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概述
PS原来的服务对象只是计算机，电路形式也只是传统双变换，因为这种电路在几个方面有着很好的性能指标，比如输出电压稳定度好、输出频率精度高等，在很多场合得到了广泛的应用。其不足之处是效率太低，不能充分利用市电，在ON-LINE工作模式下即使输入电压非常稳定，UPS也必须进行两次变换后才能将能量送出。因此在两次变换中无谓地损失了一部分不该损失的能量，降低了效率，增加了机器的发热量，从而增加了机器的故障率，可靠性下降；又由于其输入电路结构的原因，使得其输入功率因数很低，对电网造成了很大的干扰，为此有些厂家推出了高频UPS，系统效率和输入功率因数都有所提高，但由于条件所限，功率一时还提高不上去，一般大都在50kVA左右。为了提高效率，在传统双变换UPS的基础上又推出了经济运行方式（ECO），即当市电电压稳定在一定范围时，负载通过旁路由市电直接供电。但其供电质量比原来就差了很多，从电网来的干扰有可能窜入负载而影响工作，这种用牺牲机器的可靠性来换取的高效率是否划算，需斟酌。
在线互动式UPS的出现为提高系统的效率开辟了一条新路，它不但充分利用了市电，而且由于省掉了笨重而耗电的整流器/充电器，整机效率得到了提高，一般都在95%以上。不过这种电路的不足之处在于，输出电压稳定度和精度一般不如传统双变换高，由于电路结构的特殊原因，虽然对输入功率因数无附加作用，但也没有补偿功能。为了提高电路的稳定度，有的利用参数稳压器方案，这时的输出电压稳定度虽然固定在±2%，但却大大降低了输入功率因数。也有的在前面加了一级性能较好的交流稳压器，这相当于将两个设备组合在一起，这样不但加大了设备量、增加了投资、削弱了市场竞争力，而且对输入功率因数也无提高作用。由于该电路平时只对负载的部分能量进行调整，在结构上属于并联调整模式，因此峰值系数可做得较高，比如Deltec2000系列的峰值系数就可达到5:1。
SILCON DP300E DELTA串并联调整电路方案的推出，打破了这个长期以来无法开解的僵局，在UPS发展的道路上迈出了关键的一步。它不但同时解决了其他两种结构UPS无法同时解决的问题，而且在一些其他的关键指标上还有突破。
2 电信用UPS的主要特点
2.1
要有高的输入功率因数Fin
输入功率因数一方面反映了UPS对市电的使用率，另一方面也反映出对市电的干扰程度。传统的功率因数是正弦电压与正弦电流相位差的余弦，即：
Fin = cosQ （1）
式中Q就是电流电压相位差。当电压是正弦波而电流为如图1（b）所示的脉冲波时，其功率因数Fin的表达式就变为：
Fin=F（a）·g(b) （2）
式中：b是电流和电压的中心线位移（ms）；
a是电流脉冲的宽度（ms）。
由上式可以看出，UPS的输入功率因数是脉冲电流宽度和相对电压中心位移的函数。
由图1（a）可以看出两点（假设在理想波形时）：
①功率因数只和电流电压之间的相位差Q有关。
②由于电流是正弦波，就无谐波干扰成分。因此只存在对市电的利用率问题，功率因数的补偿也比较简单，只需加移相电容就可以了。
由图1（b）也可以看出两点。
①功率因数不但与电流（基波）和电压之间的相位差b有关，而且还与电流的脉冲宽度有关，即使电流（基波）和电压之间的相位差b=0,即电流（基波）和电压的中心线重合时，根据计算F（a）照样不为1，而且随着电流脉冲宽度的变窄而减小。
②由于电流脉冲的前沿比较陡，所以电流的谐波频率就比较高而丰富，向空间的发射能力就比较强。
而UPS的输入电路如果是二极管整流器或者是可控硅整流器时，它们的功率因数都不是由图1（a）的相位差造成，而是由图1（b）所示的干扰性很强的电流脉冲引起的。这些高次电流谐波的一路通过电缆窜入设备形成串模干扰，另一路以电磁的形式辐射出去，对附近的设备形成射频干扰，尤其使无线电通信无法正常进行。
2.2 要有好的电磁兼容能力（Electro Magnetic
Compatibility,EMC）
所谓电磁兼容，通俗地说就是机器对外来各种电磁干扰的承受能力和对外施加电磁干扰的限制能力。一般来说，UPS对外来各种电磁干扰的承受能力比较强，但对外施加电磁干扰的限制能力较差，尤其是那些质量不高的小功率UPS。
UPS对外的干扰源有整流器、逆变器和辅助电源3个。整流器的对外干扰在前面已作了简单的讨论，此处仅对后两者作一介绍。
逆变器是UPS的核心，也是对外最强的干扰源。因为当前的UPS逆变器几乎都是脉宽调制（PWM）工作方式，图2所示就是这种工作方式的波形示意图。
由图2中可以看出，这是一个幅度相等、频率固定、宽度可变的脉冲链，对于10kHz的调制频率来说，50Hz的每半波中就由100个方波脉冲组成，而且每个方波的前后沿都非常陡，一般都<0.1us。这就意味着其发射频率高于10MHz，形成了强烈的干扰。
UPS的辅助电源，在中大功率设备中大多采用脉宽调制型开关电源，其开关频率一般都在20kHz左右，加之有变压器和电感，也会形成传导干扰和辐射干扰，不过由于它的功率比较小，所以其干扰程度远比逆变器小。
2.3 要有高的整机效率
在UPS中采用了半导体器件和蓄电池，这些环节对温度都非常敏感。众所周知，这些环节的各项指标都是在25℃时给出的，而且温度每上升10℃，它们的寿命就要降低一半。机器在工作中不可避免地要消耗能量，并把这些能量最后以热的形式释放出来，为了提高机器的寿命就必须将这些热量散发出来，但任何散热的方式都是有限制的，因而排出的热量也是有限的。所以降低机器功耗是最有效的办法。
由于传统双变换UPS属串联调整式结构，负载100%的能量都要通过整流器和逆变器，而它们都要消耗一定的能量，系统效率难以提高。对此，制造商采取了各种措施，收效并不大。ECO方式虽然可以提高效率，但却牺牲了电压的稳定度和抗干扰功能。三端口UPS属并联调整式结构，虽然可提高效率，但轻载时功率因数太低，空载时的功率因数几乎为0。在线互动式UPS的效率可以很高，但目前也只有Smart和Matrix系列性能好一些，但其最大容量才5Kva。
具有Delta变换器结构的串并联调整式UPS将在线式的功能又提高了一步，首先在效率上就独树一帜，在保持所有优良性能的前提下可以将整机效率提高到97%，这就比在同等条件下的传统双变换UPS至少提高了5%。
2.4要有足够大的电流峰值系数
通信用的和计算机用的UPS，其输入电路还大多是整流器负载，向UPS的输出电压索取脉冲电流，而且取电流的部位也都集中于电压峰值左右的30%以内，如果设备很多，电流的叠加就很严重。若设备的电流峰值系数不足够大，就会因UPS供不出所需的电流而使电压波动严重，影响负载机器的正常工作。一般传统双变换UPS的电流峰值系数大多为3:1，而串并联调整式UPS的电流峰值系数却>（5:1）。
2.5要有足够宽的输出功率因数范围
对于一般用直流电压工作的负载电路而言，在输入功率因数未被补偿的情况下，它不但向UPS索取有功功率，而且还吸收无功功率，所吸收有功功率和无功功率的比例差不多是1:1，往往有时候无功功率比有功功率还要大。一般计算机的输入功率因数在0.6～0.7之间，比如需要功率10kVA的计算机群：
在输入功率因数为0.6时，需要有功功率6kW，无功功率8kVAr；
在输入功率因数为0.7时，需要有功功率7Kw，无功功率7.1kVAr。
而输出功率因数只标一个0.8的10kVA UPS只能给出无功功率6kVAr，由于满足不了上述的要求而形成过载转旁路。串并联调整式UPS的输出功率因数可做到0.6～1，这就襄括了上述的全部要求。即使带经过功率因数补偿的负载时，在上述例子中也可给出10Kw，而一般传统双变换UPS这时只能给出8kW。
2.6 要有足够的带载和过载能力
一般传统双变换和在线互动式UPS可以过载到125%时坚持10min，尔后转到旁路供电。串并联调整式UPS却能在过载到120%时长期工作，这就解决了用户的烦恼。
一般UPS启动稳定后才闭合负载闸刀，负载启动时有一个很大的冲击电流，一般UPS由于承受不了这种冲击而转到旁路供电，待负载稳定后再由旁路切换回来，这个过程对几十kVA以上的UPS来说需要1min以上。在这1min多种里，负载就完全是市电供电，一旦这时市电有一个大的干扰，比如雷电脉冲、高压搭线等情况出现，就会给负载造成故障。厕中并联调整式UPS却能在过载到200%时坚持1min，这就在很大程度上保证了负载初期加电时的安全。
3 对UPS性能的模糊认识
3.1传统双变换在线式UPS比在线互动式强
传统双变换在线式UPS和在线互动式UPS的结构如图3所示。
由图3中可以看出，这两种都是由主电路和一个旁路构成的。两者的比较如下：
①从结构上说，传统双变换在线式UPS有一个整流器和一个逆变器，而在线互动式UPS只有一个既可靠流又可逆变的双向变换器，后者省却了整流器，但却在旁路上增加了粗调整和抗干扰及电磁兼容环节。
②从工作方式上来说，有市电和无市电两种情况。无市电时，两种电路都用电池放电方式工作，所以输出电压的性能指标是完全一样的；有市电时，传统双变换UPS是用逆变器工作的，而在线互动式UPS则工作在旁路状态，所以输出电压的精度不如前者，而且有2-4ms的切换时间，不过这些都是计算机和具有PWM电源的负载能接受的。由于是旁路式工作，机器的可靠性高于前者；当传统双变换UPS工作于旁路状态时，其性能指标就远远不如在线互动式了，市电的各种干扰将会长驱直入，直通到负载。
③从电磁兼容方面来说，电磁兼容对于通信来说是一个非常重要的指标。但有好多传统双变换UPS（甚至包括一些进口品牌）都不满足这个要求。如有一海上监督通信部门安装了一台某外国品牌10kVA传统双变换UPS，当开机时，整个通信由于被该UPS发出的干扰电磁波覆盖而中断，更换为在线互动式Matrix5000UPS后，通信立即恢复正常。
因此，衡量一种机器的性能如何，不但要从结构上去看，更重要的是看它的性能指标，这才是最重要的东西。
3.2传统双变换UPS的输出电压频率比在线互动式和串并联调整式UPS的稳定
在UPS的“产品介绍”上，都有输出频率稳定度一栏，其数值从0.1%、0.01%～0.001%都有。实际上这些值是指在市电故障发生时而由电池供电的情况。在市电供电时，UPS的输出电压频率是不稳定的，是随着市电电压频率在一定范围内变化的，否则，就会导致切换故障。实验表明，在两个相位相差1°的电压切换时，可导致的环流相当于20%的负载电流。一般好的UPS多将这个电压相位差控制在3°以内。
从图4所示的例子可以看出，在电压相位差Q=3°时，为了方便分析，设旁路电压等于逆变器输出电压，假如在逆变器电压Ui过0时切换，这时旁路电压Ub已有3°的相角，此时两电压的差值△U为：
切换时的电压差值一方面产生电压跳动，另一方面将有环流出现，这还是比较理想情况下的切换。如果输出电压频率保持固定而不随市电变化，假如在极端情况下（负载允许市电频率变化±50%）市电频率变化了5%，即52.5Hz，UPS输出频率仍保持50Hz，这时两个电压的相位差就是9°，按照式（3）的计算，其切换时的电压差就变成：
△U=Ub-Ui=48.6V （4）
这个差值给切换造成的损害是非常大的。
因此，不仅在线互动式和串并联调整式UPS的输出频率随市电而变（实际上就是用的市电频率），传统双变换UPS的输出电压频率除做变频器外也是随市电而变的，否则，该UPS一定是出故障了。
3.3关于UPS的整机效率
UPS手册中所给出的效率值是该UPS在某一特定条件下所能达到的最大值，并不是在任何条件下都是这个值。这种情况适合于所有UPS。以10Kva
UPS为例，假如机器本身的功耗为1kVA，可以看出在不同负载时的效率也不同，在功率因数不变和机器本身的功耗也不变时，在满负荷时的效率为91%，而在负载为10%时的效率仅为50%。
几种UPS都说自己的效率如何高，如何鉴别呢？这只有用同规格的机器、同样大小和同样功率因数的负载（最好用同一个负载），在相同条件下（如温度湿度等）进行测量，其结果才是可信的。
3.4只有加了输出隔离变压器的UPS才有抗干扰性能
首先说UPS中的一般输出隔离变压器并不能隔离全部干扰，仅对共模干扰起作用，对于常模的传导干扰却无能为力，或直通过去，或变压过去，但恰恰此类干扰最多。
其次来看，对于单直流电源的传统双变换三相输出UPS而言，加输出隔离变压器并不是它的优点，而是不得不这样做。图5所示是一个典型的传统双变换三相输出UPS的逆变器主电路。由图5中可以看出，虚线AB左边由逆变器引出的三条输出线都是火线，而不是用户所需要的三相四线制的3×380V/220V电源，只有通过“D”→“Y”变压器变换后，才能得到具有中线的三相四线制电源。 图6所示的是半桥式三相输出逆变器主电路。由图6中可以看出，不用输出隔离变压器，就可以直接得到带中线的三相四线制3×380V/220V电源。而且这种逆变器结构的三相输出电压可以互不干扰地单独调整，这就对带三相100%不平衡负载奠定了优良指标的基础。串并联调整式UPS就是采用了这种电路。至于两组电池，在图5中若电池容量为100Ah，改成两组后就减为50Ah，总容量仍是100Ah不变，但功能却比前者加强了。
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