CN1166045C - 无变换器不间断电源 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种无变换器不间断电源，完全去掉在线式传统UPS中的UPS，只剩下静态开关、蓄电池及其充电控制器，大大提高不间断电源的安全性和可靠性，在保留在线式传统UPS所有必要特征的前提下，其成本、体积、重量、功耗均为零。整机对网侧无干扰，输入端功率因数为1，总谐波畸变THD为零。

Description

无变换器不间断电源
所属技术领域
本发明涉及一种无变换器不间断电源。
背景技术
传统UPS为了构成在线形式，必须外加两路静态开关，每路两个双向可控硅。在UPS正常时，静态开关2接通，UPS输出的交流电压进入用户设备；当UPS故障或定期维护时，静态开关1接通，市电直接进入用户设备，如图1所示。
当今不间断电源的用户设备，都是清一色的计算机及其外设，这些设备都采用了高稳定、高可靠的开关电源，不再一定需要交流供电，用不着把交流市电和蓄电池的直流电压来来回回瞎变。电能七变八变，最后所剩无几，还要集中全世界的精英，来琢磨一些浪费电能的新方法，因此，UPS的存在就是对资源、能源和人力的浪费。
电力供电系统不断完善，一年之间难得仃电几次，但由于传统UPS变得越来越复杂，本身所产生的故障，使得用户设备断电的次数比电力系统仃电的次数还要多，这就意味着，不采用UPS，反而比采用UPS更安全，采用UPS的结果，相当于引入了更多的不安全因素，这是对当今UPS界的最大讽刺。
发明内容
本发明的目的旨在消除上述不安全因素，杜绝上述种种浪费，以一种成本、体积、重量、功耗均近似为零，且对网侧无干扰的在线式不间断电源，取代传统在线式UPS，同时使得UPS真正成为用户设备的保护神。
本发明的目的是以下述方案实现的：完全去掉在线式UPS中的UPS，只剩下静态开关、蓄电池及其充电控制器，在市电正常时，直接输出市电，在市电仃电时，直接输出蓄电池电压。免除了在线式传统UPS中的UPS，实际上相当于没有不间断电源，而具备不间断电源的功能，因此具有以下特点：
1.由于免除了引发UPS故障的所有零部件，极大地提高了系统的安全性和
  可靠性，使UPS在其寿命期内无故障。
2.无变换器不间断电源的使用寿命，实际上是静态开关的使用寿命，也就
  是可控硅的使用寿命，因此，本发明的使用寿命可以大大提高。
3.没有UPS而具备UPS的功能，因此，百分之百地节省资源、能源、人力。
4.由于整机没有容性器件，对网侧无干扰，其输入功率因数为1，总谐波畸
  变THD为零。
附图说明
图1是在线式传统UPS框图；
图2是在线式传统UPS去掉UPS后的电路拓朴A；
图3是在线式传统UPS去掉UPS后的电路拓朴B；
图4是是图2电路拓朴的优化结构；
图5是是图3电路拓朴的优化结构；
图6是单进双出电路拓朴；
图7是三进三出电路拓朴；
图8是三进六出电路拓朴的三分之一。
实施方案
本发明仅由静态开关1、静态开关1、蓄电池、充电控制器组成。市电一路的静态开关由一个双向可控硅组成，蓄电池一路的静态开关由一个普通可控硅组成。双向可控硅(SCR13)的阳极接市电火线，其阴极接输出电压的火线或正极，市电的零线直接接出，构成输出电压的零线或负极；充电控制器由具有独立输出的开关电源组成，其输入端接市电，其输出端接蓄电池(E4)，蓄电池(E4)的负极接输出零线；普通可控硅(SCR14)的阳极接蓄电池(E4)的正极，其阴极接双向可控硅(SCR13)的阴极。
图2和图3是直接去掉在线式传统UPS的UPS后，剩余部份的电路图，图2中的充电控制器由一个具有独立输出的开关电源组成，由于其输出是独立电压，可作如下简化：去掉市电零线上的双向可控硅SCR6和E2负极上的双向可控硅SCR8，把市电零线和E2的负极连在一起，构成输出电压的零线或负极，同时把E2正极上的双向可控硅换成普通可控硅，如图4所示。图3中的充电控制器由D1组成的半波整流电路构成，R1是限流电阻，可作如下简化：去掉市电零线上的双向可控硅SCR10和E3负极上的双向可控硅SCR12，把市电零线和E3的负极连在一起，构成输出电压的零线或负极，同时把E3正极上的双向可控硅换成普通可控硅，如图5所示。比较图4和图5电路可知，由于半波整流的输出直流电压的负极，就是输入交流电压的零线，因此，它们可以直接相连，构成输出电压的零线或负极，如果是全波整流，必须要一个具有独立输出电压的直流变换器担当充电控制器的角色，市电的零线和蓄电池的负极才能连到一起，构成输出电压的零线或负极。
在图4经过简化了的电路中，蓄电池正极这一路的静态开关由双向可控硅换成了普通可控硅，市电通过SCR13直接输出，同时，通过充电控制器对E4充电，市电仃电时，SCR13因市电过零而自动关断，SCR14导通，蓄电池的直流电压直接输出。当市电恢复正常时，SCR13在市电的瞬时值达到250V以上时导通，当此瞬时值继续上升到超过蓄电池的端电压时，SCR14因阴极电压高于阳极电压而自动关断，避免了静态开关在转换过程中出现的环流。当市电过高或过低时，封闭送到双向可控硅SCR13控制极的触发信号，SCR13在市电过零时自动关断，相当于市电仃电时的情况，此时SCR14自动导通，由蓄电池向用户设备提供直流电压。
在图5经过简化了的电路中，蓄电池正极这一路的静态开关由双向可控硅换成了普通可控硅，市电通过SCR15直接输出，同时，通过R2、D2对E5充电，市电仃电时，SCR15因市电过零而自动关断，SCR16导通，蓄电池的直流电压直接输出。当市电恢复正常时，SCR15在市电的瞬时值达到250V以上时导通，当此瞬时值继续上升到超过蓄电池的端电压时，SCR16因阴极电压高于阳极电压而自动关断，避免了静态开关在转换过程中出现的环流。当市电过高或过低时，封闭送到双向可控硅SCR15控制极的触发信号，SCR15在市电过零时自动关断，相当于市电仃电时的情况，此时SCR16自动导通，由蓄电池向用户设备提供直流电压。
图6的电路以零线为轴对称，组成单进双出的电路拓朴。二极管D3、D4组成全波整流，对蓄电池E6、E7充电。输出端组成独立的A、B两相电压，其工作过程与单进单出的图5相同。
图7的电路是三进三出电路拓朴，市电正常时，A、B、C三相电压通过SCR21、SCR22、SCR23输出，同时通过充电控制器向蓄电池E8充电，当市电仃电时，SCR21、SCR22、SCR23关断，SCR24、SCR25、SCR26导通，蓄电池电压输出。当市电恢复正常时，SCR21、SCR22、SCR23在市电的瞬时值依次达到250V以上时导通，当此瞬时值继续上升到超过蓄电池的端电压时，SCR24、SCR25、SCR26因阴极电压高于阳极电压而依次自动关断，避免了静态开关在转换过程中出现的环流。当市电过高或过低时，封闭送到双向可控硅SCR21、SCR22、SCR23控制极的触发信号，SCR21、SCR22、SCR23在市电过零时自动关断，相当于市电仃电时的情况，此时SCR24、SCR25、SCR26自动导通，由蓄电池向用户设备提供直流电压。
图8的电路是三进六出电路拓朴的三分之一，三个结构相同的电路，把它们的零线接到一起，就构成了完整电路，输出六相独立的电压：A1、A2、B1、B2、C1、C2，其工作过程与单进双出的图6相同。
可控硅的检测、控制、触发电路属现有技术，无须赘述。
既然传统在线式UPS可以在故障或定期维护时直接输出市电，说明市电对用户设备是充分安全的，因此，本发明直接输出市电也是充分安全的；既然用户设备都是开关电源，说明直流逆变成交流对用户设备是多此一举，因此，本发明直接输出蓄电池的直流电压是切实可行的。
本发明整机无容性器件，本身对网侧无干扰，其输入功率因数为1，总谐波畸变THD为零。当然这一特点与所接负载有关，即如果负载本身不产生干扰，则对网侧无干扰，如果负载本身产生干扰，则这种干扰会反映到网侧。有人可能会认为，既然负载有干扰还是会反映到网侧，那无变换器不间断电源的这种特性就没有任何实际意义。
实际上却完全不是这么一回事：限制AC-DC电路输入特性的国际标准，例如IEC-555-2，EN60555-2等已经颁布或已经实施，当这些标准强制执行的时候，所有用电设备对网侧都没有干扰，或者其干扰都减少到最小。既然负载没有干扰产生，只要UPS自身不对网侧产生干扰就不会对电网产生污染，则无变换器不间断电源的这种特性就具有非常现实的实际意义，不用增加功率因数校正器，就可以完全满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准。
传统UPS的输入特性与负载无关，如果UPS没有进行功率因数校正，其功率因数一般为0.6左右，THD为95％以上，就算负载的功率因数是1，THD是零，也无济于事，反映到网侧的输入特性仍然是传统UPS的特性，功率因数还是0.6左右，THD仍为95％以上，要想满足IEC-555-2，EN60555-2等国际标准，就必须另加功率因数校正器。
我国新近颁布的YD/T 1095-2000行业标准，其中表1电气性能中的第2、3两项指标对UPS的输入特性作出了明确的规范，输入功率因数大于0.95，网侧3-39次总的谐波畸变THD小于5％，这对净化电网是完全必要的。但在5.2、5.3的试验方法中，却规定测试的负载是非线性的，即电容输入式负载。应用这种负载的试验方法，不可能区分UPS以上两种输入特性，考虑欠妥。
本发明完全免除不间断电源，却达到UPS业界长期追求的目标；不采用任何有源功率因数校正，却大大超越APFC所能达到的最佳效果。

Claims (3)

1.一种无变换器不间断电源，其特征在于：双向可控硅(SCR13)的阳极接市电火线，其阴极接输出电压的火线或正极，市电的零线直接接出，构成输出电压的零线或负极；充电控制器由具有独立输出的开关电源组成，其输入端接市电，其输出端接蓄电池(E4)，蓄电池(E4)的负极接输出零线：普通可控硅(SCR14)的阳极接蓄电池(E4)的正极，其阴极接双向可控硅(SCR13)的阴极。
2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于：充电控制器由电阻(R2)和二极管(D2)组成，二极管(D2)的正极通过电阻(R2)接市电火线，其负极接蓄电池(E5)的正极和普通可控硅(SCR16)的阳极，普通可控硅(SCR16)的阴极接双向可控硅(SCR15)的阴极。
3.根据权利要求1所述的电源，其特征在于：根据无变换器不间断电源输入电压是单相还是三相，可以构成单进单出、单进双出、三进三出、三进六出的电路拓朴。
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