現代大型的數據中心和復雜的計算機監控和安全保護系統，其交流220V電源要求穩定可靠，分秒不停。應運而生的不間斷電源(簡稱UPS)，滿足了這種“苛刻”負載嚴格的需求，消除了電網電壓瞬變波動對重要負載的影響。

UPS電源對數據中心的安全穩定運行至關重要，UPS停電意味著系統癱瘓。如何提高UPS的可靠性，是保證數據中心安全穩定運行的重要基礎。UPS系統是一個多路電源輸入的低壓多端網絡，網絡的核心設備逆變器和靜態開關等，是一套電子元件自動控制的電力裝置。因UPS供電系統中的各個環節的工作可靠性是系統可靠性的基礎，而在滿足系統可靠性的前提下，如何使配置的系統具有高的性能價格比是UPS供電系統規劃設計和應用中的技術和經濟問題，為此本文對大中型UPS的構成和工作原理及應用中的問題分別作以闡述和分析。

2.大中型UPS工作原理

2.1大中型UPS整流電路

大中型UPS中廣泛應用三相橋式全控整流電路，當控制角α=0時，其工作過程與三相橋式不控整流電路相同，在自然換相點換相。當控制角α>0時,每個晶閘管都從自然換相點向后移α角開始換相。不管α為何值，電壓Ud都是線電壓的一部分。所以，從線電壓入手計算Ud更簡單，由于Ud波形每隔60°重復一次，Ud的計算只要在π/3范圍內取平均值即可。在三相星形接法的電路中，線電壓較其相應的相電壓超前30°。現將線電壓Uab的零點作為新坐標的原點，即比原來以相電壓Ua零點的坐標提前30°。因此在新坐標上然后換相點的位置在ωt=π/3處。

2.1.1電阻性負載。當0≤α≤π/3時，

Ud=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

式中Ud整流電壓；U2變壓器T次級相電壓；U2L次級線電壓。

當π/3<α <2π /3時，整流只能在正半周進行，當α=2π/3時Ud=0，從公式亦可看出電阻負載的最大移相范圍是120°。

2.1.2電感性負載。對于電感性負載,由于電流是連續的,晶閘管的導通角總是2π/3,上式的積分上限可以超過π,仍為(2π/3)＋α,

Ud=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα

可見電感性負載時的最大移相范圍為90°。

2.2大中型UPS充電電路

大容量UPS的充電電路,一般采用晶閘管作為整流元件,這是因為大容量UPS充電器的輸出電壓一般高達幾百伏,充電電流為幾十安培。在大功率UPS中一般都將充電器和整流器合二為一，雖然這使得其控制電路較為復雜，但由于大功率UPS本身造價較高，控制電路設計得稍微復雜一些并不會明顯增加成本。充電器分為3個主要部分，即三相橋式全控整流器，由V1－V6和濾波電感L1，L2組成；采樣電路，其功能是對三相橋輸出的充電電壓和電流進行采樣，然后將采樣的結果送到控制電路；控制電路，其功能是根據采樣電路送來的電壓和電流信號去控制三相橋式全控整流器，以調整其輸出電壓和充電電流。

大功率UPS的充電分為3個階段：初期由于電池放電后損失較大，急需補充，故需充電電流較大，如不限流就會嚴重影響蓄電池的使用壽命，故這一階段為恒流充電；當電壓到達設計值（一般為浮充電壓，每個電池單元為2.25V)時就轉為恒壓充電，蓄電池經過一段時間的恒壓充電，當其端電壓上升到某一值時就轉為浮充充電。充電初期的充電電流IBmax，對于鉛酸蓄電池為0.1C,對鎳鎘蓄電池為0.2C。

中容量UPS充電電路采用開關型降壓斬波器，可自動實現恒流恒壓充電。該充電器由于采用了微處理器監控，它除了具有一般充電器所要求的恒流恒壓充電功能外，還具有以下功能：

①根據放電電流自動修正放電終止電壓；

②根據環境溫度自動修正浮充電壓。

2.3大中型UPS逆變器

UPS的核心器件是逆變器。UPS的發展史其實就是采用不同逆變器器件的發展史。早期UPS采用的是可控硅,這種UPS效率低,噪聲大,體積龐大。第二代UPS采用了雙極晶體管,其開關速度可以做到音頻以上。這樣降低了噪聲,減小了體積,但由于雙極晶體管容易造成二次擊穿,于是采用MOSFET的第三代UPS產生了。但它的弱點是不易把UPS容量做得很大。1982年,日本三菱公司成功地研制出具有場效應的高頻特性,柵板電壓可控,驅動電流小,并具有雙極晶體管的大電流處理能力等諸多特點的新型功率器件,即隔離柵型雙極性晶體管(IGBT)。山特公司是首家將IGBT技術應用于UPS領域的廠商,為此UPS發生了一次巨大的變革, 在提高逆變效率,改善UPS的各種輸出特性的同時,也為大中型UPS的實現高頻化、智能化控制變成了可能。

大中型UPS逆變器控制電路，除采用三相正弦脈寬調制技術外，波形疊加技術也得到了廣泛應用，波形疊加技術有疊加式階梯波、離散型階梯波、脈寬階梯混合波等多種。脈寬階梯混合波逆變器是結合階梯波的高效率和脈寬調制的低價格而采取的一種折衷方案，由于混合式的逆變頻率較低，因而噪聲較大。它的體積略大于脈寬調制式而小于階梯式，多用于中大容量的UPS。