UPS的電路結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

二、 四種電路結(jié)構(gòu)UPS的性能特點(diǎn)
　　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(shí)，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(jìn)步的過程中形成的，如果從技術(shù)先進(jìn)性、主要性能指標(biāo)（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(jìn)技術(shù)，提高性能，當(dāng)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(shí)用、可靠四個字來概括，換句話說，目前的UPS的各種性能指標(biāo)，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(biāo)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(fù)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(dǎo)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(diǎn)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(biāo)的高標(biāo)準(zhǔn)要求
所謂常規(guī)指標(biāo)，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(biāo)代表了UPS輸出電壓的質(zhì)量。事實(shí)上，當(dāng)前各品牌的UPS在這些指標(biāo)方面都已達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，對滿足負(fù)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(biāo)是供電設(shè)備輸電電壓指標(biāo)性能必須具備但并不苛刻的條件，可是令人擔(dān)心的是，當(dāng)前一些UPS廠家多以這些指標(biāo)的高標(biāo)準(zhǔn)做為自己品牌的UPS的質(zhì)量標(biāo)志，而用戶也常常以這些規(guī)格指標(biāo)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(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下能正常投入運(yùn)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(diǎn)和第三點(diǎn)，當(dāng)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(shí)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(fù)載，諸如強(qiáng)容性負(fù)載，強(qiáng)感性負(fù)載，非周期性沖擊負(fù)載，周期性沖擊負(fù)載，負(fù)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(shí)上，UPS往往是在啟動過程和上述特殊負(fù)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(fù)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(fù)載（增加UPS配電容量）、負(fù)載功率因數(shù)（一般在0.8左右，使UPS標(biāo)定的KVA≠KW）
等，同真實(shí)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(biāo)。
3、 關(guān)于轉(zhuǎn)換時間的問題
廠家的宣傳和媒介的誤導(dǎo)，使用戶錯認(rèn)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(shí)：

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(dāng)負(fù)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(dāng)負(fù)載輸入端存在整流濾波電路（例如計算機(jī)）時，負(fù)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(fù)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(jī)輸入整流濾波電路的貯能可維持負(fù)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(fù)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(dá)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(xiàng)指標(biāo)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(jī)、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(jī)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(biāo)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(biāo)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)之一。 5、 關(guān)于UPS的頻率穩(wěn)定度
　　UPS的輸出的常規(guī)指標(biāo)中有頻率穩(wěn)定精度一項(xiàng)，特別是雙逆變在線式UPS，把此指標(biāo)標(biāo)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(yùn)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(yùn)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(biāo)識UPS頻率穩(wěn)定的高指標(biāo)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(biāo)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(jìn)，元器件選用得好，意味著功率器件功率損耗小，功率強(qiáng)度小，溫度低，這必然會增強(qiáng)元器件乃至整機(jī)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(fù)載的能力等指標(biāo)，直接反映了UPS的輸出能力，對這些指標(biāo)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(fù)載量滿足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但這些指標(biāo)卻直接反映了UPS的可靠性。過載能力強(qiáng)的，允許輸出電流波峰系數(shù)高的，對負(fù)載功率因數(shù)限制小的，在同樣電網(wǎng)環(huán)境和負(fù)載條件運(yùn)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(yùn)行參數(shù)的比較，當(dāng)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(yùn)行參數(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別。