雙轉(zhuǎn)換在線式UPS的獨(dú)特COTS應(yīng)用

隨著我們的軍隊(duì)和政府繼續(xù)面臨保護(hù)公民和士兵的困難，重點(diǎn)放在快速實(shí)施新開發(fā)的技術(shù)上。一個(gè)例子是軍方推動(dòng)立即基于技術(shù)的系統(tǒng)來解決伊拉克和阿富汗的簡易爆炸裝置（IED）問題。最近，國土安全部與公司簽訂了合同，開發(fā)先進(jìn)的設(shè)備來保護(hù)美國邊境。這些系統(tǒng)以及許多其他系統(tǒng)必須在國內(nèi)和全世界部署。為了加快其開發(fā)和部署，工程師已將 COTS 計(jì)算機(jī)、電源和其他電子設(shè)備集成到這些系統(tǒng)中，這些電子設(shè)備設(shè)計(jì)用于在 120 VAC 的家用電源下工作。起初，他們對電源兼容設(shè)備的選擇似乎有限，因?yàn)閲鴥?nèi)可用的COTS設(shè)備可能必須在國際電壓和頻率下運(yùn)行。由于該設(shè)備的復(fù)雜設(shè)計(jì)，需要超清潔，可靠的電力。

嵌入現(xiàn)有的 COTS 雙轉(zhuǎn)換在線不間斷電源 （UPS） 技術(shù)可以幫助設(shè)備制造商和工程師以低成本解決這些電源問題。這種類型的UPS技術(shù)非常靈活，因?yàn)樗梢蕴峁┎婚g斷的電源備份，除了提供卓越的交流輸出電壓調(diào)節(jié);浪涌、瞬態(tài)和過壓保護(hù);頻率調(diào)節(jié);變頻;輸入功率因數(shù)校正;對于某些型號，相位轉(zhuǎn)換。

雙轉(zhuǎn)換在線式UPS設(shè)計(jì)概述

雙轉(zhuǎn)換在線式UPS采用連續(xù)負(fù)載逆變器電路設(shè)計(jì)。逆變器在從輸入的公用電源工作時(shí)產(chǎn)生新的正弦波輸出功率，或者當(dāng)不可用時(shí)，從其內(nèi)部或外部電池源工作。輸入的交流電 （AC） 公用設(shè)施或發(fā)電機(jī)電源被整流為未穩(wěn)壓的直流電 （DC） 并進(jìn)行濾波。此時(shí)也連接了電池。來自實(shí)用程序的非穩(wěn)壓直流電或來自電池的直流電被饋送到調(diào)節(jié)升壓斬波器或DC-DC轉(zhuǎn)換器電路。這為DC-AC逆變器電路的輸入提供合適電壓的穩(wěn)壓功率。然后，DC-AC逆變器電路再生干凈，嚴(yán)格調(diào)節(jié)，真正的正弦波交流電源，供連接的設(shè)備使用。該器件提供額外的旁路電路，允許在過載條件下或在 UPS 發(fā)生故障時(shí)將輸入的市電“旁路”到 UPS 輸出。

將污染電力轉(zhuǎn)換為清潔電力

雙轉(zhuǎn)換在線式UPS是解決公用事業(yè)或發(fā)電機(jī)電源產(chǎn)生的電力問題的理想選擇：其設(shè)計(jì)允許將“污染”電力轉(zhuǎn)換為清潔電力。

1. 壓差

2. 噪聲和諧波

3. 波形失真

4. 頻率不穩(wěn)定性 ［交流正弦波（頻率）之間的 A 和 B 持續(xù)時(shí)間不同。

不間斷電源能力

當(dāng)市電丟失時(shí)，連接的電池電源只是作為能量源接管，而不會(huì)產(chǎn)生與其他低成本離線或線路交互式UPS設(shè)計(jì)相關(guān)的切換壓差。

對于60 Hz的國內(nèi)電源，1 Hz的持續(xù)時(shí)間為16.66毫秒。真正的雙轉(zhuǎn)換在線式UPS在電池僅接管電源時(shí)發(fā)生市電損耗時(shí)，輸出功率不會(huì)中斷。此外，由于在線UPS具有連續(xù)負(fù)載逆變器電路，因此延長或長期電池模式操作不是問題。

交流輸出電壓調(diào)節(jié)

由于在線UPS在從公用電源和電池電源運(yùn)行時(shí)再生新的交流電源，因此通常保持連續(xù)±2%或更好的輸出電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)UPS通過公用設(shè)施或發(fā)電機(jī)電源工作時(shí)，在UPS的整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)保持±2%的輸出電壓調(diào)節(jié)。這可確保防止持續(xù)的公用事業(yè)掉電和過壓情況，同時(shí)保持所連接關(guān)鍵設(shè)備的最佳電壓和功率水平。

浪涌、瞬態(tài)和過壓保護(hù)

在線UPS設(shè)計(jì)在輸入的公用電源和敏感設(shè)備之間放置了幾層有源電子電路。這為設(shè)備提供了卓越的浪涌、瞬態(tài)和過壓保護(hù)。

相比之下，離線和線路交互設(shè)計(jì)不提供這些有源電子層，而是依賴于功能有限的低成本浪涌保護(hù)器件。在過壓條件下，它們切換到電池操作，從而限制了其在此條件下的工作時(shí)間。在過壓或欠壓條件反復(fù)發(fā)生的位置，離線和線路交互的UPS電池可能會(huì)完全放電，使UPS無用。

頻率調(diào)節(jié)

大多數(shù)在線UPS裝置的出廠配置有輸出頻率，使其與輸入的市電頻率同步。在大多數(shù)國內(nèi)應(yīng)用中，這是可以接受的。但是，如果輸入功率由發(fā)電機(jī)提供，則應(yīng)將UPS配置為具有固定頻率或非同步輸出。發(fā)電機(jī)源因頻率漂移和偏移而臭名昭著，如果通過UPS，可能會(huì)導(dǎo)致某些設(shè)備運(yùn)行不可靠。將聯(lián)機(jī) UPS 配置為非同步操作可防止此問題。同時(shí)，由于離線和線路交互式UPS將輸入的公用電力直接傳遞到連接的設(shè)備，因此它們無法針對輸入的發(fā)電機(jī)頻率問題提供任何保護(hù)。

變頻

一些在線UPS型號進(jìn)一步采用非同步工作模式，設(shè)計(jì)為作為真變頻器運(yùn)行，無論輸入頻率如何，都能提供50、60和400 Hz輸出頻率。在線UPS技術(shù)已被用作一些KC-135同溫層加油機(jī)中的400 Hz至60 Hz變頻器。他們將飛機(jī)功率產(chǎn)生的400 Hz更改為60 Hz單相功率，以便為附加計(jì)算機(jī)和基于微波的電子戰(zhàn)子系統(tǒng)供電。離線或線路交互式UPS不能用于變頻應(yīng)用。

輸入功率因數(shù)校正

如今，大多數(shù)基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備都集成了內(nèi)部開關(guān)模式電源。這些電源的輸入電路通常由基本整流器和濾波電容級組成。這些設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是從連接的公用電源中吸收非線性電流。這是由于大輸入濾波電容器在交流波形峰值附近吞咽充電電流造成的。在飛機(jī)或建筑物中，多個(gè)設(shè)備由同一電源或電氣面板供電，這些非線性負(fù)載產(chǎn)生的電流諧波可能會(huì)上升到導(dǎo)致過度布線加熱或令人討厭的斷路器跳閘的水平。諧波還可能對在同一電力系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和其他敏感電子設(shè)備造成干擾。

典型的在線UPS使用與開關(guān)模式電源相同的輸入整流器和濾波器級。但是，許多型號都提供額外的輸入功率因數(shù)校正（PFC）電路。輸入PFC電路檢測輸入的電壓和電流波形，并進(jìn)行調(diào)整以保持其相位關(guān)系，從而消除大多數(shù)非線性。連接到 UPS 輸出的任何設(shè)備也將校正其輸入功率因數(shù)。

一些軍用 COTS 要求規(guī)定，所提供的設(shè)備符合傳導(dǎo)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn) CE102。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該設(shè)備將導(dǎo)致小于3%的電流失真（在任何單個(gè)諧波下）傳回輸入電源。工程師應(yīng)該知道，盡管COTS在線UPS具有輸入功率因數(shù)校正功能，但由于使用的低成本電路，它可能不符合CE102規(guī)范。

相位轉(zhuǎn)換

某些 COTS 在線式 UPS 型號將接受 400 Hz 三相源，同時(shí)提供 60 Hz 單相輸出。小型400 Hz便攜式和飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)對相位負(fù)載不平衡很敏感。如果相位之間沒有保持可接受的負(fù)載平衡，電力系統(tǒng)諧波水平可能會(huì)增加到導(dǎo)致斷路器“令人討厭的跳閘”和電機(jī)過熱的水平。此外，諧波可能會(huì)對從同一電源總線運(yùn)行的敏感設(shè)備造成干擾。隨著越來越多的COTS單相設(shè)備作為低成本解決方案安裝，相位平衡通常不容易實(shí)現(xiàn)。COTS三相至單相UPS或相位轉(zhuǎn)換器是解決這些問題的理想解決方案。這些裝置允許連接一個(gè)或多個(gè)單相、115-120 VAC、50、60 或 400 Hz 設(shè)備，同時(shí)從 400 Hz 三相電源獲取平衡的功率。

雙重轉(zhuǎn)換：一種有效的補(bǔ)救措施

雙轉(zhuǎn)換在線技術(shù)是一個(gè)靈活的COTS平臺。無論是直接現(xiàn)成使用還是由UPS制造商修改，它都可以為其他方法可能不容易解決的困難電源問題提供快速，經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

審核編輯：郭婷