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二、第一代及以后靜止變換式UPS的問世

為什么不間斷供電不用電池呢？這和計(jì)算機(jī)的輸入交流電壓有關(guān)。電池的直流電不許變換成交流電，但當(dāng)時(shí)的器件技術(shù)和產(chǎn)品還達(dá)不到如此大功率輸出的條件。于是最直接的方法就是在電動(dòng)發(fā)電機(jī)的同軸上加一個(gè)大飛輪。市電正常供電時(shí)電動(dòng)發(fā)電機(jī)做正常旋轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)供電，飛輪在同步旋轉(zhuǎn)中儲(chǔ)能，待市電斷電時(shí)儲(chǔ)能飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)5s向計(jì)算機(jī)供電。圖4（a）所示就是英國(guó)1900計(jì)算機(jī)和第一代UPS

圖4 第一代UPS和水銀接觸器

(資料圖)

結(jié)構(gòu)示意圖。1967年從英國(guó)進(jìn)口了一臺(tái)1900計(jì)算機(jī)，這套計(jì)算機(jī)是為長(zhǎng)春光機(jī)所購(gòu)置的，是筆者親自驗(yàn)收和作可靠性運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的，1968年送往王大珩先生為所長(zhǎng)的長(zhǎng)春光機(jī)所并負(fù)責(zé)裝機(jī)運(yùn)行，那時(shí)著名的蔣筑英還是一名技術(shù)員。那時(shí)正值文化大革命運(yùn)動(dòng)如火如荼的時(shí)候，完成裝機(jī)運(yùn)行后在一片武斗槍聲中倉(cāng)皇逃回北京。在1900配套UPS控制柜中的輸入開關(guān)采用了水銀接觸器，如圖4（b）所示的傾斜狀態(tài)的水銀接觸器是斷電狀態(tài)，電源不接通，開機(jī)時(shí)一個(gè)按鈕按下水銀接觸器轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)，如圖4（c）所示，這時(shí)就利用水銀的導(dǎo)電性將輸入電壓連接到電動(dòng)發(fā)電機(jī)。后來在當(dāng)時(shí)的5機(jī)部也發(fā)現(xiàn)了一臺(tái)同樣的UPS單機(jī)。

但像20kVA這種容量的UPS為了5s的后備時(shí)間就帶了一個(gè)5T重的大飛輪實(shí)在不太經(jīng)濟(jì)，如果計(jì)算機(jī)再增容應(yīng)如何對(duì)待？就像現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心一開口就是400kVA，即使配上100T的大飛輪也只能蓄能5s。好

圖5 第一代UPS的過渡板電原理圖

在上世紀(jì)六十年代半控器件可控硅問世，這就為UPS帶來了福音。使UPS在結(jié)構(gòu)和性能上發(fā)生了很大變化。如圖5所示就是放棄了飛輪和延長(zhǎng)了后備時(shí)間的一種結(jié)構(gòu)。如圖所示用可控硅整流器整流出一定的穩(wěn)定電壓為電池充電，直流電壓為直流電動(dòng)機(jī)供電運(yùn)行，直流電動(dòng)機(jī)又帶動(dòng)同軸上的交流發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)發(fā)電送往UPS，在市電斷電時(shí)直流電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，其后備時(shí)間就可根據(jù)用戶的要求增減電池組數(shù)量，筆者在執(zhí)行一項(xiàng)國(guó)防重大試驗(yàn)任務(wù)時(shí)就采用了這種設(shè)備。由于可控硅靜止變換式UPS的出現(xiàn)這種直交流電動(dòng)機(jī)

圖6 全可控硅靜止變換式UPS的結(jié)構(gòu)原理圖

產(chǎn)品也就淡出UPS行列了，它只是過渡了一下。

隨著可控硅器件的成熟美國(guó)愛克賽（Exide）和瑞士的IMV公司同期推出了全可控硅靜止變換式UPS。用可控硅逆變器代替了直流電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。因當(dāng)時(shí)的的逆變器電路技術(shù)尚在全橋變換階段，輸出電壓是三條火線如圖5所示，而實(shí)際用戶應(yīng)用的是三相四線式電壓，所以必須加一個(gè)D-Y變壓器。又由于當(dāng)時(shí)的一個(gè)單相逆變器的的輸出是方波，但50Hz的方波再平頂時(shí)會(huì)燒負(fù)載的50Hz變壓器，于是愛克賽（Exide）等公司就做出了四臺(tái)階逆變器然后濾波成正弦波，如圖6所示。1973年尼克松訪華就帶來了這樣兩臺(tái)UPS，一臺(tái)50kVA，一臺(tái)75kVA，安裝在清河衛(wèi)星地面站，當(dāng)時(shí)參加該機(jī)器運(yùn)維的就有后來參加《網(wǎng)通》的劉秀榮老師。屆時(shí)南京熊貓集團(tuán)公司開始研究仿制，比如此后就推出了達(dá)林頓管逆變器75kVA 的UPS。為了促進(jìn)國(guó)內(nèi)對(duì)UPS的研制在中國(guó)電源學(xué)會(huì)的授意下在1984年筆者出版了56萬字的“可控硅穩(wěn)壓電源”一書，如圖5所示，書中對(duì)UPS主要器件可控硅的性能和構(gòu)成電路的環(huán)節(jié)做了比較詳盡的介紹，因此12,000冊(cè)不到一年的功夫就搶購(gòu)一空。屆時(shí)上海自動(dòng)化研究所做出了水冷式10kVA容量的三相輸出電壓UPS，電子部15所電源研究室也作出了3kVA單相輸出的樣機(jī)，但由于這種可控硅設(shè)備噪聲大效率低且笨重，在當(dāng)時(shí)進(jìn)口小功率UPS的沖擊下都沒形成產(chǎn)品而無聲無息的退出了。

到此，旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS和靜止變換式UPS開始分道揚(yáng)鑣走上了各自發(fā)展的道路。圖7示出了UPS

圖7 UPS技術(shù)發(fā)展路線圖

技術(shù)發(fā)展路線圖。

1980年美國(guó)國(guó)際動(dòng)力公司（IPM）首先推出了脈寬調(diào)制式高頻脈沖逆變器UPS。這個(gè)技術(shù)是美國(guó)庫(kù)伯博士上世紀(jì)70年代推出的電路，也早已廣泛應(yīng)用到各類直流電源上。UPS逆變器這種結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)離的變化

圖8 脈寬調(diào)制式高頻脈沖逆變器原理電路圖

使得工頻機(jī)UPS的這一關(guān)鍵電路已經(jīng)工作在多倍工業(yè)頻率而進(jìn)入高頻機(jī)范疇。但由于某種原因使得整流器仍然采用工作在工業(yè)頻率的可控硅器件。盡管如此，由于逆變器也仍然采用的是全橋電路，輸出變壓器照樣原封不動(dòng)地存在其中，這就使得該電路始終沒有脫出工頻機(jī)的范疇。

1980年后是UPS市場(chǎng)產(chǎn)品最活躍的年代，各種大小功率的UPS如雨后春筍般遍地發(fā)芽，美國(guó)愛克賽UPS通過水電部進(jìn)入；意大利西力UPS通過紡織工業(yè)部進(jìn)入；美蘭日蘭通過電子工業(yè)部15研究所進(jìn)入，筆者出國(guó)培訓(xùn)后在15所的長(zhǎng)城公司建立了第一個(gè)梅蘭日蘭UPS服務(wù)中心；屆時(shí)力博特和艾默生的全可控硅UPS也通過自己的渠道有了裝機(jī)用戶，索克曼和先控也找到了自己的用戶，等等。

小功率UPS也紛紛接踵而來，日本的東芝、松下、電京、湯淺、荷蘭的DELTA、芬蘭的Fscar都不甘落后相機(jī)進(jìn)入；山特、山頓、保時(shí)等國(guó)內(nèi)牌子的UPS也隨著這股洪流悄然進(jìn)入，山特1984年在深圳落腳并在附近建立了多個(gè)加工廠，比如深圳的中亞公司，佛山的科普器材公司和志成冠軍的前身公司都在為山特加工產(chǎn)品；山頓在深圳的制造是由西南電子有限公司承擔(dān)；由于當(dāng)時(shí)這些小功率UPS進(jìn)入市場(chǎng)比較倉(cāng)促，沒有向用戶交代使用事項(xiàng)，于是山特公司北京辦事處候蘭女士請(qǐng)?jiān)谙伦珜懥恕吧教豒PS使用說明書”，十年后筆者被聘為技術(shù)顧問；“保時(shí)牌”UPS代理商李先生也從香港趕過來請(qǐng)?jiān)谙伦珜懥恕氨r(shí)UPS使用說明書”。同期臺(tái)灣創(chuàng)立牌UPS在以何春華先生為首席代表的主持下也在北京落戶，后來筆者被聘為技術(shù)總監(jiān)。就在這些產(chǎn)品的刺激下一些地方也開始了制造UPS的醞釀嘗試，像熊貓、創(chuàng)統(tǒng)、冠軍、科華、科士達(dá)、捷益達(dá)、East、恒電…。后來多個(gè)公司在深圳和所在城市得到了很好的發(fā)展。同期筆者也為現(xiàn)在火箭軍的的前身“二炮”研制并做出了導(dǎo)彈陀螺儀小功率UPS。

80~90年代也是UPS技術(shù)廣泛傳播的年代，UPS逆變器的達(dá)林頓管因?yàn)槭怯晒β示w三極管組成，三

圖9 UPS逆變器采用幾種器件的過程

極管的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通壓降小，管子功耗小，但有一個(gè)二次擊穿的弊病，可靠性受到影響，尤其它是電流控制器件放大系數(shù)值不高，因此必須多級(jí)推動(dòng)，這就是為什么采用達(dá)林頓的原因，所以在大電流時(shí)耗費(fèi)驅(qū)動(dòng)功率，效率低；后來出現(xiàn)了場(chǎng)效應(yīng)管，由于場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，節(jié)省功率，但導(dǎo)通壓降大，不利于大電流輸出；隨著器件技術(shù)的提高終于出現(xiàn)了場(chǎng)效應(yīng)管與晶體三極管組合的絕緣柵晶三極體管IGBT，為逆變器提供了方便，如圖9所示。上世紀(jì)80年代日本三菱公司雖然推出了全I(xiàn)GBT的30kVA高頻機(jī)UPS，但由于逆變器仍采用了全橋電路，輸出變壓器還是不能拿掉。

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