UPS的電路結(jié)構(gòu)及性能特點

二、 四種電路結(jié)構(gòu)UPS的性能特點
　　四種結(jié)構(gòu)形式的UPS并存，這是目前UPS技術(shù)和市場的現(xiàn)實，這種現(xiàn)象是在對UPS使用要求不斷提高和UPS技術(shù)不斷進步的過程中形成的，如果從技術(shù)先進性、主要性能指標（對電網(wǎng)的適應(yīng)能力，輸出能力和可靠性）的優(yōu)劣、輸出功率等級、生產(chǎn)成本、不同的使用場合等方面做一下綜合性的比較，可以肯定，雖然這四種類型的UPS將并存下去，但必然會在使用過程中不斷改進技術(shù)，提高性能，當然，優(yōu)勝劣汰也是在所難免的。
　　但是，由于UPS功能概念發(fā)生了變化,對UPS硬件技術(shù)提出更高的要求,這種要求可用實用、可靠四個字來概括，換句話說，目前的UPS的各種性能指標，雖然基本上可以滿足作用者的要求，但還有很多局限性和不足之處。
UPS做為一級供電設(shè)備，在性能指標方面，應(yīng)該滿足哪些供電設(shè)備（使用者）的要求，應(yīng)該對負載做出什么樣的承諾呢，就目前情況看，這個問題既明確，似乎是不言而喻的事，但又存在著對使用者的誤導現(xiàn)象，造成在評價一臺UPS性能優(yōu)劣時的好壞不分、良莠不齊的現(xiàn)象。
下面的幾種傾向和觀點是值得研制生產(chǎn)者和使用者注意的：
1、 不應(yīng)該過分追求對常規(guī)指標的高標準要求
所謂常規(guī)指標，是指諸如輸出電壓穩(wěn)定精度、失真度、頻率穩(wěn)定精度、相差（三相）、電壓平衡度（三相）、轉(zhuǎn)換時間（后備式UPS以及在線式向旁路轉(zhuǎn)換）、動態(tài)響應(yīng)等，這些指標代表了UPS輸出電壓的質(zhì)量。事實上，當前各品牌的UPS在這些指標方面都已達到了很高的標準，對滿足負載的要求來說，已綽綽有余，是否可以這樣說，這些常規(guī)指標是供電設(shè)備輸電電壓指標性能必須具備但并不苛刻的條件，可是令人擔心的是，當前一些UPS廠家多以這些指標的高標準做為自己品牌的UPS的質(zhì)量標志，而用戶也常常以這些規(guī)格指標的優(yōu)劣做為評價和決定是否選購的條件。

2、 不應(yīng)該輕視甚至忽視對UPS輸出能力和可靠性的考察
UPS做為一級供電設(shè)備，首先要求它在復雜的電網(wǎng)環(huán)境下能正常投入運行，并且不對電網(wǎng)造成干擾和破壞；二是要全面的改善電網(wǎng)質(zhì)量；三是要考察它的輸出能力和可靠性。特別是第一點和第三點，當前的UPS還有很多不足之處。對于電網(wǎng)環(huán)境，輸入電壓可變范圍不夠，（例如±15%）不能適應(yīng)我國電網(wǎng)電壓
變動幅度較大的實際情況，UPS輸入功率因數(shù)低（例如0.8左右），輸入電流諧波大（≥10%），對電網(wǎng)電壓有干擾和破壞作用，至于輸出能力，存在的局限更明顯，與真正的電網(wǎng)供電能力相比要差得多，例如對特殊負載，諸如強容性負載，強感性負載，非周期性沖擊負載，周期性沖擊負載，負載故障乃至人為誤操作故障所造成的對UPS輸出的破壞性威脅。如果直接用電網(wǎng)供電，電網(wǎng)容量以及配電部件（變壓器、開關(guān)、保險等）是可以承受的。而用UPS供電則沒有把握，事實上，UPS往往是在啟動過程和上述特殊負載和故障中損壞的。在使用中，使用者要用前級附加交流穩(wěn)壓設(shè)備解決UPS（特別是大功率UPS）允許電網(wǎng)電壓變化范圍不夠大的問題，至于輸入功率因數(shù)低和諧波電流大，只能無可奈何的任其存在了。在輸出能力方面，UPS廠家對負載提出了種種限制，例如輸出電流峰值系數(shù)（一般不能超過3:1）、非周期性沖擊負載（增加UPS配電容量）、負載功率因數(shù)（一般在0.8左右，使UPS標定的KVA≠KW）
等，同真實的電網(wǎng)相比，這些限制是不應(yīng)該有的，這些限制反映了UPS輸入輸出能力的局限性，應(yīng)該說，輸出能力和可靠性才是UPS硬件技術(shù)最關(guān)鍵的指標。
3、 關(guān)于轉(zhuǎn)換時間的問題
廠家的宣傳和媒介的誤導，使用戶錯認為在線式UPS沒有轉(zhuǎn)換時間，沒有轉(zhuǎn)換時間的UPS的性能就高人一等。這是一種偏見，請看下面兩個事實：

第一：后備式UPS只在市電掉電一種情況下存在轉(zhuǎn)換時間，而在線式UPS不僅在逆變器故障時存在逆變====旁路的轉(zhuǎn)換時間，由于逆變器輸出能力有局限，當負載故障、過載和啟動時（存在沖擊電流）也存在向旁路的轉(zhuǎn)換時間。
第二：當負載輸入端存在整流濾波電路（例如計算機）時，負載輸入電流只在正弦波電壓峰值時存在，電流脈沖寬度只有3-4ms（與負載量及電路參數(shù)有關(guān)），也就是說, 每10ms期間，就有6-7ms是斷電的，每秒鐘要斷電100次，從這個意義上看，不間斷電源是不存在的，或者說是不必要的。問題在于UPS轉(zhuǎn)換時間的大小，一般計算機輸入整流濾波電路的貯能可維持負載供電的時間為幾十毫秒。而目前后備式UPS的轉(zhuǎn)換時間都能控制在4ms以下，對負載基本上不造成任何影響。
4、 關(guān)于UPS的輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波
　 雙逆變在線式UPS，其AC/DC逆變器多為整流濾波電路，它的輸入功率因數(shù)低，一般只在0.8左右，輸入電流諧波大，可達30%，加專門濾波措施后，也僅能降到10%。輸入功率因數(shù)低，意味著輸入無功功率大，輸入諧波電流則干擾破壞電網(wǎng)，特別是三相大功率UPS。這兩項指標的危害很大，形成所謂的電力公害，使由同一電網(wǎng)供電的變壓器、電動機、電容器等產(chǎn)生附加諧波損耗、過熱、加速絕緣老化；引起異步電動機轉(zhuǎn)矩降低，振動加劇，噪聲增大；引起繼電器和自動裝置誤動作；高次諧波對通訊線路、測量儀器產(chǎn)生輻射干擾；影響電能計量的精度等。所以，UPS的輸入功率因數(shù)和輸入諧波電流應(yīng)被視為重要性能指標之一，應(yīng)該把輸入功率因數(shù)>0.95，輸入電流諧波5%，做為判定UPS性能指標是否合格的標準之一。 5、 關(guān)于UPS的頻率穩(wěn)定度
　　UPS的輸出的常規(guī)指標中有頻率穩(wěn)定精度一項，特別是雙逆變在線式UPS，把此指標標定為±1%(甚至是0.1)，但這只是在市電掉電后由電池供電時的情況，UPS萬分之九十九的時間是在有市電的情況下運行時，此時UPS無頻率穩(wěn)定可言。在線式UPS為防止由逆變器轉(zhuǎn)旁路時因逆變器輸出短路而損壞，在正常運行時，要求逆變器工作頻率和相位都是要跟蹤輸入電網(wǎng)電壓的，所以標識UPS頻率穩(wěn)定的高指標是沒有意義的，況且，一般電子設(shè)備在輸入電源頻變化范圍為±3%時絲毫不影響其正常工作。
6、 關(guān)于效率與可靠性
UPS的工作效率高時，意味著節(jié)省電能，是綠色電源的標識之一。但還應(yīng)該注意到效率與可靠性是密切相關(guān)的，效率高意味著電路技術(shù)先進，元器件選用得好，意味著功率器件功率損耗小，功率強度小，溫度低，這必然會增強元器件乃至整機的壽命和可靠性。
7、 輸出能力與可靠性
輸出功率因數(shù)、輸出電流波峰系數(shù)、輸出過載能力、輸出不平衡負載的能力等指標，直接反映了UPS的輸出能力，對這些指標的限制，說明了UPS輸出能力的局限性和脆弱的一面，盡管在配置UPS容量時盡可以使負載量滿足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但這些指標卻直接反映了UPS的可靠性。過載能力強的，允許輸出電流波峰系數(shù)高的，對負載功率因數(shù)限制小的，在同樣電網(wǎng)環(huán)境和負載條件運行，其可靠性必然高，這是毋容置疑的道理。
　　下表是在市電存在的情況下對各類UPS運行參數(shù)的比較，當市電掉電轉(zhuǎn)為由電池供電時，各類UPS都是由DC-AC逆變器供電，運行參數(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別。