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UPS整流器工作原理
UPS（不间断电源）是一种用于保护电子设备免受电力波动影响的电源设备。
UPS的整流器是其核心部件之一，其工作原理如下：
1. 市电输入：市电通过UPS电源的输入端进入整流器。
2. 直流电压生成：整流器将市电转化为直流电压，通过滤波电容器得到稳定的直流电压，并存储在电池组中。
3. 直流输出：当市电正常时，UPS输出稳定的直流电压给负载设备供电，同时电池组充电。
当市电停电或电压波动时，UPS自动切换到电池组供电状态，保证负载设备的正常运行。
整流器的工作原理可以分为两个阶段：
1. 第一阶段是正向整流：市电通过整流桥进行正向整流，将交流电转化为单向的直流电。
2. 第二阶段是反向整流：当市电电压下降或突然停电时，UPS通过反向整流桥进行反向整流，将存储在电池组中的直流电转化为反向的交流电，供给负载设备使用。
UPS的整流器通常采用可控硅整流器或IGBT整流器，具有高效率、低损耗、稳定可靠等特点。
同时，UPS的整流器还具有保护功能，可以在市电电压过高或过低时自动保护，避免对负载设备造成损害。
UPS工作原理UPS（不间断电源）是一种能够在电力中断或电压波动时提供临时电力供应的设备。
它在许多领域中起着重要的作用，包括计算机数据中心、医疗设备和通信基础设施等。
了解UPS的工作原理对于理解其功能和应用至关重要。
一、UPS的基本原理UPS的基本原理是将电能转换为其他形式的能量储存起来，以备用电源在需要时供应。
它主要由三个关键组件组成：整流器、电池和逆变器。
1.1 整流器整流器是UPS的第一个组件，它将交流电转换为直流电。
它通常采用整流器桥，通过将交流电的正负半周期分别转换为直流电，然后通过滤波电路来消除电流中的脉动。
1.2 电池电池是UPS的第二个组件，它用于储存电能。
当电网供电正常时，电池会通过整流器进行充电。
一旦电网供电中断，电池就会被自动切换到逆变器，以提供临时的电力供应。
1.3 逆变器逆变器是UPS的第三个组件，它将直流电转换为交流电。
当电网供电中断时，逆变器会从电池中提取直流电并将其转换为交流电，以供应给与UPS连接的设备。
逆变器还需要滤波电路来消除输出电流中的脉动。
二、UPS的工作模式UPS通常有三种工作模式：在线模式、线交互模式和离线模式。
2.1 在线模式在线模式是UPS的最常见工作模式。
在这种模式下，UPS始终将电力从电池中转换为交流电，然后供应给与其连接的设备。
当电网供电中断时，UPS会自动切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
2.2 线交互模式在线交互模式是一种折中的工作模式。
在这种模式下，UPS将电力从电网传输到设备，但同时也会将电力储存在电池中。
当电网供电中断时，UPS会立即切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
2.3 离线模式离线模式是一种较简单的工作模式。
在这种模式下，UPS将电力直接从电网传输到设备，而不经过电池。
当电网供电中断时，UPS会立即切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
三、UPS的容量和备份时间UPS的容量是指其能够提供的最大功率。
它通常以千瓦（kW）或千伏安（kVA）来表示。
UPS的工作原理UPS（不间断电源）的工作原理UPS（不间断电源）是一种用于提供电力备份和稳定电源的设备。
它在电网供电正常时，将电能转换为直流电，并储存在电池中，同时通过逆变器将直流电转换为交流电以供给电器设备使用。
当电网供电中断或电压异常时，UPS会立即启动，将储存在电池中的电能转换为交流电，以保证电器设备的正常运行。
以下是UPS工作原理的详细解释。
1. 输入阶段：UPS的输入阶段主要包括滤波器和整流器。
滤波器用于去除电网中的电压波动和干扰，确保电源输入的稳定性。
整流器将交流电转换为直流电，并通过充电器将直流电充入电池中。
2. 电池阶段：电池是UPS的核心组成部分。
它存储电能，以备电网供电中断时使用。
UPS通常使用铅酸蓄电池，其容量和数量根据用户需求和UPS功率大小而定。
电池充电器会监测电池状态，并确保电池始终保持充满状态。
3. 逆变器阶段：逆变器是UPS的关键组件，它将直流电转换为交流电。
当电网供电中断或电压异常时，逆变器会自动启动，并从电池中提取直流电，经过逆变过程将其转换为稳定的交流电。
逆变器还需要提供稳定的电压和频率输出，以满足电器设备的要求。
4. 输出阶段：输出阶段包括输出滤波器和输出稳压器。
输出滤波器用于去除逆变器输出中的杂散噪声和干扰，确保电器设备获得干净的电源。
输出稳压器则用于调整输出电压，保持在设定范围内，以防止电压波动对设备造成损害。
5. 控制和监测：UPS还配备了控制和监测系统，用于监测电网状态、电池状态以及UPS本身的工作状态。
它可以实时监测电网电压、频率和波形，以及电池的充放电状态。
当电网供电中断或电压异常时，控制系统会立即切换至逆变器供电，并向用户发送警报通知。
总结：UPS的工作原理是通过输入阶段将电能转换为直流电并储存在电池中，然后通过逆变器将直流电转换为交流电供电器设备使用。
当电网供电中断或电压异常时，UPS会自动启动并从电池中提取电能，以确保设备的持续供电。
控制和监测系统用于实时监测电网和电池状态，并提供警报通知。
UPS电源专用滤波器介绍
对大功率UPS电源，尤其整流装置为三相全控桥6脉整流器的UPS电源，其整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%，谐波能造成配电线缆、变压器发热，降低通话质量，空气开关误动作，发电机喘振等不良后果，对电网的危害很大。
针对上述可能的问题，在了解UPS电源的工作原理的基础上，开发的UPS电源专用滤波器，较好的解决了上述问题。
谐波种类及危害
UPS电源所产生的谐波，按电流相序可以分为
1、+序
3k+1次，k为0和正整数;，+序电流使损耗加重;
2、-序
3k+2次，k为0和正整数;-序电流使电机反转、发热;
3、0序
3k次，k为正整数;0序电流使中线电流异常增大。
产品特点
1、选型简单方便
只需要知道负载的额定工作电压和功率，不需要知道谐波电流的数值及系统的参数，就可以选出自己所需要的UPS专用滤波器;
2、免维护
UPS电源专用滤波器对于上游的谐波电流呈现高阻，从而不会吸收上游的谐波电流，没有过载的风险;在任何情况下不会与系统发生谐振;发出的容性无功功率小于额定功率的20%，保证在负载较轻时，不会发生无功功率过补现象;输出端电压保持在输入电压的±5%;性能稳定、可靠性高;现场安装后不需要任何调试，确保总谐波电流畸变率THID<10%，因此，在一定年限(一般为3年)内不需要维护;
适用场合
UPS电源专用滤波器，除适用于大功率三相全控桥6脉整流器的UPS电源外，也适用于三相全控桥6脉整流器的变频器、中频炉等设备，能够有效滤除各种非特征波;
(本文转自电子工程世界：/dygl/2011/0410/article_5111.html)。
UPS的功能与分类介绍1、ＵＰＳ的功能ＵＰＳ具有以下功能：（1）电网正常时，市电电压通过ＵＰＳ稳压后给负载供电，同时对ＵＰＳ中的蓄电池充电。
（2）电网异常时，ＵＰＳ中的逆变器及时将蓄电池内的直流电能转换成交流电能，维持对负载的正常供电。
（3）ＵＰＳ能在电网供电和蓄电池供电之间切换，确保对负载的不间断供电，而且可以根据设备的精密程度选择可承受的切换时间。
（4）在ＵＰＳ中，交流输入电压经整流后，加入逆变器，由逆变器给负载供电，如下图所示。
▲ＵＰＳ的隔离功能这样可将电网电压瞬间切断，谐波、电压波动、频率波动以及噪声等干扰与负载隔离，既可以使负载不干扰电网，又使电网中的干扰不影响负载。
2、ＵＰＳ分类（１）按工作方式划分根据ＵＰＳ中逆变器的工作方式，ＵＰＳ可分为后备式和在线式两种。
①后备式ＵＰＳ当市电正常时，市电经ＥＭＣ滤波和交流稳压器给负载供电，同时充电器给蓄电池充电。
市电中断后，逆变器启动，将蓄电池的直流电压转换为交流电压（即ＤＣ／ＡＣ变换）送给负载。
由于市电供电和蓄电池供电相互转换时，需要一定的转换时间，所以后备式ＵＰＳ有短暂的供电中断，转换时间一般要求在１０ｍｓ以内。
此种ＵＰＳ的特点是线路简单、价格便宜，但是由于存在切换时间，输出容易受电网波动的影响，供电质量不高，精密设备不宜采用。
①在线式ＵＰＳ在线式ＵＰＳ分为串联式ＵＰＳ和三端口ＵＰＳ两种。
串联式在线ＵＰＳ在市电正常时，市电经ＥＭＣ滤波滤除电网中的干扰，按照交流电→整流滤波→逆变器方式给负载供电，与此同时，整流滤波后的直流电压给蓄电池充电。
一旦市电中断，ＵＰＳ改由蓄电池→逆变器方式给负载提供高质量电源，实现不间断供电。
这种ＵＰＳ的特点是线路复杂，保护功能和扩展功能强，允许市电电压和频率范围宽，可满足用户的较高要求，但价格较高。
三端口ＵＰＳ的结构如下图所示，其结构采用了双向变换器。
▲三端口ＵＰＳ结构市电正常时，双向变换器起整流作用，对蓄电池进行浮充充电（充电电路和蓄电池以并联方式工作），市电经变压器直接输出给负载；市电中断时，双向变换器起逆变器作用，蓄电池的直流电压由双向变换器变成交流电压，经变压器输出给负载。
ups功能UPS（Uninterruptible Power Supply）又叫不间断电源，是一种用于保护电子设备免受电力故障影响的装置。
该设备通过将电能储存于内置电池中，当外部输送电源中断或电压波动时，UPS即刻切换至内置电池供电，以确保设备继续正常工作。
以下是UPS的一些主要功能：1. 电力保护：UPS可以保护设备免受电力故障的影响，如电压波动、电力中断、频率波动等。
当发生电力故障时，UPS能迅速切换至备用电池供电，以保证设备正常运行。
2. 稳定输出电压：UPS内置的电压调节器和滤波器能确保设备得到稳定的输出电压，避免设备受到电压不稳定造成的损坏。
尤其对于对电压波动敏感的设备，如计算机、服务器、通信设备等，UPS能提供稳定输出电压以保护这些设备。
3. 瞬时功率输出：UPS具备一段时间内（通常为几分钟至数小时）的瞬时功率输出能力。
在供电中断后，UPS能立即提供电力，给用户足够的时间进行紧急保存文件、备份数据、完成当前操作等。
4. 干净的电源：UPS通过内置的滤波器和稳压器，减少电力干扰和噪声，提供干净的电源品质。
这对于一些精密的电子设备，如医疗设备、实验仪器、音频设备等，非常重要，以确保其正常运行和准确的结果。
5. 远程管理：大多数UPS都具备远程管理的功能，用户可以通过网络或其他远程控制方式进行监控和管理UPS的状态。
这对于运维人员而言，非常重要，可以从远程控制中心实时监测UPS的状态、电池容量、负载情况等，以及对其进行设置和操作。
除了以上主要功能外，一些高级的UPS设备还可以提供更多的功能，如：6. 自我诊断和故障检测：UPS能够自动进行故障检测和诊断，以及提供相应的错误提示，方便运维人员快速定位问题并进行修复。
7. 定时开关机：用户可以根据需求设置UPS的定时开关机功能，以节约能源和延长设备寿命。
8. 数据线保护：UPS通常还通过内置的保护装置（如防雷击、浪涌保护等）来保护数据线不受电力故障影响，以避免数据丢失和损坏。
近年来，随着电子信息行业的迅速发展，相关的场地环境需求也紧随计算机等设备的需求而提高，尤其在电力方面，已经由过去简单地提供电源发展到提供高质量的绿色电源上，特别是在诸如国家气象信息中心这样的高密度计算机房中，电能质量已经成为一个不容忽视的问题，电源的质量直接影响到计算机的存储和运行。
当前，电能质量主要存在以下一系列问题:谐波畸变、断电、过(欠)电压、电压暂降、瞬变、浪涌等，引发这些问题的原因一方面来自基础设施共享，如电网中的一个故障影响到该电网中的其它用户，另一方面，来自用电设备自身。
当前，由于设备普遍采用开关电源器件，导致负载电流波形严重畸变，呈现非正弦波形，加之供电线路存在一定的阻抗，电流波形使电压波形发生畸变，该电压波形会严重污染上一级电网。
鉴于以上这些情况，电能质量问题已成为电源工作者面临的一个难题。
1 UPS产生的谐波1.1 谐波概念及危害在理想的电力系统下，电压和电流波形都是光滑的正弦波，而实际上，当用电设备为非线性负载时，例如:开关型电源、电子镇流器、变速传动装置、 UPS等，电流波形就会呈现非正弦波。
具有基波电源频率整数倍频率的电压或电流称为谐波。
通过对波形进行傅立叶级数展开可知:任何周期性的波形都可以分解成一个基波频率的正弦波和多个谐波频率的正弦波，对于对称波形，所有偶次谐波为零。
由谐波引起的危害可分为谐波电流引起的危害和谐波电压引起的危害。
谐波电流引起的危害包括3N次谐波电流在中线的叠加致使配电电缆必须降容使用、变压器的损耗增大、谐波使断路器误跳闸等;谐波电压引起的危害主要包括电压畸变影响电子设备的正常运行和过零噪扰等。
1.2 UPS产生谐波机理与电力电子装置有关的原始波形几乎都是非正弦的，波形都含有谐波分量，UPS 是其中的一个代表，UPS的整流方式是产生谐波的一个重要原因，在理想情况下，认为交流电源是三相对称工频正弦波电压，忽略供电电源自身的谐波，同时也不考虑脉冲桥式整流电路换相重叠角的影响，忽略直流回路电流纹波的影响并假定电路的触发脉冲对称、导通角α相等，在上述理想条件下，当装置处于稳定工作状态时，通过开关函数法将被分析波形表示成一系列已知波形与开关函数的乘积和的形式，将其中的已知波形与开关函数都展开成级数的形式，再对乘积和进行整理化简，最后将被分析的波形表示成级数的形式，以便于讨论其中谐波的级次与含量。
1.3 UPS整流产生谐波的特点UPS整流产生谐波可分为整流直流电压谐波和电源侧的电流谐波，对于多脉冲整流电路，可以得到如下结论:对于直流侧电压:(1)电路的总脉冲数越多，在直流端电压波形中谐波抵消得越多，直流侧电压波形越好;(2)在系统直流侧电压中出现的谐波频率为电压脉冲数的整数倍，谐波级次n=pm。
例如6脉冲电路，电压谐波频率为6m倍输入频率;(3)谐波次数越低，谐波幅值越大。
对于交流侧电流:(1)对于理想的p脉冲整流器，在交流侧只有下列次数的谐波电流：n=Pm±1次，式中m=1，2，3，…。
各个谐波电流分量的幅值为基波电流的l/n。
例如，对于6脉冲整流装置，线电流中只有5、7、11、13、17、19…等奇次谐波，其中5、7次谐波幅值分别为基波电流的1/5和1/7; 对于12脉冲装置，线电流中只有11、13、23、25…等奇次谐波，其幅值也显著减小;(2)增加整流器的脉冲数p，对减小交、直流两侧的谐波分量有决定性影响。
所以，构成脉冲数尽可能大的系统是整流装置减少交、直流两侧谐波电流和谐波电压的根本措施。
本文主要就UPS整流产生的电源侧电流谐波进行分析研究。
2 UPS整流滤波方式与谐波抑制关系2.1 信息中心大功率UPS分类国家气象信息中心共有12台大功率UPS，几乎涵盖了目前市场上各种形式的大功率UPS，根据整流、滤波方式的不同，可将其分成以下几种类型，如表1所示。
整流器件整流方式隔离变压器输入滤波方式UPS典型晶闸管(SVR)6脉冲无无120kVA A品牌 UPS120kVA B品牌 UPS250kVA A品牌 UPS有源滤波+无源滤波300kVA A品牌 UPS12脉冲30°移相变压器11次谐波滤波器300kVA C品牌 UPS原边：三角形副边：星形+三角形11次谐波滤波器13次谐波滤波器625kVA D 品牌 UPSIGBTPWM无无120kVA E品牌 UPS2.2 对6脉冲无输入隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析以250kVAA品牌UPS为代表的6脉冲晶闸管整流UPS，无输入隔离变压器和输入滤波器，通过FLUKEF434电能质量分析仪检测得到该 UPS的谐波频谱分析图及电流波形，如图2所示。
由图可见，输入电流波形严重畸变，A相输入电流总谐波畸变达到45.3%，其中5次谐波占很大成分，A相约为41.5%，7次谐波次之，A相约为13.9%，与前所述的UPS6脉冲整流产生谐波的特点相符，输入功率因数PF(0.79)与基波功率(位移)功率因数COSφ(0.86)的比值较大，即电流畸变因数ζ(0.92)偏离1较大，说明输入电流的畸变较严重。
另外，在电流波形呈现非正弦的情况下，畸变功率D即由谐波电流产生的无功功率也是不容忽视的。
2.3 对12脉冲含有移相隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析对于三角形绕组的变压器，3N次谐波全部同相，因此，3N次谐波电流在绕组里循环，不会向电网扩散，输入隔离变压器对电流谐波有一定的抑制作用。
信息中心两台30OkVAC品牌UPS在原有6脉冲整流的基础上，输入端增加移相变压器后再增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个晶闸管整流完成，这大大减小了UPS的输入谐波电流。
另外，C品牌UPS安装了吸收11次谐波输入滤波器，即将LC串联谐振电路的谐振点调整到55OHz，使整流电路产生的11次谐波大部分流入LC串联谐振回路，从而将流入电网的谐波电路抑制在允许值之内。
为了提高电能质量测试数据可参考度的准确性，将中心所有并联冗余的UPS全部切换到单台UPS供电，这样，提高了单台UPS的负载率，使全部参与比较的几种整流、滤波方式的UPS负载率均在45%~65%之内，使比较的数据受负载率影响较小，更加具有参考性和信服度。
通过电能质量分析可以得到(见图3):30OkVAC牌UPS输入总谐波畸变较小，最高的一相仅为 5.2%，谐波主要以7次为主，且谐波含量较小，输入功率因数不高(仅为0.89)，基波功率因数COSφ(0.89)与总输入功率因数相等，说明电流畸变很小。
2.4 对12脉冲含有输入隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析D晶牌UPS采用12脉冲晶闸管全桥整流电路，两个整流器与输入端均隔离，原边为三角形连接、副边整流器A采用三角形连接，整流器B采用星形连接，该UPS装有智能化的输入滤波器，可根据负载量决定是否投入使用部分滤波电容，对于采用12脉冲整流方式的UPS来说，输入电流的谐波主要以11次、 13次为主，故该UPS滤波器设计即针对11次和13次谐波进行吸收，由电能质量分析图(见图4)可知:对于11次、13次谐波的滤波效果非常好，11 次、13次谐波含量仅为0.3%和0.4%，而总电流谐波畸变也在5.2%以内，电流呈现出较好的正弦波形且输入功率因数高达0.94。
D品牌UPS采用的智能化输入滤波器能有效地净化来自市电电网的脉冲、浪涌电压、尖峰电压、高频电磁干扰等可能对UPS造成的危害，同时也可以减小由整流器所形成的电流谐波对市电电网的谐波污染，并且提高了输入功率因数。
2.5 对脉宽调制整流无输入隔离变压器和输入滤波器UPS的谐波分析脉冲整流器是一种以脉宽调制(PWM)方式工作的整流器，与相控整流器相比具有功率因数高、谐波含量低、交流侧电流接近于正弦，以及整流器动态响应快的优点，国家气象信息中心12OkVAE品牌UPS即为采用IGBT的PWM整流工作方式的UPS，从电能质量分析图中(见图5)可以得出:在负载率为62.2%的情况下，其输入电流总谐波畸变在10.9%以内，以5次谐渡和7次谐波为主，电流波形较接近正弦波，但并不光滑，功率因数很高 (0.94)，符合PWM整流的特点。
但是，经过分析比较可知:PWM整流产生的总谐波畸变大于12脉冲相控整流，与传统的观点认为PWM整流"谐波含量最低"的特点略有差别。
2.6 对6脉冲含有有源+无源输入滤波器UPS的谐波分析300kVAA品牌UPS采用6脉冲整流，无输入隔离变压器，配置了有源滤波器和无源滤波器的混、合滤波器(THM)作为抑制谐波的措施，有源滤波器的基本原理是:通过检测补偿对象的电流i1，经补偿电流检算电路计算出补偿电流的指令信号ic*，该信号作为补偿电流参考值经补偿电流发生电路得到补偿电流实际值ic，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵消(ic=ih)，最终得到期望的电源电流(is=if)。
300kVAA品牌UPS 采用了混合滤波器(THM)，当谐渡含量较大时，有源滤波自动投入，当谐波含量较小时，采用LC无源滤波。
图6和7分别为混合滤波器的原理示意图和 300kVAA品牌UPS的THM示意图，图8和9分别为在混合滤波器THM后端和前端检测到的电能质量分析图，将两图分析比较可知:在混合滤波器后端测量的效果等同于直接测量6脉冲SCR整流器产生的谐波，观察其波形发现它与250kVAA品牌UPS输入波形极其类似。
另外，其总输入谐波电流畸变很大，最高的一相达到47.6%，尤以5次谐波为主(43.6%)，7次谐波次之(17.2%)且输入功率因数很低，仅为0.77。
对比混合滤波器前端的检测数据可知:输入电流波形呈现光滑完好的正弦波，输入总谐波畸变在4.4%以内，3次谐波含量相比略大(3.6%)，其余各次谐波含量都很小。
有源滤波器对谐波的抑制过程可以理解为:由有源滤波器产生以下这种波形的电流，即整流器所需波形的电流减去电网波形电流，总而言之，由有源滤波器提供谐波电流，而非电网提供。
但是，由于有源滤波器自身无法产生任何电能，必须以消耗电网电能的方式来进行谐波补偿，所以，有源滤波与UPS配合使用时具有效率不高的缺点。
3 比较和总结整流、滤波方式输入总谐波畸变输入功率因数优点缺点6脉冲SCR整流很大较低谐波畸变严重12脉冲SCR整流+30°移相变压器+11次谐波滤波器较小高谐波抑制效果较好移相变压器谐波抑制效果不如输入隔离变压器12脉冲SCR整流+输入隔离变压器+11次谐波滤波器+13次谐波滤波器很小最高(1) 输入总谐波畸变很低(2) 功率因数较高(3) 可靠性高、技术成熟(4) 相对成本低体积较大IGBT PWM整流小较低(1) 对谐波有一定的抑制效果(2) 功率因数较高(仅限负载率较高的情况)目前无法生产高功率IGBT整流器6脉冲SCR整流+混合滤波器最小较低谐波抑制效果很好，输入总谐波畸变很低(1) 存在误补偿问题(2) 可靠性不高(3) 系统效率低(4) 成本高对于类似国家气象信息中心这样以大型计算机机房为主要负载的场地环境来说，选用12脉冲晶闸管(SCR)整流方式，配合以11、13次谐波滤波器或者IGBTPWM 整流方式以及6脉冲SCR整流配以混合滤波器的三种形式均可对谐波具有较好的抑制效果但若负载效率较低，则可排除IGBTPWM整流方式，因其在负载率较低的情况下，功率因数也较低。
