該種機(jī)型UPS采用晶閘管相控整流,具有成本低、效率高的特點(diǎn)。另外,輸出采用隔離變壓器隔離輸出,保證了系統(tǒng)的安全可靠。在這種UPS中,市電電源經(jīng)過了整流/逆變兩次電力變換,使負(fù)載設(shè)備與市電電源完全隔離。實(shí)際上,UPS接收市電電源進(jìn)行變換和調(diào)節(jié),再生了全新的連續(xù)的高質(zhì)量交流電源,其輸出指標(biāo)如電壓和頻率穩(wěn)定度(靜態(tài)和動態(tài))、波形失真度等都達(dá)到了很高的水平。由于逆變器在市電正常和故障時(shí)均連續(xù)為負(fù)載供電,從市電供電向蓄電池供電的轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生中斷
雙變換UPS中的靜態(tài)開關(guān)是非常重要的部件,因?yàn)樵S多逆變器特別是PWN逆變器的過載能力較差,一般不能承受較大的負(fù)載設(shè)備的啟動電流和負(fù)載短路電流。在這種情況下,逆變器將進(jìn)入限流狀態(tài),故一般不能啟動較大的負(fù)載設(shè)備或在輸出短路時(shí)不能熔斷輸出熔斷器以排除故障。當(dāng)UPS輸出電流大于一定值時(shí),靜態(tài)開關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)換市電電源,利用市電啟動負(fù)載或排除故障。
雙變換UPS中的整流器/充電器、逆變器均為連續(xù)工作,其內(nèi)部的半導(dǎo)體元件長期處于滿負(fù)載狀態(tài),負(fù)載浪涌電流的沖擊也會使半導(dǎo)體元件承受較大的應(yīng)力,造成潛在的故障。因此,雙變換UPS的靜態(tài)開關(guān)和整流器/充電器、逆變器都是非常關(guān)鍵的部件,其半導(dǎo)體元件一般都降額使用或按照冗余方式設(shè)計(jì),以提高系統(tǒng)的可靠性。
雙變換UPS系統(tǒng)的不足
a.輸入紋波電流大
雙變換UPS的輸入端一般采用6脈沖晶閘管相控整流器,有些大功率UPS采用12 脈沖晶閘管相控整流器。這些整流器內(nèi)部的晶閘管整流元件在每個電源周期內(nèi)輪流導(dǎo)通,因?yàn)閾Q相時(shí)連接在交流電源不同相線上的兩個晶閘管在短暫的時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通,造成瞬時(shí)電源相間短路,因而在電源電壓波形上形成了所謂換相凹口,實(shí)際上就是電壓波形失真。
此外,當(dāng)某個整流元件被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),市電電源相應(yīng)的相電壓就突然加到直流側(cè)的濾波電感上,使該相電流突然上升,由于濾波電感足夠大,電流基本上保持恒定,直到下一個整流元件被觸發(fā)導(dǎo)通。結(jié)果形成了脈沖型的輸入電流波形。因此該種電流波形不是平滑的正弦波,這種非正弦波是由基波和諧波分量組成的。輸入端為6脈沖整流器的雙變換UPS的輸入電流中含有5、7、11和13次等諧波分量,總諧波失真(THD)可達(dá)30%以上。采用12脈沖整流器時(shí),含有11,13次等諧波分量,總諧波失真為10%左右。
另外,諧波電流在配電系統(tǒng)中流動時(shí),由于集膚效應(yīng)導(dǎo)致電路阻抗增加,引起附加的損耗,使電纜、配電設(shè)備、熔絲、變壓器和備用發(fā)電機(jī)發(fā)熱,從而導(dǎo)致了系統(tǒng)的可靠性降低。
b. 電源電壓波形失真較大
因此有功功率是固定的。
非線性電路的總功率因數(shù)由相移功率因數(shù)與失真功率因數(shù)兩部分組成。因此,諧波電流越大,總功率因數(shù)越低。低功率因數(shù)將使輸入電流增大,不但產(chǎn)生了附加的配電損耗,而且可能引起斷路非正常跳閘、熔斷器非正常熔斷。
值得指出的是,由諧波電流產(chǎn)生的無功率不可能用常規(guī)的功率因數(shù)校正電容器加以補(bǔ)償。而且諧波電流還有可能引發(fā)系統(tǒng)諧振,因?yàn)殡娙萜髋c系統(tǒng)電感的組合可能在某諧波頻率上發(fā)生諧振,諧振電流會引起電壓失真,使電容器發(fā)熱。
此外,由于雙變換UPS控制方式采用模擬控制,因此容易產(chǎn)生器件參數(shù)飄移。