提到柴油機動態式不間斷電源UPS，可能很多專業的UPS電源工程師都很陌生。本文就簡要介紹柴油機動態式不間斷電源UPS，使讀者認識這項產品，給電源設計師在今后的實際應用中多一種選擇的思路。
為了對動態式的不間斷電源有更深入的認識，先了解一下不間斷電源的發展。
從UPS的發展歷史來說，經歷了兩個階段：旋轉(動態)式UPS和靜態變換(電池式)式UPS。
早期的UPS被稱為旋轉式UPS，是由整流器、電池、直流電動機、柴(汽)油機、飛輪和發電機組成。在市電供電情況下，電動機帶動飛輪和發電機給負載供電;當斷電后，由于飛輪的慣性作用，會繼續帶動發電機的轉子旋轉，從而使發電機能持續給負載提供電源(電能-動能-電能)，起到緩沖的作用，同時啟動柴(汽)油機。當油機轉速與發電機轉速相同時，油機離合器與發電機相連，完成從市電到油機的轉換。盡管其維護簡單，也比較穩定，但系統龐大，操作不便，而且效率低，噪聲大，電力品質不高，技術條件的限制迫使人們采用這種最簡單的解決方案。隨著電腦網絡、醫療器械和精密儀器的不斷涌現和大量應用，旋轉式UPS已難以滿足要求。因此隨著電力電子技術的發展，另一種形式的UPS---靜態變換式UPS便應運而生了，這是我們目前最常見到的UPS類型，也是絕大多數人對于UPS的概念。
從世界范圍來講，UPS的發展與應用在中國相對比較滯后，這主要還是由于經濟相對落后造成的。近些年，隨著國民經濟的不斷壯大，國內客戶對UPS的需求逐漸擴大。使得UPS得到了廣泛的應用。事實上，絕大多數人從一開始接觸和了解的，就是靜止式的電池UPS。談到動態旋轉式的UPS，對很多人來講，就是一個全新的概念了。這下您就要問了，既然之前提到的動態式UPS有那么多的缺點，已經基本上被電池式的UPS替代了，那么就沒有必要強調這個所謂的新的概念了吧。
其實不然，產品存在的價值是因為客戶的需要。動態式UPS的存在，彌補了電池式UPS的不足，動態式UPS結合自身的優點，經過幾十年不斷的發展和改進，在大功率市場，已經獨樹一幟，相比較電池式的UPS，單機功率范圍高，優勢明顯，功能強大，具備了集成化的電源解決方案，由于其結構簡單緊湊，可靠性更高，并且隨著功率應用的增高，其高效率產生經濟性更加突出。因而在國際上的大功率市場，得到了廣泛的應用。
那么，到底什么是動態式的UPS呢?有什么優點呢?下面就處于國際領先地位的荷蘭海泰克電源保護有限公司典型的動態式UPS簡述一下。
一、系統描述
該系統以簡潔而有效的方式不斷地對市電進行過濾，并保護突發停電事故。動態式的UPS系統以其獨特的設計理念，為用戶提供最優化的UPS系統，保證用戶設施的正常運轉。根據燃料供應量的不同，UPS能夠滿足不同時間長短的電源供應。
該系統主要由五個核心部分組成：
⑴同步交流發電機。在市電模式下，發電機的作用就相當于一個同步電容器，它能保持感應耦合器外轉子(紅色)的轉速。它為負載提供無功功率，與電抗器結合作為有源濾波器。當市電斷電時，發電機先由感應耦合器驅動，然后由柴油機驅動，提供電源給緊急負載使用。
⑵感應耦合器。感應耦合器是該產品獨特設計的理念，也是UPS系統的心臟。外轉子(紅色)包含一個兩極三相線圈，在市電模式下，它能加快自由轉動的內轉子(黃色)的轉速。市電斷電時，UPS使外轉子的直流線圈通電，藉此取出內轉子儲存的動能。柴油機啟動并加速到全速運轉或者全功率需要些許時間，而由內轉子取出的能量足夠滿足這段時間的能量需求。
⑶自由輪離合器。是感應耦合器/發電機與柴油機之間的機械橋梁。離合器的作用是：當柴油機處于停止狀態時，允許感應耦合器轉動;當柴油機開始運轉，并達到感應耦合器/發電機的轉速時，離合器會自動接合，柴油機便開始驅動感應耦合器/發電機。這樣，柴油機就在完全空載的情況下啟動并迅速加速運轉，確保了機器迅速可靠地啟動。
Hitec機組系統結構圖
⑷柴油機。柴油機在市電模式下是待機(停止)狀態。為確保柴油機能夠迅速可靠地啟動，柴油機勻進行預熱并預先對其進行潤滑。只要市電斷電或超出了規定要求范圍，柴油機就會立即啟動，并加速至全速運轉。柴油機啟動期間即由感應耦合器提供緊急負載所需能量。整個轉換時間約為5至10秒鐘。
⑸電抗器。電抗器(扼流圈)將市電與負載分開。電抗器與發電機相連，它相當于一個連續濾波器，UPS系統將輸出電壓控制在嚴格的規定范圍內。
系統的其它部分，如開關設備，可以按照客戶選擇的開關品牌提供。
UPS的操作十分簡便，可通過數字式或模擬式的人機交互界面(HMI)進行操作該界面可以顯示整個UPS的運行情況。此外，還可以通過接線、串聯或互聯網實現遠程監測。
UPS的控制是由名為DiCon的微處理控制器完成的。DiCon是一種通用的控制器，能夠控制發電機電壓、有功功率及無功功率、柴油機轉速及感應耦合器。這種通用設計通過軟件進行設置，以滿足所有可能的系統及配置需求。
二、系統運行
①市電模式
在市電模式下，電抗器和發電機的作用就相當于一個有源濾波器，它們能夠防止任何市電*影響負載。發電機相當于一個電動機運轉，驅動感應耦合器的外轉子，使其以1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm的速度旋轉。通過激勵外轉子內的兩極三相線圈，就能使內轉子以3000(50Hz)/3600(60Hz)rpm相對于外轉子的速度旋轉，這樣就將動能儲存在內轉子中。感應耦合器的外轉子與柴油機藉由自由輪離合器相互分隔。
②切換為柴油機模式
當發生停電或市電超出了規定要求范圍，斷路器Q1就會斷開。感應耦合器的直流線圈就會通電，從而將儲存的動能從內轉子傳遞到外轉子。發電機的速度會保持在1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm。同時，柴油機啟動，并且在約2秒鐘加速至1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm，然后自由輪離合器自動地結合。在接下來的幾秒鐘內，柴油機與感應耦合器共同驅動發電機，以確保對緊急負載正常供電。在5到10秒鐘之內，柴油機將單獨驅動發電機為負載供電。
③柴油機模式
當機器處于柴油機模式時，外轉子內的兩極三相線圈會再次通電，使得內轉子重新加速至3000(50Hz)/3600(60Hz)rpm。柴油機的速度會被監測，并進行數字化控制，以確保輸出頻率穩定不變。在柴油機模式下，由于可以利用感應耦合器協助柴油機運轉，因此即使系統遇到負載變動幅度較大的情況，系統的輸出頻率也能夠保持在一個很小的變動范圍之內。
④返回市電模式
當市電穩定后，UPS會與市電同步，并閉合斷路器Q1。柴油機將減速至1450(50Hz)/1750(60Hz)rpm，因此自由輪離合器斷開。同時，發電機返回到發動機狀態，并將感應耦合器的外轉子速度保持在1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm。這時，柴油機還將在空載狀態下繼續運轉一些時間以進行冷機。完成冷機后，柴油機會停止運轉，返回待機模式。
三、系統的優勢
1.無電池解決方案!
目前。電池式的UPS系統最大的薄弱環節，就是電池組。統計顯示，大功率的UPS中電池的價格占很大的比重，一般約占UPS總價格的30%-50%。在返修的UPS中，由于蓄電池的故障而引起UPS不能正常工作的比例大約為1/3。動態式的UPS系統不使用電池，而是用動能連接起柴油機啟動的時間。這種系統不會出現因使用電池而引起的相關問題。
2.UPS=電池式UPS+備用發電機
與電池式UPS/備用發電機相比，動態式的UPS系統的設計理念更為簡單有效。電池式UPS+備用發電機的方案包含諧波濾波器、整流器、電池組、逆變器、靜態開關、備用發電機等組件，而荷蘭海泰克電源保護有限公司的UPS系統則將這些功能完全集合在一個系統中。
VS
柴油機動態式的UPS的構架比電池式UPS更為簡單
3.在線交互式系統，不使用任何電力電子組件
動態式的UPS系統是在線交互式系統，它與市電并聯運轉。在線交互式系統的優點就在于它將UPS系統與市電并聯起來，而不是串聯即可達到改善市電品質的優點。傳統的電池式UPS系統要不斷地通過整流器和逆變器轉換電能，如此
易造成共用點的故障，降低系統的效率。除電抗器外，并無其它電力轉換元件，效率更是高達97%。如果分析空調系統運轉所需的電能，通過長時間的系統運轉，就能切實地體會到動態式UPS系統的節能效應。
4.電抗器+發電機=有源濾波器
通過磁耦合抽頭電抗器(扼流圈)與發電機結合發揮了有源濾波器的作用，它能夠有效地凈化市電電壓，防止所有的*影響負載。此外，發電機能夠提供最高至14倍標稱電流的短路電流，與傳統的系統相比，這又是一大主要的優勢。如果UPS的下游發生短路UPS將會在市電模式下排除故障。傳統的電池式UPS系統則被迫轉換到旁路，期望市電能夠排除故障。如果這時市電停電，負載就會處于無保護狀態，容易發生負載斷電情況。海泰克的UPS系統在這種情況下不會轉換至旁路，這一點是不容忽視的。
結論
與傳統的UPS系統相比，動態式的UPS系統有許多優勢。這些優勢包括節省空間、安裝成本低廉、節省運轉耗電量、不使用空調系統、不使用危害環境的電池、減少施加在機房上的結構重量、不存在與備用發電機的兼容性問題、可靠性更高、無需支付更換電池的巨大費用等等。
Hitec整套動態式系統結構圖
產品存在的價值就是客戶的需要，動態式UPS自身結構的原因決定了它只適用于大功率市場。以往選擇備用發電機組和電池式UPS的客戶，如果使用的功率足夠大(500KVA以上)的話，可以考慮使用動態式的UPS，這將是當前最佳的選擇。