節(jié)能減排是今后各行各業(yè)的奮斗目標(biāo)，為全面實(shí)現(xiàn)通信業(yè)“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)，工信部要求新建大型云計算數(shù)據(jù)中心的能耗效率（PUE）值需達(dá)到1.5以下；因此，節(jié)能減排是規(guī)劃數(shù)據(jù)中心是必須考慮的問題，首先需要選擇節(jié)能的產(chǎn)品，但即使有了節(jié)能的產(chǎn)品而無節(jié)能的連接措施，照樣無法節(jié)能；設(shè)備運(yùn)行是一個漫長的過程，如果設(shè)備運(yùn)行時也能找到一種節(jié)能的運(yùn)行方式，將是具有重大意義的節(jié)約。

選擇節(jié)能的供電設(shè)備

因?yàn)槟壳爸苯訛镮T設(shè)備供電的設(shè)備大都是交流電的UPS，節(jié)能的設(shè)備莫過于高頻機(jī)UPS，高頻機(jī)UPS有傳統(tǒng)雙變換型、Delta變換型和在線互動式。但目前尚有一些用戶由于慣性的原因?qū)ゎl機(jī)UPS仍情有獨(dú)鐘，原因是對UPS的電路結(jié)構(gòu)還有模糊認(rèn)識。所以首先從這里入手對其電路結(jié)構(gòu)和各種性能進(jìn)行較詳細(xì)地討論，這對今后的設(shè)計、選型、安裝和運(yùn)維都有重要意義。

雙變換的基本含義

（1）雙變換的含義。

對于任何靜止變換式UPS而言都存在一個雙變換的問題，意思是說都存在一個將交流變換成直流和將直流變換成交流的過程。所以必須具備兩個變換器。將交流變換成直流的目的有兩個，一個是為了給電池充電。因?yàn)槿魏坞姵氐娜萘渴怯邢薜?，電池的容量放完以后必須及時補(bǔ)充，否則電池的壽命就會很短。不論是直接用整流器還是經(jīng)過充電器都必須將交流轉(zhuǎn)換成直流后才能給電池充電，用交流給電池充電會導(dǎo)致電池?fù)p壞。UPS的第二變換器的作用是將直流變換成交流。比如在市電斷電期間，為了不間斷供電，逆變器必須及時將電池所提供的直流電變換成負(fù)載可以接受的交流電。所以雙變換對任何UPS都是必須具備的。

為什么圖1中的方塊內(nèi)非要寫成第一變換器和第二變換器，而不直接寫成整流器和逆變器呢？這是因?yàn)閷σ话銈鹘y(tǒng)的UPS而言采用的是單向變換式的整流器和逆變器，這兩個變換器的作用都是電壓源，而且整流器和逆變器的作用是不可逆的；還有一種稱為Delta變換式UPS采用的是兩個雙向變換器，第一變換器的作用是電流源，第二變換器的作用是電壓源。而且這兩個變換器的作用過程是可逆的。

圖1 雙變換UPS的原理圖

因此，不具備雙變換功能的電路就不是UPS。為了說明這個問題，下面就逐一說明。

（2）關(guān)于“雙變換”概念的爭論。

1）只說雙變換而不準(zhǔn)說在線式和后備式。有一種說法，以后的UPS只說雙變換而不再提在線式和后背式。這基于什么目的暫且不說，起碼給選型和使用帶來了麻煩。因?yàn)閁PS原本就分為在線式和后背式，此二者不但在電路結(jié)構(gòu)原理、工作原理和容量范圍上有著很大差別，就是在作用和價格上也相差甚遠(yuǎn)。比如說某單位要訂購100臺1kVAUPS，如果不注明是在線式還是后背???????，只在上寫著雙變換UPS1kVA100臺。因?yàn)?kVAUPS既有在線式的也有后背式的，它不像現(xiàn)在大功率在線式設(shè)備稱為UPS，后背式稱為EPS，訂單上可以以不同的名稱寫，而在小功率上就不好寫了。話又說回來了，即使使用在線式和后背式這兩個概念又對誰有影響呢！尤其是又出現(xiàn)了在線互動式電路概念，它也是雙變換結(jié)構(gòu)，又如何保證用戶能正確地選準(zhǔn)某一種機(jī)構(gòu)的UPS呢？

實(shí)際上最早提出這個問題的是一位美國的UPS組織的主席，由于當(dāng)時對UPS的工作有在線式、準(zhǔn)在線式和后背式之說，有時候說不清在線式和準(zhǔn)在線式的區(qū)別，準(zhǔn)在線式和后背式的區(qū)別，于是他就建議以后就不這么提了。果然，準(zhǔn)在線式的提法已被在線互動式代替了，現(xiàn)在已很少再有準(zhǔn)在線式的提法了。產(chǎn)品是為了使用，分檔是為了方便使用，不利于使用的任何做法都是得不到用戶支持的?，F(xiàn)在用戶依然采用在線式和后背式的概念，因?yàn)樗麄兞?xí)慣了 這種說法，這種方法用起來既方便又簡單。

2）到底Delta變換式UPS屬不屬雙變換范疇。這個問題本來在很多雜志和專著中已討論清楚，已不是不成問題的問題。這當(dāng)中還是有一定的糊涂概念。首先是不是承認(rèn)所謂的雙變換就是一個將交流變換成直流和將直流變換成交流的過程，如果不承認(rèn)那又是什么？當(dāng)然肯定是承認(rèn)的。再就是是不是承認(rèn)Delta變換式UPS也是UPS？無疑也是承認(rèn)的，他們的問題僅僅是“認(rèn)為”Delta變換式UPS的輸出指示不好。但“認(rèn)為”是不是事實(shí)，將在下面討論。但起碼不間斷供電是事實(shí)，既然承認(rèn)這一點(diǎn)，這就有了討論的基礎(chǔ)。因?yàn)椋珼elta變換式UPS也是靠電池組的放電來實(shí)現(xiàn)不間斷供電，既然有電池，那么電池的能量補(bǔ)充從何而來？總不能用220V交流直接給電池充電吧！那就必須用直流才能充電，直流從何而來？沒有將交流變成直流的整流器能行嗎？當(dāng)然不行。所以第一個整流器必須有，而且也已經(jīng)有了，電池的斷路及時的充電就是例證。市電停電時又是逆變器將電池的直流變成交流，這一點(diǎn)也是不可否認(rèn)的。這樣一來，Delta變換式UPS的雙變換功能不是完全具備了么！所以Delta變換式UPS不但屬于雙變換范疇，而且是真正的雙變換電路。話說回來，又有哪一種靜止變換式UPS不是雙變換功能呢！

UPS的基本電路結(jié)構(gòu)回顧

（1）UPS的基本電路結(jié)構(gòu)。

UPS的基本電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，現(xiàn)將電路各環(huán)節(jié)功能做一說明。

圖2 UPS的基本結(jié)構(gòu)電原理圖

1）第一變換器。有的是單項(xiàng)整流器，其功能是一個電壓源，將交流變換成直流，以向電池和逆變器提供直流能量；有的是一個雙線變換器，其功能是一個電流源，是將負(fù)載所需的電壓和有功功率從市電中取出來，經(jīng)加工后提供給輸出，將輸入功率因數(shù)調(diào)整到近于1，控制電池組充電的時機(jī)。

2）第二變換器。有的是單向逆變器，其功能是在市電停電時將電池中的直流能量變換成負(fù)載需要的交流能量；有的是雙向變換器，功能也不是單一的：首先和前者一樣的是在市電停電時將電池中的直流能量變換成負(fù)載需要的交流能量，另外是想負(fù)載提供第一變換器來不及調(diào)整的快變化功率和無功功率，還向電池組提供充電電流。

3）旁路開關(guān)。對在線式UPS而言這是個由晶閘管構(gòu)成的靜態(tài)開關(guān)，它的功能是當(dāng)逆變器故障或帶載能力不夠時，及時將負(fù)載轉(zhuǎn)接到市電上，換言之，通過它將UPS和市電構(gòu)成冗余電源。

4）電池組。在市電斷電時為逆變器提供直流電源，以使供電不間斷，有時也幫助輸入整流濾波電容平滑紋波。

（2）UPS四個基本構(gòu)成部分不具備時的情況。

1）無逆變器時的情況。如圖3（a）所示的電路，在這個電路中也有一個變換器——整流器，這就只有一個功能，即將交流變換成直流，當(dāng)然在此情況下旁路開關(guān)也不能接入了。有些直流屏也就是這種結(jié)構(gòu)。

2）無整流器的情況。如圖3（b）所示的電路，在這個電路中也有一個變換器——逆變器，這也就是只有一個功能，即將直流變換成直交流，這就是所謂的逆變器產(chǎn)品。逆變器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓多為12VDC、24VDC、48VDC、110VDC和220VDC。一般逆變器有時也接入一個靜態(tài)旁路開關(guān)，以備逆變器故障時將負(fù)載轉(zhuǎn)接到市電，已構(gòu)成不間斷供電。實(shí)際上，逆變器的電池前面也有整流器為其充電，只不過是將UPS分成了兩個部分構(gòu)成產(chǎn)品，到使用時再合到一起。所以此二者再合到一起前，哪一個單獨(dú)產(chǎn)品都不是UPS。

3）無靜態(tài)旁路開關(guān)。一般在無靜態(tài)旁路開關(guān)的情況下賦予了電路一些特殊功能，既可作變頻器也可作輸入輸出電壓不一樣大的變壓器，如圖3（c）所示。由于缺少了靜態(tài)旁路開關(guān)也就缺少了市電的冗余，換言之也就缺少了一個不間斷供電的電源因素，也就不是一個完整的UPS了。

4）無電池組的情況。如圖3（d）所示，由于缺少了電池組就意味著失去了不間斷功能，當(dāng)然在作穩(wěn)壓器時，當(dāng)穩(wěn)壓器出現(xiàn)故障時，可通過旁路開關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)接到負(fù)載上，但當(dāng)市電斷電時就無能為力了；如果作為穩(wěn)壓穩(wěn)頻源（CVCF），即使有旁路開關(guān)也必須是有間斷的?？傊膊皇荱PS了。

圖3 不具備UPS四個基本構(gòu)成部分的電路

從上面的分析可以看出取少量任何一個主要環(huán)節(jié)就都不是一個完整的UPS。從另一方面也證明了具備雙變換功能的電路不一定是UPS，但不具備雙變換功能的電路絕不是UPS，所以任何UPS電路都必須具備雙變換功能。