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淺析不間斷電源(UPS)基本原理介紹！
來源：www.vsrekpp.cn 發(fā)布時間：2020年12月31日
UPS即不間斷電源(Uninterruptible Power Supply)，是一種含有儲能裝置的不間斷電源。主要用于給部分對電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備，提供不間斷的電源。
當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護(hù)。
不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護(hù)蓄電池)與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于給單臺計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其他電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。
新型UPS中的逆變器大多采用了PWM技術(shù)，同時采用了石英晶體振蕩控制逆變器的頻率，通過電壓負(fù)反饋電路確保輸出電壓的穩(wěn)定。它具有開關(guān)電源的一系列優(yōu)點，通過準(zhǔn)確調(diào)整脈沖寬度，確保功率穩(wěn)定輸出，同時．開關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用，也使其自身損耗大大降低。主要技術(shù)指標(biāo)如下:
（1）額定輸出功率和大輸出功率;
（2）切換時間；
（3）輸出電壓穩(wěn)定度，參考值±0.5%~±2%；
（4）輸出頻率穩(wěn)定度，參考值±0.01%~±0.5%；
（5）輸出波形純正(正弦波輸出)，電壓畸變小于1%，不存在潛波失真的問題；
（6）效率高、損耗低。參考指標(biāo)高于90%；
（7）無故障工作時間。由于微處理器監(jiān)控技術(shù)和科技的IGBT驅(qū)動型SPWM等高技術(shù)的采用，目前的UPS已達(dá)到了級高的靠譜性水平，對于大型UPS電源來講，其單機(jī)的年均無故障工作時間(MTBF)已過20萬小時。如果采用雙總線輸出的多機(jī)“冗余”型UPS供電系統(tǒng)，其MTBF甚至可達(dá)1000萬小時數(shù)量級。
UPS分類
（1）被動后備式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間僅簡單地作為備用電源使用。此種UPS電源，在市電正常時，負(fù)載完全而且是直接地市電供電，逆變器不做任何電能變換，蓄電池由獨立的充電器供電；當(dāng)市電不正常時，負(fù)載完全由逆變器提供電能。
被動后備式UPS具有結(jié)構(gòu)簡單、價格較廉等優(yōu)點，運用于某些非重要的負(fù)載使用，如家用計算機(jī)等。但市電斷電時，繼電器將逆變器切換至負(fù)載，切換時間較長，一般需幾個毫秒的間斷，所以稍微重要的計算機(jī)設(shè)備不應(yīng)選用被動后備式UPS電源。
（2）在線互動式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間，起后備電源作用，同時逆變器作為充電器給蓄電池充電。通過逆變器的可逆運行方式，與市電相互作用，因此被稱為互動式。此種UPS電源，在市電正常時，負(fù)載由經(jīng)改良后的市電供電，同時逆變器作為充電器給蓄電池充電，此時逆變器起AC/DC變換器的作用；而當(dāng)市電故障時，負(fù)載完全由逆變器供電，此時，逆變器起DC/AC變換器的作用。
在線互動式UPS具有結(jié)構(gòu)較簡單、實施方便、且易于并聯(lián)、便于維護(hù)和維修、效率高、運行費用低、整機(jī)靠譜性高等優(yōu)點，性能滿足某些負(fù)載要求，特別適用于網(wǎng)絡(luò)中某些計算機(jī)設(shè)備采用分布式供電的系統(tǒng)。此種電源缺點是穩(wěn)壓性能不高，尤其動態(tài)響應(yīng)速度低，其次抗干擾能力不強(qiáng)，電路會產(chǎn)生諧波干擾和調(diào)制干擾。
（3）雙變換式UPS電源
指逆變器串聯(lián)連接在交流輸入與負(fù)載之間，電源通過逆變器連續(xù)地向負(fù)載供電。此種UPS電源其供電方式如下：市電正常時，市電經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載供電；市電不正常時，由蓄電器經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。
雙變換式UPS是UPS電源的主流產(chǎn)品，具有性能好、電壓穩(wěn)定度與頻率穩(wěn)定度高、功能強(qiáng)、具有熱備份連接和并聯(lián)冗余聯(lián)結(jié)的功能等優(yōu)點，其不足之處是當(dāng)容量少于10kVA以下，其整機(jī)效率不高，一般在85%左右。
注意事項
因為其逆變器和蓄電池工作的特殊性，UPS電源的安裝和使用須有一套嚴(yán)格、科學(xué)的操作規(guī)程，才能提高工作穩(wěn)定性，減少設(shè)備故障率，真正地做到設(shè)備供電不間斷。
（1）UPS電源的安裝環(huán)境應(yīng)避免陽光直射，并留有足夠的通風(fēng)空間，保持工作環(huán)境的溫度不高于25℃。如果工作環(huán)境溫度過25℃，每溫升增加10℃，電池的壽命就會縮短一半左右。
（2）不宜在UPS電源的輸出端使用大功率可控硅負(fù)載、可控硅橋式整流或半波整流型負(fù)載，此類負(fù)載易造成逆變器末級驅(qū)動晶體管被燒毀。
（3）嚴(yán)格按照正確的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行操作，避免因負(fù)載突然增加或突然減少時，UPS電源的電壓輸出波動大，從而使UPS電源無法，正常工作。
（4）禁止頻繁地關(guān)閉和開啟UPS電源，一般要求在關(guān)閉UPS電源后，至少等待30秒鐘后才能開啟UPS電源。因為造成中小型UPS電源高發(fā)故障的原因是：用戶頻繁的開機(jī)或關(guān)機(jī)，UPS電源帶負(fù)載進(jìn)行逆變器供電和旁路供電切換期。
（5）實踐證明：對于絕大多數(shù)UPS電源而言，將其負(fù)載控制在50%~60%額定輸出功率范圍內(nèi)是具佳工作方式。禁止負(fù)載使用，廠家建議：UPS電源的大啟動負(fù)載建議控制在80%之內(nèi)，如果載使用，在逆變狀態(tài)下，時常會擊穿逆變?nèi)壒堋２灰诉^度輕載運行，這種情況容易因為電池放電電流過小造成電池失效。
（6）定期對UPS電源進(jìn)行維護(hù)工作：觀察工作指示燈狀態(tài)、除塵，測量蓄電池電壓，更換不合格電池，檢查風(fēng)扇運轉(zhuǎn)情況及檢測調(diào)節(jié)UPS的系統(tǒng)參數(shù)等。
（7）UPS電源比較適合于帶微電容性負(fù)載，不適合于帶電感性負(fù)載，如空調(diào)、電動機(jī)、電鉆、風(fēng)機(jī)等。如果UPS電源負(fù)載為電阻性或電感性負(fù)載時，必須酌情減小其負(fù)載量以免載運行。
當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護(hù)。
不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護(hù)蓄電池)與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于給單臺計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其他電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。
新型UPS中的逆變器大多采用了PWM技術(shù)，同時采用了石英晶體振蕩控制逆變器的頻率，通過電壓負(fù)反饋電路確保輸出電壓的穩(wěn)定。它具有開關(guān)電源的一系列優(yōu)點，通過準(zhǔn)確調(diào)整脈沖寬度，確保功率穩(wěn)定輸出，同時．開關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用，也使其自身損耗大大降低。主要技術(shù)指標(biāo)如下:
（1）額定輸出功率和大輸出功率;
（2）切換時間；
（3）輸出電壓穩(wěn)定度，參考值±0.5%~±2%；
（4）輸出頻率穩(wěn)定度，參考值±0.01%~±0.5%；
（5）輸出波形純正(正弦波輸出)，電壓畸變小于1%，不存在潛波失真的問題；
（6）效率高、損耗低。參考指標(biāo)高于90%；
（7）無故障工作時間。由于微處理器監(jiān)控技術(shù)和科技的IGBT驅(qū)動型SPWM等高技術(shù)的采用，目前的UPS已達(dá)到了級高的靠譜性水平，對于大型UPS電源來講，其單機(jī)的年均無故障工作時間(MTBF)已過20萬小時。如果采用雙總線輸出的多機(jī)“冗余”型UPS供電系統(tǒng)，其MTBF甚至可達(dá)1000萬小時數(shù)量級。
UPS分類
（1）被動后備式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間僅簡單地作為備用電源使用。此種UPS電源，在市電正常時，負(fù)載完全而且是直接地市電供電，逆變器不做任何電能變換，蓄電池由獨立的充電器供電；當(dāng)市電不正常時，負(fù)載完全由逆變器提供電能。
被動后備式UPS具有結(jié)構(gòu)簡單、價格較廉等優(yōu)點，運用于某些非重要的負(fù)載使用，如家用計算機(jī)等。但市電斷電時，繼電器將逆變器切換至負(fù)載，切換時間較長，一般需幾個毫秒的間斷，所以稍微重要的計算機(jī)設(shè)備不應(yīng)選用被動后備式UPS電源。
（2）在線互動式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間，起后備電源作用，同時逆變器作為充電器給蓄電池充電。通過逆變器的可逆運行方式，與市電相互作用，因此被稱為互動式。此種UPS電源，在市電正常時，負(fù)載由經(jīng)改良后的市電供電，同時逆變器作為充電器給蓄電池充電，此時逆變器起AC/DC變換器的作用；而當(dāng)市電故障時，負(fù)載完全由逆變器供電，此時，逆變器起DC/AC變換器的作用。
在線互動式UPS具有結(jié)構(gòu)較簡單、實施方便、且易于并聯(lián)、便于維護(hù)和維修、效率高、運行費用低、整機(jī)靠譜性高等優(yōu)點，性能滿足某些負(fù)載要求，特別適用于網(wǎng)絡(luò)中某些計算機(jī)設(shè)備采用分布式供電的系統(tǒng)。此種電源缺點是穩(wěn)壓性能不高，尤其動態(tài)響應(yīng)速度低，其次抗干擾能力不強(qiáng)，電路會產(chǎn)生諧波干擾和調(diào)制干擾。
（3）雙變換式UPS電源
指逆變器串聯(lián)連接在交流輸入與負(fù)載之間，電源通過逆變器連續(xù)地向負(fù)載供電。此種UPS電源其供電方式如下：市電正常時，市電經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載供電；市電不正常時，由蓄電器經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。
雙變換式UPS是UPS電源的主流產(chǎn)品，具有性能好、電壓穩(wěn)定度與頻率穩(wěn)定度高、功能強(qiáng)、具有熱備份連接和并聯(lián)冗余聯(lián)結(jié)的功能等優(yōu)點，其不足之處是當(dāng)容量少于10kVA以下，其整機(jī)效率不高，一般在85%左右。
注意事項
因為其逆變器和蓄電池工作的特殊性，UPS電源的安裝和使用須有一套嚴(yán)格、科學(xué)的操作規(guī)程，才能提高工作穩(wěn)定性，減少設(shè)備故障率，真正地做到設(shè)備供電不間斷。
（1）UPS電源的安裝環(huán)境應(yīng)避免陽光直射，并留有足夠的通風(fēng)空間，保持工作環(huán)境的溫度不高于25℃。如果工作環(huán)境溫度過25℃，每溫升增加10℃，電池的壽命就會縮短一半左右。
（2）不宜在UPS電源的輸出端使用大功率可控硅負(fù)載、可控硅橋式整流或半波整流型負(fù)載，此類負(fù)載易造成逆變器末級驅(qū)動晶體管被燒毀。
（3）嚴(yán)格按照正確的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行操作，避免因負(fù)載突然增加或突然減少時，UPS電源的電壓輸出波動大，從而使UPS電源無法，正常工作。
（4）禁止頻繁地關(guān)閉和開啟UPS電源，一般要求在關(guān)閉UPS電源后，至少等待30秒鐘后才能開啟UPS電源。因為造成中小型UPS電源高發(fā)故障的原因是：用戶頻繁的開機(jī)或關(guān)機(jī)，UPS電源帶負(fù)載進(jìn)行逆變器供電和旁路供電切換期。
（5）實踐證明：對于絕大多數(shù)UPS電源而言，將其負(fù)載控制在50%~60%額定輸出功率范圍內(nèi)是具佳工作方式。禁止負(fù)載使用，廠家建議：UPS電源的大啟動負(fù)載建議控制在80%之內(nèi)，如果載使用，在逆變狀態(tài)下，時常會擊穿逆變?nèi)壒堋２灰诉^度輕載運行，這種情況容易因為電池放電電流過小造成電池失效。
（6）定期對UPS電源進(jìn)行維護(hù)工作：觀察工作指示燈狀態(tài)、除塵，測量蓄電池電壓，更換不合格電池，檢查風(fēng)扇運轉(zhuǎn)情況及檢測調(diào)節(jié)UPS的系統(tǒng)參數(shù)等。
（7）UPS電源比較適合于帶微電容性負(fù)載，不適合于帶電感性負(fù)載，如空調(diào)、電動機(jī)、電鉆、風(fēng)機(jī)等。如果UPS電源負(fù)載為電阻性或電感性負(fù)載時，必須酌情減小其負(fù)載量以免載運行。
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