们认为性能最好的一种UPS，由于100%负载功率都通过两个变换器，故属于串联调整工作模式。它的特点是除整流器、逆变器外尚有输出隔离变压器，可以将负载与市电进行有效的隔离和缓冲。属于这种结构的UPS有IMEL、IMV Sitepro、Fenton，M.G和Exide(大容量档),SOCOMEC等等。由于这种UPS 在正常情况下一直是逆变器工作状态，所以它具备很多优点：除作单机运行外，还可并联增容和冗余。输出电压无三次谐波、对两个方向上的电压变化都有缓冲作用、负载电压上无直流分量、允许逆变器在很宽的直流电压范围工作、中线上无电流、UPS在多机并联时可共用一个电池组或各具有自己的电池组，容量可做得很大。

　　图1 传统双变换UPS输入电压电流波形图

　　在很多重要部门，如电视台、新闻单位、石化、航空、铁路等等单位，以前大都倾向采用此类结构的产品。但是，由于在任何状态下，100%的负载功率都要经过两次转换，因此其整机效率不可能很高，通常10kVA的UPS的效率在80%左右；大于100kVA的，效率在90%左右。效率低不仅能源损耗大，还意味着整机功耗大，主要功率器件发热厉害，寿命降低，这必将影响整机的可靠性。并且，由于其输入端是AC-DC整流电路，100%的UPS输入功率要整流成直流，这就形成了此种电路的一个难以克服的缺点：对电网形成的电力公害比较严重。由于整机输入功率因数只有0.8，输入电流高次谐波可达30%，无功功率和谐波电流的危害非常严重（见图1）。这将影响同一电网的其它设备的正常运行，增大配电容量和运行成本。因此，如何解决传统双变换在线式UPS对电网的公害，已经成为电路研制者和生产厂家最为关注的问题。

　　高频双变换结构

　　这种结构UPS的出现解决了传统式双变换结构体积大、效率低和造价贵的问题。不同在于可以不用输出变压器，而且逆变器的脉宽调制频率比前者高，前者一般在10kHz以下，而这里一般在20kHz或以上。由于没有输出隔离变压器，因此也就没有隔离和缓冲的余地，对直流电压的要求也比前者严格：必须用两组电池，其输出电压直接受负载变化的影响；逆变器功率管在接近满载时比传统式容易坏；输出电压零线上有不易限制的谐波电流，因而零线电位不为零；在负载上有直流分量，容量也不易做大，一般到30kVA左右，当然也有的已做到30kVA以上。

　　经济运行模式

　　由于双变换电路即使在市电很稳定时，也要对其进行两次变换后才将电能输送给负载，无形中白白浪费了能量，不能充分利用市电。如果当市电稳定在某一指定范围时，不进行上述的两次变换，而市电电压直接通过旁路开关输送给负载（见图2），于是就节省了能量、提高了效率、降低了工作温度，从而提高了可靠性，如英国的高力UPS，法国的GALAXY 3000系列UPS等等。这种方案一问世也赢得了不少重要用户，不过这时的供电质量就不如传统的双变换好了。

　　2、三端口单变换电路

　　由于这种电路结构问世比双变换电路晚，且有的用户也很少接触三端口UPS，对其了解甚少，认为是单变换器工作，三端口就不好了。其实三端口单变换只是UPS的另一种电路型式，是为了解决传统双变换UPS的低效率而问世的。它在主电路中串联有工频电感，逆变器也是双向工作，输入输出电压的关系是Vin-VL=Vout，三者之间有相位差（见图3）。三端口单变换电路一样也有在线和离线工作模式之分，处于在线工作方式时，随时监控并参与对输出电压的调整，保证输出电压稳定，市电失压时，输出电压切换时间为零。 90年代初，FISKAR公司就推出了DELTEC 8/9000在线单变换UPS系列，功率从2.4kVA做到56kVA，其输出电压稳定度也同样做到了±2%，其它常规指标也和传统式双变换电路一样，而美国的BEST UPS则将功率做得更大。其缺点就是由于输入输出电压之间是通过改变相位关系来调整的，所以输入功率因数太低，并且输出电压稳定度一般做得都不高。

　　图2 带旁路开关的双变换UPS电路图

　　在线互动式单变换结构

　　在线互动式单变换UPS是典型的三端口结构，其工作模式属于并联调整范畴。主要应用对象是对交流电压的精度要求不太高计算机的。在线互动式单变换UPS省去了输入整流器和充电器，充电器由称为双向变换器的逆变器充当，其工作方式类似于上述的经济运行模式，其效果也是在线式的，即当市电在一定范围中变化时，负载主要由经过粗稳和滤波的市电提供，只有当市电异常时，才由逆变器全力向负载供电，这时的功能和双变换结构一样。这种结构以APC Smart和Matrix系列为代表，该系列有着很强的网络功能和可靠性，电磁兼容功能比那些未通过相应标准的双变换UPS好得多。鉴于在线互动式单变换结构的优越性，目前已有不少做双变换UPS的制造商也增加了在线互动式单变换结构的UPS品种。由此可以看出单变换UPS结构的生命力，其主要的不足就是输出电压稳定度不如双变换高，对输入功率因数也无调整作用。