自从小功率UPS面世以来，无变压器UPS规划阅历了20余年的开展。现在30kVA以下的UPS绝大大都都是无变压器的，这意味着UPS并不一定需求市电频率（工频）的磁性部件（变压器或电感）。这种无变压器规划的趋势在向着大功率段开展，因为工频磁性部件是原材料和劳动力密集型工业产品，而高频电力电子设备是技能密集型产品。
一般来说，技能开展老练时能够进步用户价值而不用以献身可靠性为价值。一旦完成，技能密集型的规划就成为首选的抢先计划，开关电源和个人电脑的开展现已证明了这一点。
关于30～200kVA的大功率UPS，现在多家厂商现已有无变压器规划的老练产品。在曩昔十年间，大功率的绝缘栅型双极晶体管（IGBT）现已开展得非常老练，在大功率段选用10kHz以上的频率改换而不会影响功率。
别的，一些新的操控技能使得选用无变压器规划的UPS进一步下降了开关损耗，因而比传统UPS全体功率更高。功率规模200～1100kVA的UPS，最大的应战是在高电压下快速通断大电流，而没有过多的损耗或过高的峰值电压。
图1传统UPS与无变压器UPS结构示意图
传统UPS的规划原理
传统UPS与无变压器规划UPS的根本结构如图1所示。传统UPS选用的晶闸管整流器，考虑到电网电压的动摇规模，三相整流输出的直流电压（充电电压）一般为500Vdc以下。UPS电池组中的电池数一般为32～35只。当电池放电时，直流电压更低。再经过IGBT逆变器经过SPWM波形改换后，输出三相沟通电压只要二百多V。所以需求输出变压器进行升压以到达输出380V沟通电源。
图2UPS的典型输入特性
为了进步功率和性价比，传统UPS一般选用6脉波晶闸管整流，这会发生很大的输入谐波电流并下降输入功率因数，这在许多场合是不行承受的，而且与一些发电机不兼容。要使谐波THDi低于5%～10%以及功率因数高于0.99，就需求很大的输入电感和谐波滤波器。选用这些元件将添加本钱、分量和尺度。
别的，不能在较宽的负载规模内下降谐波和进步功率因数，它们通常在60%以上负载率时才有用，如图2所示。在负载率低于40%时，输入功率因数将变为超前，使得与发电机不兼容。输入功率因数还随市电电压改变，参数表仅仅标称值。 为了进步输入目标，还能够选用12脉波整流器和输入滤波器。但这些将添加尺度、分量和本钱，并下降全体功率。在满载时输入目标能够到达THD<5%，PF>0.95，但在半载或更低负载时输入目标将严峻恶化。各种UPS在不同负载时的输入谐波含量如表1所示。
关于输入谐波，其影响的严峻程度取决于特别的运用和现场环境。例如，一个10%失真的设备在低频时引起的电压失真比高频时要小。没有适宜的输入滤波器，晶闸管（SCR）关断时发生的快速di/dt（电流尖峰）将引起严峻的线路电压洼陷，然后影响电网上的附近设备。
图3 6脉波晶闸管整流器输入电流波形
典型的6脉波晶闸管整流器的输入电流波形如图3所示（示波器实拍）。经过输入电感约束di/dt，输入谐波THD>30%。
无变压器UPS的规划特色
无变压器UPS规划的完成，是因为选用了IGBT整流器。因为选用了PWM操控技能，能够使整流器发生升压输出（Boost），不同的PWM操控办法将取得不同的输出直流电压。现在常用的操控算法有正弦波PWM和空间矢量PWM。恰当的直流高压经过逆变器能够直接输出380V沟通电压，而不再需求变压器升压。
图4无变压器UPS的典型输入特性
无变压器规划的IGBT整流器在10%～100%的负载规模内坚持了高功率因数和低输入谐波，如图4所示。它与发电机高度兼容，然后防止了发电机挑选的超容量要求。IGBT整流器的优异输入特性在整个输入电压作业规模内都坚持不变，如图5所示。
图5无变压器UPS典型输入和输出波形
无变压器规划的UPS中IGBT的开关频率越高，所运用的滤波器电感越小，呼应时刻越快，波形越好。现在IGBT的开关频率现已到达10kHz以上。
图6无变压器UPS电力传输电路
图6所示为无变压器UPS的电力传输电路。无需输出变压器，经过新式的4桥臂逆变器而发生输出中线和三相电压。UPS在线作业时整流输入只需求三个相线，但旁路作业时中线有必要衔接。在传统的UPS结构中，通常用△/Y变压器来发生输出中线。
无变压器UPS的电池办理特色
能够运用半桥转化器使电池电压与直流母线电压独立，并习惯更广的电池电压规模（例如192～240个单体）。此转化器还能使电池置于开路状况以防止长时间浮充电压的直流脉动电流和加快老化（特别是在高温场合）。因为具有这一特色，ABM技能和其他充电技能被用来有用地延伸电池寿数。ABM技能是大都大功率UPS所选用的电池充电规划。
图7传统UPS与无变压器UPS结构比照图
IGBT整流器从电网汲取能量，输入功率因数PF>0.99，逆变器供给输出电流，能够支撑90%额外容量的负载功率，一起给电池充电。当电网电压下降时，电池充电将暂停以确保负载输出。当电网电压康复时，电池也康复快速充电。
在输入端选用较小的电感%&&&&&%（LC）低通滤波器，即能滤除显着的di/dt改变而不会搅扰电网电压，这与逆变器输出端的LC滤波器相同。
传统UPS的元件和无变压器UPS的元件比照
无变压器UPS能够撤销的元件，如图7所示，称为传统UPS的“磁性套件”。它包含输出变压器、输入电感、DC母线电抗器、输出滤波器电感和输入谐波滤波器电感。它们不光非常沉重，而且体积巨大，和周围的无变压器UPS的部件比较不同非常显着。
无变压器UPS中的电感焊接在印刷电路板（PCB）上或许安装在铝质U形支架上，其体积、分量和本钱都比本来小得多，运用铁氧体磁芯以及双层的线包绕组即可满足要求，散热也便利，如图8所示。
图8无变压器UPS电感示意图
选用无变压器规划的UPS，尽管添加了逆变器的中线桥臂以及电池充放电转化器，但与削减的磁性元件比较，全体来说本钱下降了，而且削减了UPS的体积和分量，其分量是传统UPS的50%或更低，占地面积为本来的60%，不需求后边和旁边面接线修理。别的，IGBT整流器极大地进步了UPS的输入目标，在很宽的负载规模内坚持目标不变，而且其全体功率到达94%以上。能够说，这种技能密集型的规划是现在最受欢迎的新一代UPS结构，是将来的开展趋势。
