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1.Delta变换型UPS的工作原理

Delta变换型UPS的结构图如图1所示，在图1中仅画出一相的电路，实际上三相电路是相同的，并且具有公共的直流母线。Delta变换器是一个正弦波电流源，串联在主电路中，它的功能是提供正弦波电流、监控蓄电池组的充电电平、调整输入功率因数和补偿市电电压与输出电压之间的差值△U，从电路结构上讲，它是一个双向变换器，逆变时输出功率，在主电路对输入电压做正补偿;整流时吸收功率，对输入电压做负补偿。

该拓扑一般应用于三相大功率UPS中，这种双变换电路拓扑把交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS的主电路拓扑中。在调压的基础上，再叠加一个可大可小、可正可负的电压来弥补UPS输出电压与输入市电的差异，使UPS拓宽了市电输入范围，提高了输出稳压精度。

(1)主变换器。它是一组DC/AC或AC/DC双向变换器，它的输出变压器的二次侧串联在UPS主电路中，其作用有3个:

1)对UPS输入端进行输入功率因数补偿，使输入功率因数等于1，输入谐波电流降到3%以下，是个正弦波电流源。

2)当市电存在时，与Delta变换器一起完成对输入电压的补偿，当输入电压高于输出电压额定值时，主逆变器吸收功率，反极性补偿输入输出电压的差值;当输入电压低于输出电压额定值时，主逆变器输出功率，正极性补偿输入输出电压的差值，是串联补偿;变换器承担的功率(当输入电压处于上限和下)仅为输出功率的20%(相当于输入电压变化范围)，所以功率强度很小(有功功率仅为输出功率的1/5左右)，功率余量大，这就大大增强了UPS的输出能力，与双变换在线式相比，过载能力增强(200%/1min)，不再对负载电流波峰系数予以限制，可应对冲击性负载，不再对负载功率因数进行限制，输出有功功率可以等于标定的kVA值。

3)与Delta变换器一起完成对蓄电池的充电和浮充功能。

4)当市电中断时，全部输出功率由主变压器提供，并且保证输出电压不间断，转换时间为0。

(2)Delta变换器。该变换器同样是DC/AC或AC/DC双向变换器，它的功能有4个:

1)同主变换器一起完成对输入输出电压差值的补偿。

2)同主变换器一起完成对蓄电池的充电和电压浮充功能。

3)随时监测输出电压，保证输出电压的稳定，是个电压源，并对负载电流谐波成分进行补偿，使其不对电网产生影响，是并联补偿。

4)当负载电流发生畸变时，也由Delta变换器调整补偿掉。在市电存在时，由于两个变换器承担的有功功率仅为输出功率的1/5左右，所以元器件乃至整机的寿命和可靠性必然大幅度提高。整机效率在很大的功率范围内都可达到96%。

(3)串并联调整结构UPS的缺陷

1)在市电存在时，主变换器承担的有功功率为额定的20%左右，但两个变换器承担的无功功率可能为输出功率的l倍。

2)效率是个可变量，只有市电输入为额定值，负载为线性负载时，效率才达到值。

3)尽管输入由两只晶闸管隔离，当输入停电甚至出现短路时，相当于Delta变换器的负载出现过载或短路将会断电，Delta变换器将进入保护状态，若保护失效，则故障将是毁灭性的，事实上，电网停电或短路时有发生，相比之下，双变换式却不会出现此现象。

Delta变换器UPS虽然也是一种双变换电路，但不同于传统双变换型，传统型中两个变换器的工作是不可逆的，即个变换器只管整流，第二个变换器只管逆变。而图1中两个变换器都是可逆工作的，两个变换器随时交替工作在整流和逆变状态，在PWM控制下，整流宽度大于逆变宽度时是给出功率，反之是吸收功率。

上述的工作过程又可用图2所示的Delta变换型UPS简化电路图来进一步说明。

采用半桥式电压型逆变器，由功率器件VT3、VT4、VD3、VD4构成主变换器，经L4、C4滤波后与输出端负载并联;由VT1、VT2、 VD1、VD2构成Delta变换器，其输出端经变压器TR耦合串联在市电输入(再经L3、C3滤波)与负载之间。主变换器的"输出电压基准"和反馈信号 Uf经比较器A2及PWM2的控制，形成电压环，通过直流环节反馈到Delta变换，在TR上形成相应的补偿电压，以保持输出电压的稳定;Delta变换器的“输入电流基准”和反馈信号If经比较器A1及PWM1的控制形成电流环，其控制量是交流输人电流Ii。

当交流输入电源中断或不可用时，Delta变换器停止工作，使市电输入回路断开，负载由主变换器逆变蓄电池组提供的直流电能来供电，这时Delta变换型UPS的工作状态与传统双变换型UPS是一样的。

根据上述分析，当输入电压在额定范围内时，Delta变换器在主变换器的配合下，使输入电流成为与交流输入电压同频同相的受控电流源，与主变换器并联后共同支持负载。并使UPS的交流输入电流满足Ii=Iisinωt(ω为输入电流的角频率，t为时间)，可以等效地认为，UPS的输入回路中含有一个与交流输入电压同频、同相的受控电流源Ii=Iisinωt与主变换器并联后共同支持负载，于是便可得到图12所示的等效电路。

2.Delta变换型UPS工作特征分析

根据图3所示的Delta变换型UPS的等效电路对其工作特征分析如下:

(1)无论有无交流输入，UPS的输出电压质量都是由与负载并联的主变换器决定的，因而Delta变换型UPS可以像传统双变换型UPS一样，始终向负载提供高质量的电能供应。

(2)输入交流能量在Delta变换器的控制下，以与输入交流电压同频、同相的正弦波电流形式注入主变换器与负载的并联电路，直接向负载提供所需的有功电流，并在蓄电池需要充电或Delta变换器需要从直流母线吸入能量时，通过主变换器的PWM整流作用向直流母线注入所需能量。

(3)因交流输入电流Ii是与电压同频、同相的正弦波，因此Delta变换型UPS的输入功率因数接近1，且输入电流中谐波含量极低。

(4)Delta变换器对负载电流中的谐波分量和无功分量呈现高阻抗，迫使这部分电流流经主变换器，主变换器起到负载谐波电流与无功电流的并联补偿器作用。

(5)输入交流电压的幅值偏差和波形畸变被Delta变换器自动补偿，不会对UPS的输出电压造成影响。Delta变换器工作于升压补偿状态时，需从直流母线吸入能量，此能量由主变换器取自输入交流(通过Delta变换器)注入的正弦电流;Delta变换器工作于降压补偿状态时，会向直流母线输出能量，此能量由主变换器逆变后供给负载。两种情况下，流经直流环节的功率与电压幅值补偿量成正比，一般不会超过负载总功率的20%。

(6)UPS输入正弦波电流Is的幅值受直流母线电压的控制，达到稳定值时，负载所需能量和UPS自身的消耗将全部由输入交流提供，不需要蓄电池提供能量。此时，直流母线电压稳定在设定值，蓄电池处于浮充状态。当某种原因(譬如输入交流电压变化、负载变化、蓄电池亏电等)导致直流母线电压偏离设定值，控制电路将改变输入的正弦波电流几的幅值，经主变换器将能量注入或吸出直流母线，使直流母线电压恢复设定值。

(7)当交流输入突然中断时，负载将由主变换器继续供电，主变换器与负载间的连接没有任何切换，主变换器的工作方式也没有改变，因而Delta变换型UPS与传统双变换型UPS一样可以向负载提供不间断的供电。市电中断时，主变换器的输出电流发生阶跃性变化，可能会造成输出电压的轻微波动。但由于高频PWM逆变器具有快速的动态响应特性，这种扰动是很小的。

(8)Delta变换型UPS工作于交流状态时，其输出电压的频率和相位始终是与交流输入电压锁定的，交流运行时不会出现传统双变换型UPS可能出现的自由运行状态。

(9)由于三相变换电路采用公共的直流母线，由主变换器控制实现三相电路之间的能量交换，从而可以对负载的不平衡进行补偿。