UPS的发展趋势

日期： 2021-03-25

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UPS自问世以来,已从初的动态发电式,经采用SCR的静止型UPS,发展到现在采用全控型功率器件的具有智能化的UPS产品。目前,电源技术人员对UPS的拓扑结构、使用的器件和材料.采用的控制方法和手段等方面的研究仍在不断深入,旨在提高UPS产品的性能、拓宽其应用领域、提高其可靠程度、增强其适应能力。根据现在的研究结果,可以预期小型UPS产品今后的发展主要围绕以下几个方面进行。

高频化

UPS的高频化一方面是指逆变器开关频率的提高,这样可以有效地减小装置的体积和重量,并可消除变压器和电感的音频噪声,同时可改善输出电压的动态响应能力。由于新型开关器件IGBT的广泛使用,中小容量UPS逆变器的开关频率已经可做到20kHz左右,大容量UPS逆变器由于受开关损耗的限制,为了***系统的整体效率,其开关频率只有10kHz左右。

在中小容量UPS中,为了进一步减小装置的体积和重量,须去掉笨重的工频隔离变压器,采用高频隔离是UPS高频化的意义所在。高频隔离可采用两种方式实现,一是在整流器与逆变器之间加一-级高频隔离的DC/DC变换器,另一种是采用高频链逆变技术,分别如图0-7 (a)和(b )所示。在大容量UPS中不适合于采用高频隔离。

图0-7 ( a )所示为在通用双变换在线式UPS中插入一级高频DC/DC隔离变换构成的高频隔离UPS ,其特点是结构简单, 控制方便。缺点是系统中存在两级高频变换,导致整个装置损耗增加,效率明显降低。图0-7 ( b )所示的高频链逆变器形式解决了这个问题,它将高频隔离和正弦波逆变结合在一起,经过一级.高频变换得到100Hz的脉动直流电,再经一级工频逆变得到所需的正弦波电压。相对于高频直流隔离来说,高频链逆变器形式只采用了一级高频变换 ,提高了系统效率。但是,这种形式控制相对复杂,目前多处于研究阶段,只在小容量UPS中有部分应用。

绿色化

随着现代电力电子制造技术的发展,许多高性能、低污染和利用电能的现代电力电子装置不断涌现,例如网侧电流非常接近正弦的程控开关电源、具有高功率因数的系列化UPS、系列化的IGBT变频调速器、高频逆变式整流焊机以及兆赫级DC/DC变换器、电子镇流器等。

要实现UPS产品的绿色化,主要的工作是提高网侧功率因数以减少电力污染,其次是利用先进的变换技术改善功率开关器件的工作状态,以降低功率开关器件的损耗和开关器件在开与关过程中所产生的干扰。对小型UPS而言,要提高其网侧功率因数,可采用有源功率因数校正( APFC )方法,成熟的就是采用升压型( Boost )功率因数校正( PFC) , 基本结构如图0-8所示。要改善功轩关器件的工作状态、提高变换效率、减少干扰,可以利用软开关技术使功率开关器件工作在软开关状态。