主流UPS系统的现状分析

        随着时间的推移，业内的UPS产品类型逐渐增多。不同类型的UPS适合不同的用途，没有一种类型的UPS适合所有的应用领域。

        现在，APC白皮书对于每种UPS类型都给出了明确的定义，深入分析每种系统的实际应用，并列出各种系统的优缺点。借助于这些信息，您可以做出明智的决策，选择适合自己需要的UPS拓扑结构。

        UPS类型

        •后备式

        •在线互动式

        •后备式-铁磁共振

        •双转换在线式

        •Delta转换在线式

        后备式UPS

        后备式UPS是用于个人计算机的最常见的类型。在图1所示的结构图中，转换开关设置为选择滤波后的交流输入作为主电源(实线路径)，一旦主电源出现故障，就会切换到电池/逆变器作为备用电源。一旦发生这种情况，转换开关必须进行操作，将负载切换到电池/逆变器备用电源上(虚线路径)。逆变器只在电源出现故障时才启动，因此称作“后备式”。这种设计的主要优点是效率高、尺寸小和成本低。如果采用适宜的滤波电路和浪涌保护电路，这些系统还可以提供适当的噪声过滤和浪涌抑制功能。

        在线互动式UPS

        在线互动式UPS是用于小企业、网站、部门服务器的最常见的设计。在此设计方案中，电池到交流电源的转换器(逆变器)始终连接到UPS的输出端。如果在输入交流电源正常时反向操作逆变器，就会给电池充电。

        一旦输入电源出现故障，转换开关就会打开，并通过电池向UPS输出端供电。与后备式UPS拓扑结构相比，由于逆变器始终打开且与输出端保持连接，这种设计进一步增强了滤波效果，并降低了转换瞬态过电压。

        后备式-铁磁共振UPS

        后备式-铁磁共振UPS曾经是功率范围3-15kVA的应用领域中使用最广泛的UPS类型。此设计依赖于一个特殊的饱和变压器，该变压器具有三个线圈(电源连接)。主电源路径通过交流输入电源、转换开关和变压器，最后连接输出端。当电源出现故障时，转换开关将打开，逆变器将向输出负载供电。

        在后备式-铁磁共振设计方案中，逆变器处于后备式模式，当输入电源出现故障且转换开关打开时，逆变器才被激活。这种变压器具有特殊的“铁磁共振”功能，它能够提供有限的电压调节和输出波形“修整”功能。铁磁共振变压器提供的对交流电源瞬态过电压的保护与任何滤波器一样，甚至更好。但铁磁共振变压器本身会产生严重的输出电压失真和瞬态过电压，这可能造成比交流电源连接不当更严重的后果。即使这种UPS被设计为后备式UPS，铁磁共振变压器也会由于其本身的低效率而产生大量的热量。另外，这些变压器比常规的隔离变压器体积大，因此后备式-铁磁共振UPS通常非常庞大和笨重。
双转换在线式UPS

        这是10kVA以上功率范围的电源最常用的UPS类型，除了主电源路径是逆变器(而非交流主电源)外，其余与后备式设计相同。

        在双转换在线式设计中，输入交流电发生故障并不会激活转换开关，因为输入交流电一直在给备用电池充电，而由备用电池向输出逆变器供电。所以，在输入交流电源出现故障时，无需时间进行在线运行状态转换。

        在这一设计中，电池充电器和逆变器将转换全部的负载功率，并由于产生了更多的热量而导致效率降低。

        这种UPS提供了非常理想的供电输出性能。这一设计的可靠性高于其他设计，但功率部件的持续耗损降低了这种可靠性，而且在UPS的整个生命周期成本中，由于电源效率低下而消耗的电能占据了很大一部分。此外，大型电池充电器获得的输入电源通常是非线性的,可能对建筑供电系统产生干扰或导致备用发电机发生故障。

        Delta转换在线式UPS

        这是10年前引入的技术，它克服了双转换在线式设计的缺点，适用于功率范围5kVA到1.6MW的应用领域。与双转换在线式设计相似，Delta转换在线式UPS始终由逆变器提供负载电压。然而，附加的Delta转换器也向逆变器输出供电。在交流电源出现故障或受到干扰的情况下，这种设计所表现出的行为与双转换在线式设计完全相同。

        UPS类型总结

        下表介绍了不同UPS类型的特征。UPS的特性(如效率)是由您选择的UPS类型决定的。由于技术应用和生产质量对于特性(如可靠性)的影响更大，因此，除了考虑设计特性之外，还必须对以下因素进行评估。

        适用电源功率

        范围(kVA)

        电压调节功能单位功率

        成本/VA

        效率逆变器是否

        始终运行

        后备式0-0.5低低非常高否

        在线互动式0.5-5依赖于设计中非常高依赖于设计

        后备式-铁磁共振3-15高高低-中否

        双转换在线式5-5000高中低-中是

        Delta转换在线式

        5-5000高中高是

        各种类型UPS的工业应用

        随着时间的推移，目前业内的UPS产品逐渐包括上述各种类型的设计。

        不同UPS类型具有不同的特性，这使得它们能够适用于不同的应用领域。APC产品系列反映了这种多样性，如下表所示：
不同类型的UPS适合不同的用途，没有一种类型的UPS适合所有的应用领域。本文的目的是比较目前市场上不同UPS拓扑结构的优缺点。