最初的UPS輸出逆變器都是帶有變壓器的。應(yīng)該說，帶變壓器是UPS輸出逆變器電路形式所決定的，而變壓器的存在卻是弊大于利。逆變器電路技術(shù)演變過程的一個(gè)顯著的表現(xiàn)形式是:是否必須用變壓器以及如何配置變壓器。
　　19世紀(jì)70年代生產(chǎn)的代三相UPS的典型電路結(jié)構(gòu)形式(MGEUPSMG240系列)。這個(gè)系列的UPS包括一個(gè)由降壓式自藕變壓器繞組供電的二極管全波整流器和一個(gè)與整流器相并聯(lián)的、由自稍變壓器的輔助二次側(cè)繞組供電的電池充電器。當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)靜態(tài)開關(guān)可將電池組連接到直流母線上供電。
　　逆變器由4個(gè)三相變換器以全波方式運(yùn)行(按照基波頻率進(jìn)行換向)，每一個(gè)三相變換器都與變壓器的一次側(cè)繞組相連接(A連接)，把這些二次側(cè)繞組開放式的變壓器(OpenPhaseTransformers)以一定方式進(jìn)行串聯(lián)，以獲得合成的輸出電壓。這4個(gè)變壓器被分為兩組，每一組都包含一個(gè)Y 形和一個(gè)曲折Y型(Z形)的二次側(cè)繞組，這兩個(gè)二次側(cè)繞組之間具有30。相位差。這一特殊連接可消除序號(hào)為"n=6k±1次的電壓諧波，其中K為奇數(shù)，這等效于一個(gè)具有兩組移相式整流橋的變壓器一次側(cè)繞組所吸收的電流。對(duì)于在變壓器一次側(cè)繞組中每相可能出現(xiàn)的3次和3n次諧波，由一次側(cè)繞組的人接線方式來抵消。因此，首先需要濾除的諧波為第11次諧波。輸出電壓的調(diào)整是通過移動(dòng)兩組變壓器之間的相位來完成的。由于首行濾除的是第11次諧波，所以輸出濾波器的尺寸較小，這使得逆變器對(duì)負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性加快。
　　超過90%的逆變器效率，這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)足夠讓人滿意了，這樣的輸出效率得益于采用較低頻率的斬波以降低換向損耗。盡管當(dāng)時(shí)這種換向電路(如圖2-21所示)是的，但仍然存在不容忽視的損耗。
　　在圖2-21中，可控硅以交替換向的方式進(jìn)行工作。一只可控硅的關(guān)斷電流通過電感的中間抽頭和電容組成的振蕩電路迫使另外的一只可控硅關(guān)斷。換向恢復(fù)電路可借助與主二極管Db和輔助二極管Da相聯(lián)接的變壓器把電容中存儲(chǔ)的一部分能量(1/2*CV2)送回到直流電源。
　　這種類型電路的主要缺點(diǎn)為:在某些情況下例如過載時(shí)，不可能便所有可控硅立即關(guān)斷，進(jìn)而使逆變器停止工作。這給設(shè)備的安全造成威脅。
　　改進(jìn)的逆變器換向電路，可明顯降低此類電路的換向能量損耗并實(shí)現(xiàn)所有可控硅的同時(shí)關(guān)斷。圖中的每只可控硅都有一個(gè)關(guān)斷電路。每個(gè)關(guān)斷電路包含一只可通過一個(gè)電阻做預(yù)充電的電容器、一個(gè)換向電感L1、一只輔助可控硅Ta和一只輔助二極管Da。Ta導(dǎo)通時(shí)關(guān)斷電流在歷Ta、L1和C組成的電路中產(chǎn)生環(huán)流，這使得電容兩端的電壓在振蕩的個(gè)1/2周期末發(fā)生反向。對(duì)于緊接而來的第二個(gè)1/2周期，反相電流流過Da中的電流會(huì)使主可控硅Tp中的電流減小，直到消失。并通過連接于換向電路的Dp，便Tp上的電壓反向。輔助可控硅歷上的電壓在這個(gè)1/2周期中也被通導(dǎo)的Da和Tp反向關(guān)斷。在此周期的最后，電容器兩端的電壓被再次反向，且通過與其連接的電阻與直流電源的另一極形成回路，完成充電動(dòng)作，使電容電壓恢復(fù)到起始值狀態(tài)。
　　為減少電路的能量損失和改善控制功能，下一代系統(tǒng)開始采用一種新的脈沖電路，每個(gè)晶閘管都有相應(yīng)的滅弧電路。整個(gè)設(shè)備僅需兩個(gè)變壓器。如圖 2-23所示(MGEAlpase3000系列)。為消除"n=6k士1次的諧波(如前所述斤為奇數(shù))，只需要一組相位相差30。的逆變器，而這30。的相移是預(yù)先設(shè)置好的，并在每臺(tái)變壓器一次側(cè)以一種叫做"脈沖寬度調(diào)節(jié)"的方式(PWM)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)整。為達(dá)到預(yù)期的輸出電壓，可以將上述換向電路應(yīng)用于每周期6次換向的基本脈寬調(diào)制電路(PWM)。
　　變壓器的數(shù)量從4個(gè)減少到2個(gè)，但為了實(shí)現(xiàn)只采用一個(gè)變壓器的目標(biāo)，就不得不提高逆變器電路的性能以實(shí)現(xiàn)只需變化PWM就能達(dá)到目的，而無需再采用兩組變壓器的方式。
　　以前用兩組移相30。的變壓器是為減小低頻諧波，因?yàn)橐獮V除他們比較困難。由此，MGE于1980年推出了AIpase4000系列UPS。
　　在該系列中，變壓器的一次側(cè)繞組之間不做連接，而其二次側(cè)繞組則為Z形連接。Z形連接的變壓器可消除諧波次數(shù)為3n次的諧波。每個(gè)逆變器以基波的7倍頻率來斬波直流電壓。這種斬波方式是固定頻率斬波，在設(shè)計(jì)時(shí)以盡可能減小輸出電壓的失真度以及減小濾波器的尺寸為目標(biāo)。輸出電壓的調(diào)整是通過移動(dòng)兩組逆變器之間的相位差進(jìn)行的。
　　濾波電感末在此圖上標(biāo)出，因?yàn)樗呀?jīng)被集成在變壓器繞組中了。
　　在逆變電路結(jié)構(gòu)中開始應(yīng)用了被稱為MacMurray的換向電路。
　　此處只用了一個(gè)LC電路就可以可靠地關(guān)斷與其連接的主可控硅Tp。此關(guān)斷動(dòng)作發(fā)生在LC電路振蕩的個(gè)1/2周期末，這使得在此1/2周期結(jié)束時(shí)電容器兩端的電壓被反向，從而電容器也因此準(zhǔn)備好了對(duì)可控硅歷進(jìn)行關(guān)斷。在個(gè)振蕩周期的最后，電容C兩端的電壓稍高于一直流電壓，而這也就是為什么要將電阻R安裝在兩個(gè)Da之間，以通過輔助二極管Da把此電壓恢復(fù)到直流電壓的原因。如果沒有這一電阻，電容器C兩端的電壓可能達(dá)到圖z- 2MacMurray紗逆變器換向電路很大的數(shù)值因而增加換向損耗。
　　自19世紀(jì)80年代起，UPS逆變器開始只含有一臺(tái)變壓器。同時(shí)，隨著功率半導(dǎo)體的革新，雙極型晶體管以及電子控制級(jí)的IGBT等功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，逆變電路中的可控硅器件被取代(圖2-26和圖2-27)，但帶輸出變壓器這種情況仍在繼續(xù)且一直持續(xù)到21世紀(jì)伊始，其間，雖然在1995年出現(xiàn)了無變壓器的逆變器結(jié)構(gòu)，然而此類產(chǎn)品僅適用于功率≤3OkVA的UPS。造成這一情形的主要原因是功率半導(dǎo)體器件換向時(shí)的損耗較大，而較高的耐壓要求又使得人們很難在不用變壓器的條件下成功地制造出大容量的逆變器。
　　圖2-26(MGEGalaxy系列)的逆變器采用1GBT器件，變壓器一次側(cè)繞組采用開放式連接，而二次側(cè)繞組采用Y連接。每個(gè)一次側(cè)繞組都連接到兩個(gè)變換器支路的臂上，組成的實(shí)際上是一個(gè)單相全控制逆變器橋。因此，在二次側(cè)繞組上得到的電壓是獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這可有效地確保輸出電壓的良好平衡，而不管三相電流是否處于平衡狀態(tài)。應(yīng)該注意的是，此時(shí)逆變器是Y連接于中線而不是A連接。使用橋式組件的連接方式可使每個(gè)支路的變換頻率相對(duì)于標(biāo)稱變換頻率減小1/2，這樣每個(gè)支路都只在1/2個(gè)周期內(nèi)工作。
　　無論是否有變壓器，此種配置都可使從整流器到逆變器的整機(jī)效率提高到94%。
　　不僅僅只是一個(gè)變換器的事情了，此變壓器的藕合方式采用一次側(cè)A/二次側(cè)Z形連接。Z形連接不能消除三次及3n次的電壓諧波，諧波抑制是通過一次側(cè)A連接來實(shí)現(xiàn)。
　　這種連接方式可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額外的功能:首先，它可以實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)每相的輸出電壓，而各相電壓都與相應(yīng)的電壓變換器的輸出同相;此外，它可以吸收負(fù)載的3n次諧波電流，避免這些諧波傳輸?shù)揭淮蝹?cè)繞組，這樣，IGBT的換向電流得以減弱，從而減少了換向損耗。